什么是移动卫星服务

文/松堂

现在，我们来界定一下天通卫星和Mate 60 Pro手机提供的服务是什么性质。按照国际电信联盟（ITU）《无线电规则》第1.25 条，它们所提供的是移动卫星服务，也就是MSS。这是一种无线电业务，在移动地球站与一个或多个空间站之间；空间站与空间站之间；一个或多个空间站与移动地球站之间实现通信服务。这里说的“空间站”并不是载人航天设施，而是指部署在宇宙空间的无线电台站。

L 与S 频段

为MSS 分配的无线电频率处在L频段或者S 频段。

L 频段是超高频（UHF）区段的一部分，L 是英语“long”的首字母，意思是长波，频率范围在1～2GHZ。但是，这1GHZ 的带宽并不是都分配给MSS 的，要与卫星定位、地面移动通信一起分配，而且MSS 分到的那一份很少。根据国际电信联盟的划分，MSS 一共可以使用57.5MHZ 的频率资源，其中包括：

1.带宽为34MHz 的1626.5～1660.5/1525～1559MHz 上下行频段（其中，1535～1559MHz 上行频段优先使用，下行频段为卫星移动业务专用）；

2.带宽为7MHz的1668～1675/1518～1525MHz 上下行频段（要优先保证地面固定和移动业务）；

3.带宽为16.5MHz 的1610～1626.5MHz，虽然享有优先级，但只能用来上行，对应的下行频段在S 频段2483.5～2800MHz 上。

至于S 频段，就是“短波”的首字母，划分在2～4GHz 频段。它同样不是MSS 独占的，需要和气象雷达、船用雷达“分蛋糕”。卫星移动业务可使用总计46.5MHZ 的两个部分：

1.带宽为30MHz 的1980～2100/2170～2200MHz 上下行频段；

2.带宽为16.5MHz的2483.5～2800MHz下行频段（要保证地面业务优先使用）。

虽然频率资源很少，但MSS 往往承担着急难险重任务，因此在卫星通信领域有独特的意义。世界上第一个MSS 系统是著名的海事卫星，也就是今天的国际移动卫星。在它之后，不少企业都在尝试建立更多的MSS 系统。这些系统在商业上都不算非常成功，但因为MSS 的重要性和发展前景，产业界还是前赴后继。

不过，MSS 也面临着严峻的竞争，除了地面移动网络越铺越广，它的“同门兄弟”，也就是固定卫星服务（FSS），也在侵占市场。随着动中通技术的出现，很多移动平台，例如车辆、船只、飞机，都可以用FSS 来实现移动中的宽带卫星通信了。有些运营商已经看到了这个发展趋势，并且开始寻求转型，比如国际移动卫星公司最新的卫星系统，也就是所谓的I5 星座，已经从L 频段转移到了Ka 频段，向地面用户提供“全球快车”高速移动卫星数据服务，地面终端的技术基础也是“动中通”。

但是，如果要讨论个人随身携带的卫星终端，那么MSS 的地位依然无法撼动。Mate 60 Pro 手机的出现，可能会进一步巩固MSS 市场的稳定程度。

大多数语音和一部分数据移动卫星服务都运行在L 频段，比如铱系统、海事卫星、全球星和瑟拉亚卫星系统。中国的天通一号是目前唯一完全运行在S 频段上并且提供电话服务的MSS系统。

同步轨道与低轨道

当然，MSS 也可以用另外一种模式来分类，也就是轨道高度。今天人们往往讨论同步轨道MSS 和低轨道MSS，但实际上，曾经有一些创业公司考虑过中轨道的MSS。中轨道可以用更少的卫星来实现全球覆盖，而时延的情况要比同步轨道轻得多。但在实践中，中轨道系统都没能取得成功。

▲ 美国卫讯公司收购ligado 后继续开展L 频段业务

同步轨道卫星是人们非常熟悉的，卫星部署在距离地球表面35800 千米的赤道上空。有意思的是，MSS 卫星并不需要部署在静止轨道上，也就是倾角为零度的同步轨道。这是因为MSS 服务既然允许终端移动，那么卫星有少许移动也不是什么问题。

地球同步轨道卫星的优越性是显而易见的，只要三四颗卫星就能实现全球覆盖，从而降低发射成本。另外，多数MSS 用户对带宽的要求都不高，所以少数卫星就能满足要求。同步轨道卫星一般都采用大型平台，很多卫星发射质量在5 吨以上。

▲ 卫星通信轨道示意图

▲ 铱星星座

卫星电话可以在地球表面的大部分地理位置工作，但对同步轨道卫星来说，地球南北极区是无法覆盖的。因为这里的卫星仰角太低了，一个很普通的地物就能挡住电话和卫星之间的“视线”，比如房屋、山丘，甚至一个雪堆。但是极轨道卫星就不存在这样的问题，比如铱星系统。它们飞过用户上空的时候，仰角都是相当大的。不过飞越极区会带来低效率的问题，也就是说，这里的用户数量太少，卫星多数时候无所事事。

地球同步卫星系统的另一个缺点是，在许多地区，即使存在开阔的天空，手机和卫星之间的“视线”也会被陡峭的山丘和森林等障碍物阻隔。这也是Mate 60 Pro 手机设置寻星功能的必要性，用户在使用手机之前需要找到不受遮挡的位置。

因为低轨道的范围比较宽，从卡门线到1500 千米高度，都可以认为是低轨道，低轨道MSS 的实际高度在640～1120 千米。不过低轨道卫星相对地面是移动的，因此在通话过程中，可能需要实现卫星“接力”。当一颗卫星越过当地地平线时，必须以电子方式将呼叫“移交”给另一颗卫星。根据卫星和终端的位置，单颗低轨卫星只能承担4～15 分钟的通话任务。为了满足通话需求，在任何时间内，至少需要1 颗卫星能覆盖某个区域。如此计算，低轨道星座的规模需要设置在40～70 颗。所以两个最著名的低轨道卫星电话系统的具体卫星数量都在这个取值范围内。全球星系统部署了48 颗卫星，倾角为52 度，因此不能覆盖极区。铱星部署了66 颗，采用极轨道，可以覆盖地球全部区域。

最近，著名的星链系统可能也要加入低轨道MSS 的行列了。2022 年，美国 T-Mobile 公司宣布，和太空探索技术公司建立合作伙伴关系，为星链第二代卫星增加卫星蜂窝服务。该服务打算使用T-Mobile 现有中频PCS频率资源，在美国各地的铁塔覆盖盲区提供手机覆盖。具体业务将从短信开始，视情况扩展到语音和有限的数据服务，用普通个人终端就能享受到卫星服务。T-Mobile 还表示，愿意和其他国家的地面移动网运营商合作，通过太空探索技术公司的T-Mobile 合作伙伴关系交换漫游服务。这项服务的带宽很有限，大约每秒2～4 兆比特分布在一个非常大的覆盖区域内。这个区域到底有多大，现在还没有公布。

军用MSS

上面讨论的都是商业或者民用MSS。实际上，MSS 最稳定的用户是军事部门，特别是美国军队。具体到军兵种上，最积极的还是海军。第一代军用移动通信卫星就是美国海军的“舰队卫星通信系统”，第二代是“特高频后继星”。目前美国海军正在使用的是新一代“移动用户目标系统”，简称MUOS。MUOS 卫星价格昂贵，但是达到了设计要求。除了美国海军之外，美国空军和陆军也在使用一部分MUOS 服务。特别是美国空军第五代战斗机F-35 的超视距通信，就是靠MUOS 实现的。

▲ 星链星座

▲ 美军使用的先进特高频卫星

机器对机器的MSS

另外，本文的主体是卫星电话，但MSS 中也包括数据服务。考虑到带宽资源非常有限，MSS 很难提供真正意义上的宽带卫星服务。哪怕自称是宽带的海事卫星BGAN 服务，也只能达到492 千比特每秒的速率。多数MSS 数据服务是为机器对机器（M2M）通信服务的，如今也可以称作物联网服务。这类MSS 服务甚至不一定需要实时通信，但是对智能制造、智能物流的发展具有战略性的意义。包括铱星等MSS 星座在提供电话和数据通信服务的同时，也兼顾M2M 服务，甚至北斗系统作为导航定位系统，也可以用短报文承担一些M2M 服务。海事卫星也提供一种叫做BGAN M2M 的服务。

不过，世界上存在着两个专门的机器对机器MSS 星座，分别是美国的轨道通信星座和中国的天启星座。它们虽然规模不大，但在MSS 乃至整个卫星通信产业界都占有一席之地。