卫星频率及轨道资源管理探究

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  前言

  卫星频率和轨道资源对一个国家的政治、经济和国防建设具有重要的战略意义,是世界各国必争的一种宝贵的战略资源。目前,各国对卫星发展日益重视,对卫星频率/轨道的需求也日益增长。

  为合理获得和有效使用有限的卫星频率和轨道资源,最大程度地争取和维护我国的合法权益,无线电管理部门需了解国内外卫星业务发展动态,研究全球特别是亚太地区卫星频率和轨道的规划和需求趋势,掌握卫星频率/轨道申报和协调的规则、程序,分析卫星业务所用频段的划分及电波传播特点等。本文探讨了目前国内外卫星频率/轨道使用现状及发展趋势、卫星频率和轨道资源管理法规及分配机制、卫星业务涉及的频段等问题,并提出了加强卫星频率及轨道资源管理的对策意见,以期抛砖引玉。

1 卫星频率和轨道资源使用现状与发展趋势

  1.1 各国纷争卫星频率/轨道资源

  随着经济和军事发展,卫星频率与地球静止轨道资源日益成为各国抢占的对象。一些国家和组织出于自己利益的考虑,先占领轨道位置及频率而后发射卫星。然而许多卫星仅仅是作了书面登记,成为所谓的纸面卫星。

  就目前国际电联(ITU)登记情况看,地球静止轨道上C频段通信卫星已近饱和,Ku频段通信卫星也很拥挤。近年来,包括日本、印度、韩国、马来西亚在内的亚太地区的一些国家,纷纷自行或联合制造通信卫星,抢占轨道资源。各国卫星之间出现“撞车”和需要协调的情况时有发生。抢占卫星频率/轨道资源,争夺太空优势,已成为当今世界卫星发展领域的热点之一。

  据资料报道,目前全球在太空的卫星约有800颗,其中美国在轨卫星400多颗,其它国家300多颗。美国用于情报侦察、预警探测、指挥调度、导航等目的的军用卫星有90多颗,仅军用侦察卫星就有40多颗;俄罗斯拥有近百颗卫星,但其中有40%以上已超过服役年限,因而俄国计划对现有的军用和民用卫星进行技术改造,同时研制和发射新的军用卫星;欧洲国家共有卫星约70颗;日本自1970年至2000年底,共发射通信、侦察等卫星约70颗,目前约有28颗在轨;印度自1975年起,共发射地球观测、地球同步通信、太阳物理试验、广播电视、遥感卫星及军用侦察等系列卫星近20颗;在我国上空东经50度至东经180度范围内,有90多颗卫星,其中使用C频段的有61颗,使用Ku频段的有72颗。

  1.2 我国卫星频率/轨道资源情况

  随着卫星系统的不断发展,我国的卫星业务和应用也日益广泛。目前我国已拥有通信、导航定位、气象、海洋和科学实验等领域的系列卫星。自1970年发射第一颗人造地球卫星“东方红1号”以来,我国相继发射了东方红2号和3号、中卫1号、中星6号、鑫诺1号、亚洲4号、亚太6号等卫星。我国在轨静止轨道(GSO)卫星数量达到18颗,非静止轨道(NGSO)卫星达到11颗,今后五年还计划发射各类卫星30~50颗。

  据统计,我国目前在国际电联(ITU)中登记有效的卫星网络资料有200多组(同一轨位以相同名称申报的为一组),涉及62个地球静止轨道位置和多种非静止轨道,并涉及ITU划分给卫星应用的所有频段。

  1.3 卫星频率/轨道发展趋势

  未来卫星业务发展和频率/轨道需求大体有以下趋势:

  * 卫星固定业务将向高频段、大容量、数字化、宽带化、IP化方向发展;

  * 卫星广播业务将具有广阔的市场前景,并向多媒体业务发展;

  * 卫星移动业务将进一步开发新频段,并研究频谱有效利用技术;

  * 卫星定位业务和卫星导航业务将从区域性系统向全球性系统发展;

  * 卫星气象、卫星地球探测等空间业务的频段将向更多、更高、更大带宽方向发展;

  * 卫星间数据传输的需求将增长,卫星遥测/遥控频段也将进一步扩展。

2 卫星频率和轨道资源管理法规及分配机制

  2.1 卫星资源和轨道资源管理法规

  卫星资源管理法规是协调、分配和使用卫星资源的基本依据和准则,包括国际法规和国家法规两大部分。遵循这些法规,是合理有序管理卫星资源的必要前提。

  其中,卫星频率和轨道分配应遵守的国际法规,主要包括联合国《外层空间宣言》、《外层空间条约》、《国际电信联盟组织法》、《国际电信联盟公约》及ITU《无线电规则》、《程序规则》、《建议书》等。根据国际法规,各国拥有和平探索和利用外空活动的权利;无线电频率和卫星轨道是有限的自然资源,必须平等、合理、经济、有效地使用;应采用有效的干扰控制机制以充分利用频率和轨道资源。

  我国的卫星资源管理法规有《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国无线电频率划分规定》、《卫星网络空间电台管理规定》、《建立卫星通信网和设置使用地球站管理规定》等。自从我国加入空间开发的国际公约以来,随着我国卫星业务发展的不断深入,国内法规对加强卫星频率和轨道资源科学规划和合理利用,维护我国卫星频率和轨道资源的合法权益,发挥着越来越重要的作用。其中《中华人民共和国无线电频率划分规定》参照并遵循ITU《无线电规则》,对各种无线电业务包括空间业务使用的频段作了划分规定,是我国最重要和最基本的频率管理政策文件,是国家进行无线电频率中长期规划的依据。

  2.2 卫星资源和轨道资源分配机制

  (1)协调法和规划法

  根据《无线电规则》,卫星频率/轨道分配机制主要有两类:一是协调法,即通过申报与协调的手段合法地“先登先占”,即对于非规划频段的卫星频率/轨道分配,需经过申报、协调和通知三个阶段,以获得所需要的卫星频率/轨道,并且能得到国际保护;二是规划法,即通过规划的手段“平等”分配、规划卫星业务资源,具体程序按《无线电规则》第5条、第9条及第11条的脚注,以及附录30、30A及30B进行。

  (2)协调法第一阶段:提前公布资料

  关于协调法分配机制,第一阶段为卫星网络提前公布资料阶段(简称A阶段)。《无线电规则》第9条第I节规定,卫星网络申报需要提前向ITU无线电通信局(BR)报送关于卫星网络或卫星系统的一般性说明资料(即API资料)。网络申报的基本内容包括轨道、波束、频段、极化、业务类别、发射类别(带宽、信号强度)、应用类别、要求的保护比(如载干比(C/I)、信噪比(S/I))等。A阶段是协调和通知阶段前的必经阶段。API资料应不早于该网络规划启用日期前7年,最好不迟于该日期前2年。

  (3)协调法第二阶段:协调

  第二阶段为卫星网络协调阶段(简称C阶段),其协调程序按《无线电规则》第9条第Ⅱ节进行。申请国必须在API资料被接收后的2年内,按《无线电规则》附录4的要求提交详细的卫星网络资料(即C资料)。BR将在国际频率信息通报(IFIC)特节中公布C资料。有协调要求的主管部门和发起协调要求的主管部门,在C资料公布之后4个月内给相应主管部门做出同意或不同意及理由的答复,否则就视为同意。

  (4)协调法第三阶段:通知登记

  第三阶段为卫星网络通知登记阶段(简称N阶段),其通知程序按《无线电规则》第11条及决议33进行。第11.25款规定,通知资料(N资料)送交BR的时间不应早于频率指配投入使用日期前3年;第11.43A款规定,如果对已送了N资料并已投入使用的频率指配进行修改,则所作的修改应在修改通知日期起5年内投入使用;第11.44款规定,N资料投入使用时间不能晚于API资料接收日期(1997年11月22日后)起7年。所有通知信息将由BR做进一步的技术和规则验证。经审查合格后,该频率指配才可以记录在国际频率登记总表(MIFR)内。此后的其他各主管部门新建的卫星网络不得对其产生有害干扰,即使受到它的干扰也不得提出申诉。

3 卫星业务所涉及的频段及电波传播特点

  3.1 卫星业务涉及的频段

  卫星业务是一种国际性业务,必须遵守《无线电规则》所规定的频率划分规定。《无线电规则》的频率划分在其所分的世界三个区域内是基本一致的。各国的频率划分,除个别被国际无线电频率划分表脚注条款认可外,一般与国际划分也是一致的。根据《无线电规则》第二章第5条“频率划分”:空间业务频率划分,低端涉及2501kHz的空间研究业务,高端涉及275GHz的卫星固定(地对空)业务。

  其中,在我国所在的第三区的HF频段(3 MHz~30 MHz),有空间研究业务和卫星业余业务;在VHF频段(30 MHz~300 MHz),有空间研究业务、卫星业余业务、空间操作业务、卫星气象业务及卫星移动业务等;在UHF(300 MHz~1000 MHz)和SHF频段(1 GHz~30 GHz),主要有空间研究业务、空间操作业务、卫星气象业务、卫星移动业务、卫星固定业务、卫星广播业务、卫星地球探测业务及卫星无线电导航业务等,其中SHF频段通常进一步分为L、S、C、X、Ku、Ka频段;在EHF频段(30 GHz~300 GHz),除了有SHF频段所具有的业务外,还有卫星间业务和卫星业余业务。低于2.5 GHz的L频段(1 GHz~2 GHz)和S频段(2 GHz~4 GHz)大部分用于静止卫星的指令传输及特殊卫星业务如卫星导航等;大多数卫星固定业务使用C频段(4 GHz~8 GHz)和Ku频段(12 GHz~18 GHz);Ka频段(18 GHz~40 GHz)作为星际链路频率已开始应用。

  例如,《无线电规则》关于第三区非规划频段的卫星固定业务的频率划分如下:

  * S频段(MHz)空对地:2500~2535;地对空:2655~2690。

  * C频段(MHz)空对地:3400~3700+3700~4200;地对空:5850~5925+5925~6425+6425~6725。

  * X频段(MHz)空对地:7250~7750 ;地对空:7900~8400。

  * Ku频段(GHz)空对地:10.95~11.2+11.45~11.7+12.2~12.75;地对空:13.75~14+14~14.5。

  * Ka频段(GHz)空对地:17.7~21.2;地对空:27.5~31。

  《无线电规则》关于第三区规划频段的卫星广播业务和卫星固定业务的频率划分如下:

  * 附录30/30A(GHz)卫星广播业务空对地:11.7~12.2;地对空(馈线链路):14.5~14.8+17.3~18.1。

  * 附录30B卫星固定业务C频段(MHz)空对地:4500~4800;地对空:6725~7025;

  Ku频段(GHz)空对地:10.7~10.95+11.2~11.45;地对空:12.75~13.25。

  3.2 卫星业务所用频段电波传播特点

  电波在地球站与卫星之间传播时,必须穿过地球周围的大气层,因而会受到电离层中自由电子和离子的吸收,以及对流层中氧分子、水蒸气分子等的吸收和散射,从而存在损耗。

  频率在100 MHz以下时,宇宙噪声会迅速增加,因此,100 MHz以下频段通常不用于空间通信。在0.3 GHz~10 GHz频段,大气损耗最小,称此频段为“无线电窗口”。30GHz附近,称为“半透明无线电窗口”。选择卫星通信频段常需考虑这些“窗口”,如1 GHz~10 GHz最为适宜。在此“窗口”中的C频段就是开发应用较早的卫星通信频段。对于4 GHz~6 GHz频段,因频率较低,降雨损耗不严重,在系统设计时通常留5 dB~6 dB的功率损耗余量。与C频段相比,Ku频段的电波传播易受暴雨、浓云、密雾的影响。对11 GHz~14 GHz频段,由于降雨损耗较大,一般要有10 dB左右的功率损耗余量。但此频段具有不需要与地面微波通信协调、卫星EIRP基本不受限制、同等工作条件下天线口径较小及天线波束窄等优点,也得到了较广泛的应用。在Ka频段,降雨的影响也比较严重,但它包含了一个“半透明无线电窗口”,得到越来越多研究和开发。

4 加强卫星频率及轨道资源管理的对策

  (1)组织体制: 明确任务职责,理顺业务关系

  卫星频率/轨道资源管理,需要维护申报和使用频率/轨道资源的权益,达成我国卫星系统与其它国家卫星系统间、我国不同卫星系统间以及卫星业务与地面无线电业务间的电磁兼容,有效地利用卫星业务的轨道/频谱资源,保证卫星业务的正常进行。因此,卫星频率及轨道资源管理,首先应从组织管理体制和队伍建设入手,理顺各有关部门、单位之间的业务职责关系,以及卫星资源管理与卫星发展的关系。只有理顺了业务关系,才能合理、有效地开展卫星资源的申报和使用管理工作。

  (2)政策法规——加大宣传、贯彻力度

  卫星频率/轨道资源管理应按照国际规则惯例开展工作,特别是必须按照《无线电规则》的规定合理、经济、有效地使用无线电频率和静止卫星轨道。因此,我国无线电管理相关部门,需要全面了解并准确理解有关国际法规特别是《无线电规则》的具体内容;深入学习和遵守相应的国内法规,尤其是2006年10月新公布的《中华人民共和国无线电频率划分规定》。

  新修订的《中华人民共和国无线电频率划分规定》与2004年版《无线电规则》保持一致,并统筹考虑了我国无线电技术、业务的发展及相应的频率使用需求。

  (3)目标规划——跟踪研究,把握动态,超前构建

  频率/轨道资源的获得和维护是一项长期而复杂的任务。要做好频率/轨道资源的规划管理工作,维护卫星业务的合法权利和利益,需要有关管理部门和使用单位通过各种途径,及时获得国内外卫星业务领域的发展现状和发展动态,分析频率/轨道规划需求,制订国家卫星频率/轨道申报和使用的中长期战略规划。

  频率/轨道需求应作为卫星系统总体需求的一部分进行论证。在卫星系统立项、论证阶段同时开展资料申报工作,并根据需要进行有关国际国内协调。

  卫星系统空间电台频率/轨道申报和协调,通常要涉及到其他国家、国内其他部门及其它无线电业务,是一项复杂而又时限严格的工作,需要严格遵守《无线电规则》等规定的卫星网络申报、协调和通知阶段的时限,以及时获得所需的频率/轨道资源。