功在当代 利在百年“北斗”短报文系统频率问题简析

李辉 （北京羽寻科技有限公司）



功在当代 利在百年“北斗”短报文系统频率问题简析

李辉 （北京羽寻科技有限公司）

“北斗”系统作为全球四大导航卫星系统之一，其短报文功能是与其他几个导航系统的最重要区别。当然，从系统论证开始到目前的新一代“北斗”卫星全球组网，针对“北斗”短报文是非利弊的争论从未停止过，并大多集中在系统建设复杂性、代价与功效、应用特性与同类通信系统的可比性等系统设计、应用层面的问题。但在频率资源方面探讨不多，为此，下面重点讨论“北斗”短报文系统用频情况、背景和深远影响。

1　“北斗”短报文系统的用频现状

“北斗”的主任务是卫星导航系统，短报文功能从业务特性讲属于通信系统，两者在无线电业务分类上有严格界限，其差异也是显而易见的，在使用无线电频率资源的问题上尤其突出。

根据国际电信联盟（以下简称国际电联）《无线电规则》对无线电业务种类的定义，“北斗”系统作为导航系统提供的业务属于卫星无线电导航业务（RNSS），在大的业务分类上也属于卫星无线电测定业务（RDSS），即卫星无线电导航业务是卫星无线电测定业务的一种，从分类上从属于后者；而“北斗”短报文功能属于卫星移动业务（MSS）。为便于读者研究参考，以下引用《无线电规则》提供的对相关业务的定义：

1）卫星无线电测定业务。指涉及利用一个或多个空间电台进行无线电测定的无线电通信业务。这种业务亦可以包括其作业所需的馈线链路。

2）卫星无线电导航业务。指用于无线电导航的卫星无线电测定业务。这种业务亦可以包括其作业所必需的馈线链路。

3）卫星移动业务。包括在移动地球站与一个或多个空间电台之间的一种无线电通信业务，或在这种业务所利用的各空间电台之间的无线电通信业务；或利用一个或多个空间电台在移动地球站之间的无线电通信业务。这种业务亦可以包括其运营所必需的馈线链路。

由此可见，“北斗”导航系统与美国“全球定位系统”（GPS）等其他国际导航卫星系统不同，并非单一的导航系统。近年来，业界对导航通信一体化问题讨论颇多，而“北斗”导航系统从最开始的设计，就已经在实践导航通信一体化了，这也是中国导航卫星系统后发优势和走自己发展道路的真实体现。

导航系统短报文功能使用的频率包括：S频段（2491.75±4.08）MHz；L频段（1615.68±4.08）MHz。这在北斗-1上已实际使用，北斗-2星座系统全面部署时，将会在上述频段的基础上继续扩大，一方面是频段范围扩大到16.5MHz，另一方面是业务区将由现有的区域系统扩展到全球。

为实现这一目标，导航卫星系统在频率资源论证、协调方面，经过20多年的艰苦努力，已经在国际上具备了一定的优势，在国际电联申报的卫星网络资料就有十几份之多。每一份网络资料都承载着频率协调人员和专家们的辛勤付出。

中国导航卫星系统在国际电联申报的卫星网络资料

2 “北斗”短报文系统的频率共用环境

没有什么频率资源是天然获得的，必须按照国际电联相关规则履行必要的申报和协调程序。更重要的是，必须真正解决相关频率共用系统的兼容性，确保各自卫星系统的实际用频安全。在当前频率资源作为一种战略资源在各国间激烈争夺已呈现白热化的大背景下，导航、移动通信等系统的系统同频共用形势尤其严峻。

国际电联上行L频段划分情况

国际电联下行S频段划分情况

“北斗”、“全球星”和“铱”卫星三大系统频率共用情况

仅从频率划分表进行简单的分析可知，在“北斗”短报文所使用的上、下行16.5MHz带宽中，有多种其他无线电业务的划分。理论上讲，“北斗”系统在设计运行过程中，需要考虑与这些系统的频率共用。例如，卫星系统使用上表相应频段需要与地面“固定”、“移动”业务频率共用，无论对卫星系统设计，还是对业务运行都需要满足一定的约束条件。2013年底我国发放4G牌照前，就“北斗”与地面系统的频率共用问题曾开展过专门分析协调。

更重要也更复杂的是，“北斗”系统需要与同样使用该频段的其他卫星系统实现频率共用，当前国际上使用相应频段的卫星系统是众所周知的“铱”卫星系统和“全球星”系统。

显而易见，北斗- 1与“全球星”系统和“铱”卫星系统都存在部分频率重叠，未来，北斗-2全球部署的情况下与这2个系统的频率冲突将进一步加剧。

其中非地球同步轨道的卫星网络资料数量在2483.5～2500 MHz频段范围内的为33个，1610～1626.5MHz频段范围内的为47个，其他的都是地球同步轨道的卫星网络。

众所周知，L、S频段由于其频率本身固有的传播特性，应用于卫星系统时有十分明显的独占性，即一旦某个区域的某个卫星系统启用了相应频段，在相同区域内很难再有其他系统启用相同频段。因此，尽管上述提供的卫星网络资料申报情况的数据并不代表这些卫星网络未来都能投入使用，但从一个侧面仍可以反映相应频段的激烈竞争状态和宝贵而稀缺的应用价值。“北斗”短报文系统在这样一种全球用频形势下，在L、S频段这样稀缺的频段内能够占有一席之地，付出的艰苦和代价是可想而知的。

国际电联发布的各国卫星网络资料申报情况（截至2016年1月）

3　“北斗”短报文系统抢占频率资源的深远意义

如前文所述，短报文系统功能不是“北斗”作为导航星座系统的主要功能，其频率资源的使用又面临如此复杂的共用、协调局面，需要思考是否值得。甚至有观点认为，索性在“北斗”二代的后续部署中放弃短报文，不要再为这一导航系统的附属功能持续付出相对高昂的代价了。本文不讨论“北斗”短报文的应用功能，但仅从频率资源方面分析“北斗”短报文系统所产生的作用及为我国空间业务领域长远发展带来的影响，可以得出结论：“北斗”短报文功不可没，影响深远。

（1）提供必要的资源基础，使导航业务、性能扩展成为可能

从当前《无线电规则》相应频段的划分可以看到，“北斗”短报文使用频段是同时划分给卫星移动业务和卫星无线电测定业务的，由于卫星无线电测定业务可以包括卫星无线电导航业务的使用，因此，在相应频段同时可以用于开展卫星无线电导航业务。

众所周知，卫星无线电导航业务的频率资源异常宝贵，“北斗”系统与GPS、“伽利略”（Galileo）等系统的协调漫长而艰苦，有很多文章都提到过。而短报文使用的频段，正是在中国的推动下，划分给卫星无线电测定业务，先是在1区，后又在全球，尽管地位不同，但至少在规则上，使卫星无线电测定业务的使用成为合法的，卫星无线电测定业务包含卫星无线电导航业务，这就在规则上为“北斗”系统使用该频段开展导航业务提供了宝贵的频率资源。

（2）导航、通信一体化的唯一频率资源，未来应用潜力不可限量

我们对国际电联3GHz以下卫星系统可以使用的卫星移动业务频率资源进行了梳理。

国际电联卫星移动业务频率资源使用情况

根据上述的简单梳理，可以看出，卫星移动业务频率资源异常稀缺。由于种种原因，中国在卫星通信系统建设运行方面尽管较早，但在卫星移动通信系统领域却比较晚，至今没有民用的移动通信卫星系统在轨运行。相应的，在频率资源的储备方面也比较被动，目前移动通信星座系统的建设需求、技术研发和运营等万事俱备，而频率资源的缺乏带来的巨大障碍日益凸显，成为这些项目难以解决的困难。

同时，卫星移动业务频率资源异常紧张的局面是全球卫星界的共识，通过常规手段已不可能获得。目前风起云涌的各自全球星座计划，无一例外地都在频率资源问题上举步维艰，卫星移动业务频率资源几乎已成为制约全球卫星移动业务发展不可逾越的障碍。

而“北斗”短报文系统，则成功地为中国占用了这样一段异常宝贵的频率资源，从国家频率资源的角度看，获益的不仅是导航系统本身。正是由于“北斗”短报文的规划、设计需要，早在20年前就申报储备了相应频段，并协调、维护至今。同时，通过“北斗”短报文系统的实际启用，才使得今天的中国能在这个领域占有一席之地。

4　结束语

对于“北斗”短报文系统，不讨论其他的业务功能，仅从国际频率资源争夺的角度看，其在稀缺的卫星移动、卫星导航频率资源方面所实现的价值，已经具有等同于开疆扩土的战略意义，为中国在相应空间业务领域的未来发展占据了一块阵地。当然，随着“北斗”二代的建设部署，“走出去”的同时意味着“北斗”短报文在全球范围内面临着与“铱”卫星系统、“全球星”系统的频率协调，前行之路将异常艰难。但我们相信，中国人的“北斗”不会轻言放弃。

祁首冰/本文编辑

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