非靜止軌道寬帶通信星座頻率軌道資源全球態(tài)勢綜述（下）

+ 劉全（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所、中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司）

葛新（北京新星宇航科技有限公司）

李健十（航天東方紅衛(wèi)星有限公司）

王麗沖（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所）

二、ITU衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料申報現(xiàn)狀

根據(jù)ITU《無線電規(guī)則》相關(guān)條款要求，所有衛(wèi)星系統(tǒng)在投入使用前，必須向 ITU申報并登記其頻率軌道資源的使用信息，即衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料[16]。參考ITU 2019年11月公布的第2906期周報數(shù)據(jù)庫，目前共有224份NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料（限FSS、MSS和BSS三類業(yè)務(wù)），衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到156298顆，圖2按照Ku (10.7-13.25,13.75-14.5GHz)、Ka (17.3-21.2,27.0-31.0 GHz)、V (37.5-51.4GHz)、E(66-86GHz) 四個頻段分別統(tǒng)計了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)數(shù)量、主管部門數(shù)量、投入使用數(shù)量和AC階段協(xié)調(diào)資料數(shù)量，并列出了各頻段已申報的NGSO衛(wèi)星總數(shù)。圖3列出了不同頻段NGSO網(wǎng)絡(luò)在各軌道高度的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和衛(wèi)星數(shù)分布情況，圖4統(tǒng)計了各軌道高度的網(wǎng)絡(luò)總數(shù)和衛(wèi)星總數(shù)。整體來看，目前Ka頻段和低軌道（500-2000km）的網(wǎng)絡(luò)申報最多，網(wǎng)絡(luò)數(shù)和衛(wèi)星數(shù)均明顯高于其他頻段和軌道高度。

1.Ku頻段申報態(tài)勢

圖2 NGSO通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在各頻段的分布情況

圖3 不同頻段NGSO網(wǎng)絡(luò)在各軌道高度的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和衛(wèi)星數(shù)分布情況

在Ku頻段，共有11個主管部門申報了NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料，總計32份，其中31份A、C資料，1份N資料，已申報衛(wèi)星總數(shù)量22555。圖5列出了各主管部門申報Ku頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況，表3對比了Ku網(wǎng)絡(luò)數(shù)量最多的五個國家的申報情況，表4列出了其中衛(wèi)星總數(shù)超過1000的大規(guī)模Ku頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，表5列出了2015年11月28日之前申報的Ku頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。綜合網(wǎng)絡(luò)數(shù)量、星座規(guī)模、協(xié)調(diào)地位等因素來看，法、英、挪、列四國處于暫時領(lǐng)先，整體實力占優(yōu)；美、加、俄屬于第二陣營；盧、中、新、日各有1個網(wǎng)絡(luò)，但星座規(guī)模較小、協(xié)調(diào)地位也相對落后。

2.Ka頻段申報態(tài)勢

在Ka頻段，共有15個主管部門申報了NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料，總計108份，其中100份為A、C資料，8份N資料，申報衛(wèi)星總數(shù)量達(dá)60688。已投入使用的8份N資料主要對應(yīng)美國銥星、英國O3b等實際系統(tǒng)。與Ku頻段相比，Ka頻段的NGSO通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模明顯要大很多，衛(wèi)星數(shù)超過1000的NGSO網(wǎng)絡(luò)就有17個之多。圖6列出了各主管部門申報Ka頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況，表6對比了其中網(wǎng)絡(luò)數(shù)量最多的6個國家的申報情況，表7列出了衛(wèi)星總數(shù)超過1000的大規(guī)模Ka頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，表8列出了2015年11月28日之前申報的Ka網(wǎng)絡(luò)資料。從圖表中可知，中、美、加、英、法、挪六國儲備的Ka頻段NGSO網(wǎng)絡(luò)相對較多，其中，中國申報網(wǎng)絡(luò)數(shù)量最多，但除2014年12月申報的TXIN外，其余網(wǎng)絡(luò)均是2017年8月之后申報，協(xié)調(diào)地位普遍較為落后；法國申報的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量雖然僅為11個，但星座規(guī)模普遍較大，衛(wèi)星總數(shù)最多，達(dá)到了28047顆，其中的AST-NG-C-4規(guī)模最大，衛(wèi)星數(shù)8832顆；美、加、英三國網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)地位普遍較高，2012年前申報的Ka NGSO通信網(wǎng)絡(luò)資料多達(dá)13份，幾乎全被這三個國家壟斷，且這些資料均有實際在軌運行系統(tǒng)（銥星、O3b）或明確星座計劃（OneWeb、Telesat）支撐，其他國家的Ka頻段星座想要有所突破，協(xié)調(diào)難度較大。

圖4 各軌道高度的網(wǎng)絡(luò)總數(shù)和衛(wèi)星總數(shù)統(tǒng)計

圖5 各主管部門申報Ku頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況

表4 衛(wèi)星總數(shù)超過1000的Ku頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料

表5 2015年11月28日之前申報的Ku頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料

表6 申報Ka頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料數(shù)量最多的6個國家情況對比

表7 衛(wèi)星總數(shù)超過1000的Ka頻段NGSO通信網(wǎng)絡(luò)資料

圖6 各主管部門申報Ka頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況

圖7 各主管部門申報V頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況

表8 2015年11月28日之前申報的Ka頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料

3.V頻段申報態(tài)勢

在V頻段，共有13個主管部門申報了NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料，總計61份，其中51份為A、C資料，10份N資料，申報衛(wèi)星總數(shù)量為60470。圖7列出了各主管部門申報V頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況，表9對比了其中申報網(wǎng)絡(luò)數(shù)量最多的5個國家的申報情況，表10列出了衛(wèi)星總數(shù)超過1000的大規(guī)模V頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，表11列出了2015年11月28日之前申報的V頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。綜合網(wǎng)絡(luò)數(shù)量、星座規(guī)模、協(xié)調(diào)地位等因素來看，法國的整體儲備實力最強，申報數(shù)量最多，星座規(guī)模普遍較大、申報時間普遍較早，并有5份網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)投入使用，協(xié)調(diào)地位明顯占優(yōu)；其次是塞浦路斯、列支敦士登、英國處于第二陣營，在星座規(guī)模和協(xié)調(diào)地位方面具有一定優(yōu)勢；美、中兩國雖然網(wǎng)絡(luò)數(shù)量較多，但早期申報的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模均較

小，大規(guī)模通信星座網(wǎng)絡(luò)基本上集中在2017年6月后才開始申報，協(xié)調(diào)地位并不占優(yōu)。

表9 申報V頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料數(shù)量最多的5個國家情況對比

表11 2015年11月28日之前申報的V頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料

4.E頻段申報態(tài)勢

在E頻段，共有9個主管部門申報了NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料，總計23份，其中21份為A、C資料，2份為N資料，申報衛(wèi)星總數(shù)量為12585。圖8列出了各主管部門申報E頻段NGSO通信類網(wǎng)絡(luò)資料情況，表12對比了網(wǎng)絡(luò)數(shù)量最多的5個國家的申報情況，表13列出了衛(wèi)星總數(shù)超過1000的大規(guī)模E頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，表14列出了2015年11月28日之前申報的E頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料。綜合網(wǎng)絡(luò)數(shù)量、星座規(guī)模、協(xié)調(diào)地位等因素來看，塞浦路斯、英國、列支敦士登的整體實力最強，其中塞浦路斯和列支敦士登各有1份投入使用；中國申報的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量雖然較多，但均是2017年9月29日之后集中申報，整體協(xié)調(diào)地位較低。

圖8 各主管部門申報E頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況

表12 申報E頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料最多的五個國家情況對比

表13 衛(wèi)星總數(shù)超過1000的E頻段NGSO通信網(wǎng)絡(luò)資料

綜上，目前各國對NGSO頻軌資源的爭奪已經(jīng)白熱化。首先，從ITU申報網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來看，以法國、美國、中國和英國四個國家申報資源最多，特別是法國，雖然沒有明確公布具體星座計劃，但是其頻軌儲備最積極，巨型網(wǎng)絡(luò)最多，且協(xié)調(diào)地位普遍較高，這些潛在價值巨大的網(wǎng)絡(luò)資料多數(shù)都轉(zhuǎn)給了商業(yè)公司使用，如OneWeb、LeoSat等。此外，加拿大、列支敦士登、塞浦路斯等國家也不甘示弱，在多個重點頻段和軌道高度早就開始了資源儲備。考慮到O3b、OneWeb、Starlink等星座部署進(jìn)度較快，且頻軌資源儲備充足，后來者想要在短期內(nèi)突圍困難較大，甚至將可能面臨因頻軌資源協(xié)調(diào)困難而導(dǎo)致整個星座計劃夭折的重大風(fēng)險。

其次，盡管很多星座都是由美國公司主導(dǎo)，但真正選擇從美國FCC申報網(wǎng)絡(luò)資料的星座卻非常少，大部分星座都選擇從英國、法國、加拿大、挪威、荷蘭等國家進(jìn)行申報，這主要有三方面原因：一是 2017年09月之前美國國內(nèi)審核機制非常嚴(yán)苛，從資料申報到正式報送ITU需要經(jīng)過漫長的時間，審核環(huán)節(jié)非常多；二是美國對星座的申報、授權(quán)管理收費遠(yuǎn)高于其他國家；三是率先實施了嚴(yán)格的星座“里程碑”監(jiān)管政策，在規(guī)定期限內(nèi)未完成相應(yīng)部署要求將面臨高額保證金被沒收的風(fēng)險。

最后，政府背景濃厚的星座在頻軌方面的阻力明顯較小，申報策略上也相對比較簡單。例如，加拿大Telesat公司作為傳統(tǒng)衛(wèi)星公司，目前是加拿大最大的衛(wèi)星運營商和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)操作者，其正在大力發(fā)展的兩個NGSO星座受到了加拿大政府和安大略省政府的大力支持，尤其是在政策法規(guī)以及資金支持方面幾乎是“一路綠燈”，因此，Telesat的申報策略相對單一，目前全部依托加拿大主管部門，已向ITU申報了COMMSTELLATION和CANPOL系列等多份衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料。

三、相關(guān)無線電規(guī)則演進(jìn)

數(shù)量龐大的NGSO寬帶通信星座不斷涌現(xiàn)，并相繼開始大規(guī)模部署，這對衛(wèi)星業(yè)務(wù)及頻率軌道資源的監(jiān)管帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)投入使用的界定、協(xié)調(diào)規(guī)則程序、成本回收等問題相繼出現(xiàn)，受到各國管理部門和衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)界的密切關(guān)注。剛剛結(jié)束的2019年世界無線電大會（WRC-19）圍繞NGSO系統(tǒng)的相關(guān)無線電規(guī)則進(jìn)行了一系列修訂。其中，對星座系統(tǒng)頻軌資源的總體態(tài)勢影響最大的莫過于新增的NGSO網(wǎng)絡(luò)投入使用定義及里程碑管理的相關(guān)規(guī)則條款。

按照2016年版《無線電規(guī)則》，無論一個NGSO網(wǎng)絡(luò)有多少顆衛(wèi)星，只要有一顆衛(wèi)星投入使用，即標(biāo)志整個衛(wèi)星星座投入使用[16]。巨型星座的出現(xiàn)，一方面給ITU的網(wǎng)絡(luò)資料處理帶來了重大挑戰(zhàn)，另一方面，還造成了嚴(yán)重的“跑馬圈地”現(xiàn)象，使得衛(wèi)星頻軌資源被長期占據(jù)，但實際使用效率低下。針對這一問題，WRC-19大會重新明確了NGSO系統(tǒng)投入使用的定義，形成了新的“里程碑”決議。目前，該決議主要適用于Ku、Ka以及V頻段的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)和衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)[17][18]，其核心內(nèi)容包括：

表14 2015年11月28日之前申報的E頻段NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料

1.NGSO網(wǎng)絡(luò)投入使用定義

對于衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)和衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)頻段內(nèi)具有發(fā)射或接收頻率的空間電臺，在連續(xù)部署90天時間后的30天內(nèi)可告知國際電信聯(lián)盟無線電通信局（ITU-R）投入使用。以此為基礎(chǔ)，WRC-19大會對暫停和恢復(fù)投入使用的定義也進(jìn)行了相應(yīng)修改[17][18]。

2.NGSO里程碑監(jiān)管

對于2021年1月1日前到期的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料，統(tǒng)一以2021年1月1日作為里程碑起始日期，否則以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)7年申請壽命期限作為里程碑起始日期。自起始日開始，要求2年內(nèi)投入使用的衛(wèi)星數(shù)量必須至少達(dá)到申報衛(wèi)星總數(shù)的10%，5年內(nèi)至少達(dá)到50%，7年內(nèi)達(dá)到100%（可減少1顆衛(wèi)星），否則需對其網(wǎng)絡(luò)資料的衛(wèi)星規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)縮減。

3.里程碑過渡措施

對于WRC-15大會結(jié)束（2015年11月28日）前申報的NGSO通信類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（約45個），可免除第一個里程碑節(jié)點的相關(guān)要求（2年部署10%），但前提是其主管部門必須在2023年3月1日前，按決議要求提供衛(wèi)星系統(tǒng)的真實性說明，包括現(xiàn)有部署和操作信息、國際協(xié)調(diào)情況、后續(xù)衛(wèi)星制造和發(fā)射計劃等，并經(jīng)過無線電規(guī)則委員會審查確認(rèn)后，方可享受該特殊待遇。

4.后里程碑要求

在完成里程碑節(jié)點之后，要求星座系統(tǒng)實際在軌運行的衛(wèi)星數(shù)量必須保持在95%以上，若連續(xù)6個月不滿足該要求，則主管部門應(yīng)將該情況及時通報ITU-R，并告知具體的補星計劃。

此外，WRC-19大會還進(jìn)一步明確了各主管部門按里程碑要求需報送的具體信息、里程碑后修改數(shù)據(jù)庫參數(shù)的程序以及未按里程碑要求報送信息的后果等內(nèi)容[17][18]。從ITU-R目前的研究情況來看，相關(guān)無線電規(guī)則還可能朝以下幾個方面繼續(xù)演進(jìn)：一是適用的業(yè)務(wù)類型和頻段范圍將進(jìn)一步拓展；二是軌道參數(shù)的偏差容限將進(jìn)一步明確，包括近地點高度、遠(yuǎn)地點高度、傾角及近地點幅角等。三是單顆衛(wèi)星啟用多個NGSO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的合法性問題可能也會進(jìn)一步明確。

四、發(fā)展建議

總體來看，NGSO寬帶通信星座正處于機遇和挑戰(zhàn)并存的發(fā)展黃金期，而且其頻軌資源相關(guān)的管理及技術(shù)問題異常復(fù)雜，不管是對無線電管理部門還是星座建設(shè)單位來說都是極大的挑戰(zhàn)。以下分別從規(guī)則及政策研究、資源儲備申報、星座設(shè)計、協(xié)調(diào)策略、國際化運營、空間安全等方面提出相關(guān)建議，以供參考。

1.在規(guī)則及政策研究方面

建議密切跟蹤ITU規(guī)則及主要國家管理政策，結(jié)合具體星座的規(guī)劃方案開展風(fēng)險分析及應(yīng)對方案論證。從ITU規(guī)則的最新演進(jìn)情況來看，新增的NGSO投入使用定義、里程碑管理、V頻段協(xié)調(diào)框架等規(guī)則條款，對我國發(fā)展NGSO寬帶通信星座帶來了新的機會，但如何利用這些規(guī)則實現(xiàn)“彎道超車”值得深入研究。一是建議星座建設(shè)單位密切關(guān)注各NGSO網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，特別是2015年11月28日前申報網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及其審查情況，適時調(diào)整NGSO星座系統(tǒng)的設(shè)計、制造和發(fā)射計劃，以確保滿足里程碑部署要求。二是建議主管部門加強規(guī)則的宣貫和風(fēng)險提示，盡早制定適應(yīng)我國國情的NGSO系統(tǒng)管理政策，引導(dǎo)相關(guān)產(chǎn)業(yè)科學(xué)合理、健康有序地發(fā)展。三是建議加強對國外NGSO系統(tǒng)的落地監(jiān)管，研究制定相關(guān)落地政策和流程，在確保我國空間網(wǎng)絡(luò)信息安全的前提下促進(jìn)國內(nèi)外NGSO系統(tǒng)的和諧共存。

2.在資源儲備申報方面

建議參考OneWeb、SpaceX等商業(yè)公司的思路，多管齊下進(jìn)行頻軌資源儲備。一是建議通過商業(yè)合作方式爭取協(xié)調(diào)地位較高的ITU網(wǎng)絡(luò)資料為我所用，如OneWeb使用L5和MCSAT LEO，Leosat使用MCSAT-2 LEO-2，KLEO使用3ECOM-1/-3。二是考慮從多個國家/地區(qū)同時儲備申報，避免在申報流程及管理政策上的壁壘。三是多方案、多輪次滾動申報，提前布局多份網(wǎng)絡(luò)資料，適時根據(jù)頻軌資源的競爭態(tài)勢和工程實施情況進(jìn)行聯(lián)動調(diào)整。

3.在星座設(shè)計方面

一是建議加強NGSO寬帶通信星座與其它系統(tǒng)的兼容性研究。關(guān)于NGSO與地面業(yè)務(wù)及GEO系統(tǒng)間的兼容問題雖然已有部分解決方案，但需要開展在軌技術(shù)驗證，進(jìn)一步確定滿足工程實際的兼容保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；而NGSO星座之間的干擾問題目前幾乎沒有公認(rèn)有效的辦法，需要探索新的解決思路，并積極嘗試多星座聯(lián)合設(shè)計以減少協(xié)調(diào)難度。二是建議加大在自主兼容分析工具開發(fā)方面的投入，提高星座設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性。三是建議加強頻軌共用技術(shù)的研究，引入頻譜感知、多維資源智能調(diào)度等先進(jìn)技術(shù)，積極探索星地、星間、系統(tǒng)間的頻軌資源共用的可行性。

4.在協(xié)調(diào)策略方面

建議拓寬思路，探索高低軌衛(wèi)星操作者合作共贏的新模式，甚至可以考慮構(gòu)建 GEO-NGSO或者NGSONGSO混合系統(tǒng)，一方面可形成戰(zhàn)略同盟，分擔(dān)前期投入，實現(xiàn)市場互補，降低投資風(fēng)險；另一方面，又有助于干擾規(guī)避策略的設(shè)計、驗證及迭代修改，減小協(xié)調(diào)難度，有效推進(jìn)全球化協(xié)調(diào)進(jìn)程[19]。

5.在國際化運營方面

考慮各國家/地區(qū)對于衛(wèi)星通信經(jīng)營資質(zhì)和地面站建站許可采用的管理政策差異較大，建議一方面跟蹤和研究主要國家的“落地”監(jiān)管政策；另一方面，因地制宜，探索實施不同的運營策略。在監(jiān)管嚴(yán)格的國家和地區(qū)，可考慮通過國家層面合作，互換“落地權(quán)”，或者可采用開放式運營模式，尋求當(dāng)?shù)睾献骰锇?，甚至國有資本入股，還可以考慮引進(jìn)國外具有落地許可的公司參股，獲取當(dāng)?shù)匦l(wèi)星落地許可資質(zhì)。

6.在空間安全方面

建議主管部門參考 UNCOPUOS、IADC、ITU等國際組織以及美、歐等國家關(guān)于太空安全方面的管理政策，建立規(guī)范、有效的防碰撞預(yù)警機制，出臺相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和軟件分析工具，提高準(zhǔn)入門檻，加大監(jiān)管力度；同時建議各星座建設(shè)單位加強星座軌道設(shè)計及安全風(fēng)險評估，確保衛(wèi)星從發(fā)射入軌到最終離軌的全壽命周期內(nèi)的空間安全。SATNET