通信廣播衛星的軌位資源與鄰星協調

名稱:通信廣播衛星的軌位資源與鄰星協調
在數據和多媒體通信、廣播業務量急劇增長的今天，通信廣播衛星的軌位和頻譜資源愈顯緊張和珍貴。無線電管理部門與衛星操作者應該盡自己的最大努力管好和用好相關資源。行內同仁都知道，軌位和頻譜資源的申請與協調過程枯燥乏味，做不完的案卷工作似乎是無用功，但又絲毫出不得錯。除了熟悉無線電規則與電聯有關程序外，協調工程師最好有衛星轉發器的管理經驗作為技術支撐，並且經常對衛星行業的技術發展作前瞻後顧。軌位協調既有持久細緻的工作，也要靈活變換策略。
軌位資源的申報和佔用
軌位和頻率資源的申報和佔用方式大致有以下幾種：
獨闢蹊徑式，靠技術研發實力開闢新領域。除了技術實力外，還需要風險資本的投入，以及在電聯範圍內的霸權作後盾。典型的例子是，別人仍在爭奪C與Ku頻段資源時，Teledesic在WRC 95和WRC 97兩屆會議上，先後爭取到Ka頻段3GHz帶寬資源中500MHz帶寬的優先使用權。此外，在僅有少數國家開展BSS業務時就按無線電規則附錄S30第4條的規劃修改程序申報覆蓋他國領土的BSS衛星網路，也屬於本方式。
跑馬佔地式，緊跟形勢發展，儘早加入資源瓜分者的行列。我國早在C頻段資源尚未緊缺時就曾發星佔用過一些軌位，這些軌位大多被沿用至今。可惜的是沒在當時按電聯規則以文件形式申報更多的軌位，以致於未分配到軌位資源的衛星操作者不得不向當年曾參加跑馬佔地的小國租賃軌位資源。在電聯著手對付紙面衛星的今天，本方式也需要技術和經濟實力，以保證在協調資料過期前發星佔據軌位。
見縫插針式，在資源被分完前趕末班車。由於申報得太晚，協調地位落後，在與在軌鄰星的干擾協調過程中，不得不委曲求全，被迫限制己方的使用條件。
李代桃僵式，用廢棄星的協調資料保護後繼星。我國所用的大多數C頻段軌位屬於本情況。理論上，後繼星所用協調資料的修改版本需要與鄰星完成協調。由於原在軌衛星曾在同一軌位上長期工作，鄰星干擾問題不會太嚴重。只要不在頻率、功率和覆蓋範圍上大作擴張，後繼星的協調工作並不困難。
廣種薄收、守株待兔式，在已無立錐之地時，只能大量申報紙面衛星，希望能找到小範圍的可用頻段和服務區，或指望別人因故放棄使用資源，使自己得以取而代之。本方式需做大量的文件工作，並承擔長期協調費用。除了急於開展衛星通信業務的一些發展中國家外，有家香港公司也屬此例。
筆者的協調經歷基本上都在為見縫插針的軌位爭取合法權益，因而深知協調地位落後的苦惱。為此，希望中國的軌位申報能抓住跑馬佔地的機會。目前似乎在BSS對本國的覆蓋、以及50/40GHz頻段等方面還有機會，企盼我主管部門和衛星操作者對此加以注意和研究。
軌位資源的分配和管理
衛星操作者只要有見縫插針的機會，都會申報協調資料，以獲取軌位和頻率資源。過多的申報資料將增加主管部門的工作量，對外又有濫報紙面衛星的嫌疑而使主管部門感到為難。不過，但凡沒趕上跑馬佔地的好時機，軌位資源的獲取必定是廣種薄收的結果。一旦佔有資源就可能帶來經濟利益，暫時無法使用的協調資料也有可能在談判中被用作交換籌碼，為此，主管部門應該鼓勵和保護操作者申報和佔用資源的積極性。
國內衛星公司所用的軌位資源都是伸手要來的，來得容易，用時就未必經心。再加上使用權僅限於工作頻段，使用年限可能只及衛星壽命，使用者在對協調資料的修改和補充方面就失卻了追求長遠利益的動力。我國的潛在可用資源都由一家並不操作在軌衛星的公司代管，在缺乏利益驅動的條件下，恐怕很難要求該公司在編製和增補協調資料、以及鄰星協調工作上投放足夠的人力和財力。按照市場經濟的規則，軌位資源的使用者應為此付出合理的代價。資源的分配可採用拍賣方式，也可採用選美方式。通過選美方式得到資源者也應支付租金，以避免資源不致被濫用。
資源應歸國家所有，主管部門在某種程度上可以代表國家行使軌位資源的管理權。軌位資源的分配和調撥關係到資源能否被合理使用。例如，位於東經121度的C頻段軌位資源夾在兩個間隔各僅為1度的鄰星之間，幾乎沒有使用價值，但當它被分配給一家衛星公司后，在協調中被用作交換籌碼，起到很好的作用。又如，申報東經134度軌位資源的公司因出於無奈而租賃了同軌位的他國資源，我主管部門因被指責違反電聯規則而將該軌位另交其他公司代管，原申報者在為其系列衛星網路補報修改協調資料時不得兼顧134度軌位，該軌位潛在可用的Ku資源將在近年內過期失效。
軌位資源的租賃合作乃屬無奈之舉。有遠見者利用電聯規則，按程序登占軌位，自己不用而借合作之名出租牟利。地位落後者有理由鳴不平，急需資源者也不妨借用之。與轉發器和衛星的租賃合作相似，租用軌位也是商業行為。商業決定的得失在很大程度上取決於對經濟周期的把握，愚者在高潮中投資、在低潮時出局，智者在低潮時購入、在高潮中得利。要避免被迫租賃軌位，還需把握先機，做好軌位和頻率資源的申報和協調工作。
中國的軌位和頻譜資源
老一輩科技和工程專家對我國的衛星通信行業作出了巨大的貢獻。在有限的條件下，中國靠自力更生擠進航天和衛星通信大國的行列。早期發射的C頻段實驗通信衛星所佔用的多個軌位，為我們留下了寶貴的資源。當時也留有遺憾，由於政出多門、也因未能適應國際電聯在管理軌位和頻譜資源方面的規則變化，C頻段資源的申報與修改不及時，C擴展頻段和Ku頻段資源的申報更是落後於人。在已申報的協調資料中，有些軌位因離其它國家的在軌星較近而無法使用。按申報時間和有效年限看，這些申報資料已近失效。這些軌位是被視作紙面衛星而任其自然淘汰，還是趕緊補報修改文件以爭取延長其壽命？我主管部門和相關操作者應儘早為此作出決定。
WRC 97會議前後，Teledesic切去Ka頻段3GHz可用頻段的六分之一，另一些non-GSO系統也要求佔用Ka頻段。在此形勢下，我主管部門和有關單位也向國際電聯申報了一些Ka軌位的協調資料。應該注意的是，電聯雖無法從根本上限制紙面衛星，但在縮短協調文件的有效年限和採取行政措施方面已有所動作。為了保護資源，我國應著手研製Ka頻段實驗通信衛星，爭取在文件失效前發星佔據軌位。與此同時，應及時編製並向國際電聯提交修改版的協調資料，以延續相應軌位的文件壽命。與長期的軌位租賃費用（每年數百萬美元）相比，為研製和發射衛星投入資金是值得的。研製Ka頻段通信衛星還將提高我國在相關行業的綜合技術能力。
我有關部門在CPM-99和WRC-2000會議上，為中國爭取到更多的BSS資源。有關DBS計劃正在實施中，但在近年內，靠自行研製的直播星佔滿兩個優先軌位的可能性並不大。為了保住和用好BSS軌位和頻譜資源，建議有關部門考慮由通信衛星公司租用次選軌位，購外星用於通信業務。此外，國際電聯既已允許BSS資源用於FSS業務，又未反對覆蓋他國領土的BSS附加申報，這就有可能引發對BSS資源的申報熱潮。建議有關主管部門研究相關措施，並考慮允許國內衛星操作者申報BSS協調資料。
高頻段衛星通信很難完全補償降雨衰耗。和大多數同行一樣，筆者也看不到V/Q頻段衛星通信在我國的應用前景。但是，發達國家早在WRC 97會議期間就提出多個幾乎佔據整個50/40GHz頻段的non-GSO和GSO的FSS系統。non-GSO系統可能沿用WRC-2000會議所定的EPFD限制及避開GSO弧段（GSO arc-avoidance）等措施，以避免對GEO系統的干擾。由於V/Q頻段的FSS業務可使用主瓣波束較寬的超小口徑面反射天線、或者相控陣平面天線（flat phased array antenna），GEO系統之間仍難以避免相互干擾。因此，如果不抓緊時間編製和申報該頻段的FSS協調資料，並且為此完成鄰星協調，只怕到技術條件成熟時又將找不到可用軌位。順便一提的是，雨衰只產生於對流層中接近地面的數千米高度，若將Ka以上頻段用於工作在同溫層中的高空通信平台（high altitude platforms）與GEO衛星之間的通信業務，則可以完全避免降雨衰耗。高空通信平台與地面用戶之間的通信業務可以考慮採用倒置的C頻段（4GHz上行/6GHz下行）。如果限定高空通信平台的服務區，使其採用指向背對赤道平面的高仰角地面天線，其通信波束就能避免與C頻段的FSS業務以及地面微波業務產生互擾。這樣，C頻段的頻率資源可得到再利用，工作於C頻段的高空通信平台業務也可避免雨衰的影響。當然，這裡還牽涉到電聯的頻率分配計劃，這就不屬於本文的探討範圍了。
經驗與教訓
編製協調資料是一項細緻而繁瑣的工作，容不得錯誤，但又很難保證不出錯。我國曾有衛星公司因為部分Ku頻段數據有疏漏，所申報的協調資料被電聯退回。儘管提前公布資料日期在前，但協調資料的公布日期卻因修改重報而被拖后。其結果為，部分鄰星的協調地位相應得到提高，使我方的協調工作量因此而增加，協調時還被迫為此作出讓步。為了避免類似的錯誤，申報前應注意反覆查錯。此外，不同頻段的資料可分為在同一軌位上的多個衛星網路分別申報。上述案例中，如果將C頻段和Ku頻段的協調資料作為兩個子網路分別申報，C頻段資料就會被按期公布，而不致影響其協調地位。
及時修改和適時補充協調資料。通信衛星從編製和申報協調資料、電聯公布、鄰星協調，到設計、研製和發射，其過程長達數年。因此，協調資料中的衛星和載波參數往往與實際衛星相差較大。如果拘泥於協調優先地位，堅持用與實際衛星差別較大的過時資料進行協調，將降低協調對手的信任與合作程度。若將新公布或申報中的修改資料與地位較優先的老資料一同使用，以新資料補充內容，靠老資料保護協調地位，效果可能會好得多。適時申報補充修改資料將有利於保護傳統軌位，使後繼替代衛星能有合法的協調和使用地位。主管部門應避免對此類申報徵收協調費用，以鼓勵衛星操作者自覺地按照電聯的慣例行事。在中國的衛星操作者中，隨香港回歸的一家公司擁有的軌位最多最好，但它對協調工作仍很重視。不論是否使用，該公司對其所有軌位的每個潛在可用頻段都申報了協調資料，並與鄰星進行干擾協調，以保障其軌位和頻率資源可供公司的長遠發展。
國外的衛星操作者在協調過程中通常都按電聯規程和文件行事。他們會盯著協調對手在文件與程序上的錯漏不放，也會在被對手挑出己方的毛病後低頭服軟。強硬的對手在被指出其實際衛星的頻率計劃少量超出協調資料時，會放鬆對我方協調資料和干擾計算的吹毛求疵，並以務實的態度討論互擾問題。堅持過高C/I標準的對手在被指出其協調資料中的地面天線口徑遠大於商業宣傳資料數據時，也會作出相應的妥協與讓步。抓住不同協調地位的新老協調資料之間的差別，有可能令對手同意對其既存業務與後繼業務採用不同的協調方式。這些例證都表明編好和補全協調資料、以及尋找對方資料漏洞的重要性。
鄰星協調的目的在於共享有限的軌位和頻率資源，而不是封殺對方。優先的一方也需要與相關的鄰星完成協調，以使自己軌位的協調地位由C(Coordination)轉為N(Notification)。協調地位優先、並且堅持使用苛刻的干擾計算方法和判斷標準的對手通常會被下述問題所難倒：若用同樣的演算法和標準，他自己的兩顆衛星得以共存的最小軌位間隔是多少？如果按worst case計算鄰星干擾，10度以外的鄰星之間都很容易被找出不可接受的干擾。有通信轉發器管理經驗的協調工程師可以結合干擾計算結果，估算實際存在的干擾程度。只要有可能，就應列出雙方都能接受的功率譜密度，作為共存的條件。必要時，可以約定雙方在上新業務之前都必須與對方預作業務安排。
有失才有得，捨得放棄方能換來收穫。仍以東經121度軌位的經驗為例，當時協調地位優先的相鄰軌位沒有在軌星，談判對手擔心我方會先行佔用121度軌位，我方以對方發星後放棄使用121度軌位為條件，換取對方在其他方面的重大讓步。通過一攬子交易，我方不僅在久陷僵局的另一對軌位協調上得到突破，也獲保證可在對方發星前合法使用121度軌位。在另一次與公認為難纏對手的談判中，通過暗示（但不深究）對方在其傳統軌位上沒有在軌衛星，也在雙方限制功率譜密度的條件下完成了協調。
幾點建議
對軌位和頻譜資源的管理應將責權利相結合。由主管部門分配的軌位資源應該有償使用，使用者必須承擔補報修改協調資料、並且進行鄰星干擾協調的責任。主管部門應鼓勵衛星操作者尋找潛在可用的軌位，並為此編製和申報協調資料。自行申報的軌位資源應儘可能讓操作者自行支配。為避免浪費潛在可用的軌位資源，應該允許衛星操作者分析和研究主管部門掌握中的未分配軌位資源，在此基礎上提出開發使用建議，經主管部門評估后決定是否向該操作者發放相應軌位的使用權。
我國在東經134度軌位申報的協調資料行將過期失效。該軌位的Ku頻段申報資料的協調優先地位僅落後於某個靠租售軌位牟利的國家。從該國在東經138度也有地位優先的Ku申報，而SS/Loral旗下的Orion公司曾在1999年向其東經139度軌位發射過Ku衛星（發射失敗）但未遭抗議分析，Orion公司或已與該國達成默契，或認為可以無視該國軌位的優先地位。依此推論，我國並不是沒有機會佔用134度軌位的Ku資源。該軌位的協調資料因曾被退回重報，其失效日期反在協調地位優先者之前。由於未曾補報該軌位的修改協調資料，已申報和公布的資料將在兩年內被撤銷。現在就是有公司願意使用該軌位，在時間周期上也成問題。希望主管部門能關注134度軌位及類似問題，即便不能挽救該軌位，也應從中汲取教訓，以避免再次錯過利用潛在可用資源的時機。
鄰星協調是長期的工作。即使在完成文件協調以後，雙方衛星在運營中也需要不時解決互擾問題。因此，雙方的協調工程師之間需要建立信任與合作關係。合作的基礎在於雙方能接受共同的協調方法與標準，信任的基礎在於以誠為本、前後一致。早年間，我方的協調資料與實際衛星相差甚遠，對電聯規則的理解和應用能力也不如協調對手，加上協調地位落後又迫切需要打開局面，經常被指責為不按規矩行事。近年來，與協調對手的工作關係與受尊敬程度已大為改善。在今後的交往中還應該繼續維護和發展與協調對手的工作關係。
隊伍的培養也是個大問題。五、六年前的協調工程師中，約有半數退出了協調第一線。無線電規則是一本難念的經，電聯的許多內部運作規程和細節還不為我們所熟悉。為此，希望主管部門繼續為衛星操作者提供電聯的文件資料、邀請電聯官員和專家來華講課、並且主辦有關協調課題的研討會，以使新人提高工作能力，從而能夠更快更好地接上班。