★通信天地Communications★通信天地Communications2022年是全球低軌通信星座大放異彩的一年。從年初“星鏈”（Starlink）星座在俄烏沖突中的出色表現(xiàn)，到華為、蘋(píng)果公司紛紛推出直連低軌衛(wèi)星的旗艦產(chǎn)品，低軌星座逐步將衛(wèi)星通信服務(wù)帶入大眾視野。與此同時(shí)，約束低軌通信星座使用與部署頻率軌道資源的國(guó)際規(guī)則制修訂工作也在如火如荼地進(jìn)行中。按照國(guó)際電聯(lián)《組織法》和《公約》的規(guī)定，所有衛(wèi)星星座都需要在國(guó)際電聯(lián)規(guī)則框架下合法規(guī)劃、使用及部署無(wú)線電頻率軌道資源。本文將從低軌通信星座的無(wú)線電業(yè)務(wù)本質(zhì)出發(fā)，探討在國(guó)際規(guī)則框架下開(kāi)展低軌通信星座選頻規(guī)劃、頻率使用與部署的具體約束。(c)1994-2023chinaAcademicJournalElectronicpublishingHouse.Allrightsreserved.作為分配和管理全球無(wú)線電頻率與衛(wèi)星軌道資源的聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)，國(guó)際電信聯(lián)盟[1]（ITU，簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)際電聯(lián)）圍繞非地球靜止軌道（NGSO）通信星座相關(guān)政策法規(guī)的研究熱度隨著全球衛(wèi)星星座建設(shè)熱潮而動(dòng)。早在以“銥星”為代表的第一代低軌通信星座系統(tǒng)建設(shè)初期，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星（本文指軌道傾角不大于15°的地球同步衛(wèi)星[2]）的有效保護(hù)，同時(shí)為衛(wèi)星星座系統(tǒng)盡可能爭(zhēng)取發(fā)展空間，國(guó)際電聯(lián)開(kāi)展了大量研究工作，不僅引入了等效功率通量密度（EPFD）的概念，還在規(guī)則條款、技術(shù)建議書(shū)[3-5]、軟件工具等多個(gè)層面制定了具體實(shí)施細(xì)節(jié)。但在2000年之后，隨著“銥星”等系統(tǒng)先后破產(chǎn)，通信衛(wèi)星星座熱潮迅速褪去，國(guó)際電聯(lián)關(guān)于NGSO衛(wèi)星星座相關(guān)規(guī)則的研究進(jìn)程明顯放緩，甚至一度擱置。2015年，隨著以“一網(wǎng)”（OneWeb）[6]、Starlink[7]為代表的第二代通信星座系統(tǒng)的快速推進(jìn)，國(guó)際電聯(lián)重新啟動(dòng)了關(guān)于低軌通信星座的研究。以寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志的第二代低軌通信星座，在星座規(guī)模、應(yīng)用場(chǎng)景、傳輸速率、用戶終端等多個(gè)方面的特性與第一代星座系統(tǒng)完全不同，導(dǎo)致所選擇的無(wú)線電業(yè)務(wù)類(lèi)型與頻段不同，因此國(guó)際規(guī)則的具體約束與限制也有所不同，帶來(lái)的空間頻率軌道資源問(wèn)題也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)第一代。2低軌通信星座的選頻規(guī)劃低軌通信星座系統(tǒng)的建設(shè)者在規(guī)劃階段開(kāi)展頻率選擇工作之前，首先要弄清楚國(guó)際電聯(lián)關(guān)于無(wú)線電業(yè)務(wù)類(lèi)型的定義。根據(jù)與衛(wèi)星建立通信鏈路的地球站是否可以移動(dòng)，國(guó)際電聯(lián)為通信衛(wèi)星劃分了衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)兩種無(wú)線電業(yè)務(wù)類(lèi)型。低軌通信星座在選擇頻率軌道資源時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)地球站在各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景中是否可以移動(dòng)，選擇符合國(guó)際規(guī)則要求的無(wú)線電業(yè)務(wù)類(lèi)型，在此基礎(chǔ)上，再合法選擇國(guó)際電聯(lián)為各類(lèi)無(wú)線電業(yè)務(wù)劃分的具體頻率資源。第一代低軌通信星座系統(tǒng)面向用戶手持終端提供窄帶移動(dòng)通信接入服務(wù)，“銥星”系統(tǒng)和“全球星”系統(tǒng)向國(guó)際電聯(lián)申報(bào)的無(wú)線電業(yè)務(wù)類(lèi)型如表因此“銥星”“全球星”系統(tǒng)都為用戶鏈路選擇了衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)，而饋電站屬于固定地球站，因此兩個(gè)系統(tǒng)的饋電鏈路均選擇了衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)。HIBLEO-21616～1626.5HIBLEO-2FL23180～2338029114.6195～29285.380519414.8425～19585.1575HIBLEO-2FL219406.25～19593.7529106.25～29293.75★通信天地Communications(c)1994-2023chinaAcademicJournalElectronicpublishingHouse.Allrightsreserved.HIBLEO-42483.64～2499.9HIBLEO-41611.31～1626.14HIBLEO-4FL6875.825～6877.275HIBLEO-X1610～1626.142483.74～2499.86875～70555091～5250第二代低軌通信星座系統(tǒng)面向用戶提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，主要市場(chǎng)定位為地面光纖網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)提供覆蓋能力的補(bǔ)充，不再將地面通信網(wǎng)絡(luò)視作競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，OneWeb星座系統(tǒng)更是將地面電信運(yùn)營(yíng)商視作重要客戶。由于第二代低軌通信星座系統(tǒng)主要發(fā)展固定用戶終端以提供偏遠(yuǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)回傳等戶鏈路都選擇了衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（見(jiàn)表3和表4）。EDENL5Ku、Ka頻段L6Ku、Ka頻段L7AKu、Ka頻段THEMEKu、Ka頻段THEOKu、Ka頻段VANGUARDVERAVROOMMCSATLEOKa頻段Ka頻段STRIPESTEAM-1STEAM-2Ka頻段STEAM-2BKa頻段USASAT-NGSO-3Ku、Ka、Q/V頻段值得一提的是，隨著機(jī)載、船載、車(chē)載用戶市OneWeb、Starlink等衛(wèi)星星座系統(tǒng)將目光轉(zhuǎn)向了為移動(dòng)終端提供寬帶服務(wù)的應(yīng)用模式。由于國(guó)際電聯(lián)為衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)劃分的頻段帶寬過(guò)窄，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足低軌寬帶星座系統(tǒng)的用頻需求，并且為部分移動(dòng)終端的需求重新選擇頻段、配置新的載荷也會(huì)增加衛(wèi)星的負(fù)擔(dān)，因此，低軌通信星座運(yùn)營(yíng)商們通過(guò)努力，使得國(guó)車(chē)載移動(dòng)終端的應(yīng)用合法化，并提出了“動(dòng)中通”[8]3低軌通信星座的頻率使用與部署對(duì)于低軌通信星座來(lái)說(shuō)，在具體使用無(wú)線電頻率提供各類(lèi)服務(wù)時(shí)，既需要考慮與工作在地球靜止軌道的同頻衛(wèi)星系統(tǒng)的兼容共用，還需要考慮低軌星座系統(tǒng)之間的同頻兼容共用[9]。由于第一代與第二代低軌通信星座在無(wú)線電業(yè)務(wù)類(lèi)型及頻率范圍選擇等方面有顯著不同，因此兩代星座系統(tǒng)的頻率使用與部署規(guī)對(duì)于“銥星”“全球星”等第一代低軌通信星座系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于用戶鏈路普遍選擇衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)，在頻率資源的使用方面與地球靜止軌道衛(wèi)星具有平等地位，雙方按照“先登先占”的原則履行協(xié)調(diào)程序，申報(bào)時(shí)間較晚的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)有義務(wù)主動(dòng)消除有害干擾。而在低軌通信星座系統(tǒng)之間，同樣按照“先登先占”的原則開(kāi)展技術(shù)協(xié)調(diào)或磋商，由于衛(wèi)星星座系統(tǒng)通常具備全球覆蓋能力，且用戶手持移動(dòng)終端的天線近乎全向，不同星座系統(tǒng)之間的同頻兼容共用難度極大，但好在第一代星座系統(tǒng)主要瞄準(zhǔn)窄帶通信市場(chǎng)，不同星座系統(tǒng)之間最終通過(guò)分頻或區(qū)分業(yè)務(wù)區(qū)等方案規(guī)避座系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其用戶鏈路選擇了GEO衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用的C、Ku、Ka等頻段的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)，按照空間頻率軌道資源“后用讓先用”的傳統(tǒng)，國(guó)際電聯(lián)要求NGSO星座系統(tǒng)使用衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)的絕大多數(shù)頻段時(shí)，必須無(wú)條件保護(hù)GEO衛(wèi)星系統(tǒng)不受有害干擾的正常工作，并且不得要求來(lái)自GEO衛(wèi)星系統(tǒng)的保護(hù)，并為此規(guī)定了EPFD限值要求—國(guó)際電聯(lián)將采用軟件工具檢驗(yàn)相關(guān)NGSO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的EPFD結(jié)果，若不滿足EPFD限值要求，NGSO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將被退回并做“不合格”處理。為了有效規(guī)避對(duì)GEO衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾，NGSO星座運(yùn)營(yíng)商也提出了很多干擾規(guī)避策略[10]，其中較為有名的是OneWeb的漸進(jìn)傾斜策略[11]。至于NGSO星座系統(tǒng)之間，則需要按照“先登先占”的原則開(kāi)展技術(shù)協(xié)調(diào)或磋商。由于第二代星座系統(tǒng)規(guī)模更大、具備全球多重覆蓋能力，并且旨在提供寬帶服務(wù)，因此無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單分頻實(shí)現(xiàn)兼容共用。目前，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）★通信天地Communications(c)1994-2023chinaAcademicJournalElectronicpublishingHouse.Allrightsreserved.等優(yōu)勢(shì)航天企業(yè)的星座部署速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)際電聯(lián)所開(kāi)展的星座系統(tǒng)間干擾規(guī)避方法與資源協(xié)調(diào)機(jī)制的研究進(jìn)度，NGSO星座系統(tǒng)之間的干擾判定與兼容方法研究成果尚不成熟[12-13]。4低軌通信星座投入使用的特殊規(guī)定投入使用的定義在2019年世界無(wú)線電通信大會(huì)（WRC-19）之前，國(guó)際電聯(lián)對(duì)于NGSO星座的投入使用并沒(méi)有非常具體的規(guī)定。隨著成千上萬(wàn)顆衛(wèi)星規(guī)模的巨型低軌星座席卷而來(lái)，為了避免空間頻率軌道資源被惡意占用，確保衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商發(fā)射的低軌衛(wèi)星真正具備前期申報(bào)的發(fā)射、接收等通信能力，國(guó)際電聯(lián)在WRC-19明確了低軌星座系統(tǒng)投入使用的定義。被投入使用規(guī)則約束的衛(wèi)星業(yè)務(wù)類(lèi)型及對(duì)應(yīng)的具體頻段范圍如圖所示。衛(wèi)星業(yè)務(wù)類(lèi)型集中在衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)和衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)，頻段范圍涉及Ku、Ka及Q/V頻段。對(duì)于使用圖中所述無(wú)線電業(yè)務(wù)及頻段的NGSO衛(wèi)星，必須在申請(qǐng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之后的7年之內(nèi)至少發(fā)射一顆衛(wèi)星并保持所申報(bào)軌道特性、連續(xù)發(fā)射和接收相關(guān)頻率的信號(hào)90天，才可以通知國(guó)際電聯(lián)相關(guān)衛(wèi)星“里程碑”監(jiān)管規(guī)定在WRC-19之前，無(wú)論一個(gè)低軌星座衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)包含有多少顆衛(wèi)星，只要有一顆衛(wèi)星投入使用，即標(biāo)志著整個(gè)星座系統(tǒng)投入使用。這造成了嚴(yán)重的“跑馬圈地”現(xiàn)象，使得近地軌道頻率資源被少數(shù)衛(wèi)星公司為了避免通過(guò)一顆衛(wèi)星將整個(gè)星座系統(tǒng)都投入即使用圖中給出的無(wú)線電業(yè)務(wù)及頻率資源的NGSO星座系統(tǒng)必須在每個(gè)規(guī)定的關(guān)鍵時(shí)限內(nèi)部署足夠數(shù)量的衛(wèi)星才能獲得相應(yīng)的國(guó)際規(guī)則地位。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)自“里程碑”起始日期開(kāi)始，要求2年內(nèi)投入使用的衛(wèi)星數(shù)量必須至少達(dá)到申報(bào)衛(wèi)星總數(shù)的105年內(nèi)％，顆），否則國(guó)際電聯(lián)將根據(jù)實(shí)際發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量對(duì)其衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料的衛(wèi)星規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)縮減?！昂罄锍瘫币笤诎凑丈鲜觥袄锍瘫惫?jié)點(diǎn)要求，完成全部星座的發(fā)射、部署之后，借鑒GEO衛(wèi)星的管理經(jīng)驗(yàn)，為防止衛(wèi)星投入使用某份頻率軌道資源之后通過(guò)軌道機(jī)動(dòng)再啟用其他軌道特性的頻率資源，導(dǎo)致低軌星座對(duì)頻率軌道資源在規(guī)則層面的不斷占有，同時(shí)考慮衛(wèi)星可能因技術(shù)故障、壽命到期等原因無(wú)法在特定軌道里程碑”的要求。后里程碑對(duì)低軌星座系統(tǒng)長(zhǎng)期在軌衛(wèi)星數(shù)量的維持能力提出了較高要求，國(guó)際電聯(lián)目前建議星座系統(tǒng)實(shí)際在軌運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量必須始終保持在95%以上，若連續(xù)6個(gè)月不能滿足數(shù)量要求，低軌星座的運(yùn)營(yíng)商應(yīng)主動(dòng)通過(guò)主管部門(mén)將該情況及時(shí)通報(bào)國(guó)際電聯(lián)，并告知具體的補(bǔ)星計(jì)劃?？紤]到WRC-19首次建立“里程碑”監(jiān)管機(jī)制，因此包括“后里程碑”在內(nèi)的很多規(guī)則、程序細(xì)節(jié)仍有待2023年世界無(wú)線電通信大會(huì)（WRC-23）進(jìn)一步研究。一方面，“里程碑”規(guī)則適用的業(yè)務(wù)類(lèi)型和頻段范圍將進(jìn)一步拓展；關(guān)于投入使用時(shí)軌道參數(shù)，包括近地點(diǎn)高度、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度、傾角及近地點(diǎn)幅角等的偏差容限也將進(jìn)一步明確；除此之外，單顆衛(wèi)星啟用多個(gè)NGSO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的合法性問(wèn)題也將進(jìn)一步明確。5未來(lái)發(fā)展建議低軌通信星座在廣泛吸引人們關(guān)注的同時(shí)，也愈發(fā)引起相關(guān)人士對(duì)于近地空間頻率軌道資源被長(zhǎng)久占據(jù)的擔(dān)憂，國(guó)際電聯(lián)關(guān)于低軌通信星座申報(bào)、使用頻率軌道資源的政策法規(guī)也在緊鑼密鼓的研究會(huì)（WRC-23）將在阿聯(lián)酋召開(kāi)，屆時(shí)將頒布與低軌目前，國(guó)際電聯(lián)的研究主要集中在低軌通信星座對(duì)地球靜止軌道衛(wèi)星的集總保護(hù)、低軌通信星座系里程碑”監(jiān)管機(jī)制等方面，建議抓住WRC-23最后的窗口期，積極參與國(guó)際電聯(lián)研究，一方面推動(dòng)現(xiàn)有WRC-23議題成果向有利方向發(fā)展，另一方面及時(shí)開(kāi)展關(guān)于下一研究周期（2023-2027年）議題立項(xiàng)工（2）一體化建設(shè)發(fā)展，有效利用國(guó)際規(guī)則國(guó)際電聯(lián)“里程碑”規(guī)定為低軌通信星座在不同階段發(fā)射衛(wèi)星的最小數(shù)量規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法足額發(fā)射的星座系統(tǒng)將被國(guó)際電聯(lián)按照發(fā)射情況等比例縮減星座總數(shù)量。也就是說(shuō)，除了首次向國(guó)際電聯(lián)申報(bào)的星座整體規(guī)模非常重要之外，低軌通信星座運(yùn)營(yíng)商能否按照“里程碑”節(jié)點(diǎn)的規(guī)定，按時(shí)、足額完成衛(wèi)星的發(fā)射也同樣重要。低軌通信星座的建設(shè)進(jìn)度不僅取決于衛(wèi)星的設(shè)計(jì)與制造工期，還包括火箭制造與發(fā)射服務(wù)周期[15]。由于新冠疫情在全球范圍內(nèi)肆虐，以及俄烏沖突的升級(jí)，西方國(guó)家的衛(wèi)星發(fā)射不再考慮聯(lián)盟號(hào)（Soyuz）火箭，俄羅斯的惰性氣體供應(yīng)也大幅減少，嚴(yán)重影響了衛(wèi)星電子推進(jìn)器和半導(dǎo)體制造能力。目前，航天領(lǐng)域的衛(wèi)星制造和發(fā)射能力嚴(yán)重短缺，唯一經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證具有大規(guī)模低軌衛(wèi)星發(fā)射能力的SpaceX，其自身也面臨著Starlink星座需要按照“里程碑”規(guī)定進(jìn)因此，對(duì)于低軌通信星座運(yùn)營(yíng)商