什么是移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)

文/松堂

現(xiàn)在，我們來界定一下天通衛(wèi)星和Mate 60 Pro手機(jī)提供的服務(wù)是什么性質(zhì)。按照國際電信聯(lián)盟（ITU）《無線電規(guī)則》第1.25 條，它們所提供的是移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)，也就是MSS。這是一種無線電業(yè)務(wù)，在移動(dòng)地球站與一個(gè)或多個(gè)空間站之間；空間站與空間站之間；一個(gè)或多個(gè)空間站與移動(dòng)地球站之間實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)。這里說的“空間站”并不是載人航天設(shè)施，而是指部署在宇宙空間的無線電臺(tái)站。

L 與S 頻段

為MSS 分配的無線電頻率處在L頻段或者S 頻段。

L 頻段是超高頻（UHF）區(qū)段的一部分，L 是英語“l(fā)ong”的首字母，意思是長波，頻率范圍在1～2GHZ。但是，這1GHZ 的帶寬并不是都分配給MSS 的，要與衛(wèi)星定位、地面移動(dòng)通信一起分配，而且MSS 分到的那一份很少。根據(jù)國際電信聯(lián)盟的劃分，MSS 一共可以使用57.5MHZ 的頻率資源，其中包括：

1.帶寬為34MHz 的1626.5～1660.5/1525～1559MHz 上下行頻段（其中，1535～1559MHz 上行頻段優(yōu)先使用，下行頻段為衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)專用）；

2.帶寬為7MHz的1668～1675/1518～1525MHz 上下行頻段（要優(yōu)先保證地面固定和移動(dòng)業(yè)務(wù)）；

3.帶寬為16.5MHz 的1610～1626.5MHz，雖然享有優(yōu)先級(jí)，但只能用來上行，對應(yīng)的下行頻段在S 頻段2483.5～2800MHz 上。

至于S 頻段，就是“短波”的首字母，劃分在2～4GHz 頻段。它同樣不是MSS 獨(dú)占的，需要和氣象雷達(dá)、船用雷達(dá)“分蛋糕”。衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)可使用總計(jì)46.5MHZ 的兩個(gè)部分：

1.帶寬為30MHz 的1980～2100/2170～2200MHz 上下行頻段；

2.帶寬為16.5MHz的2483.5～2800MHz下行頻段（要保證地面業(yè)務(wù)優(yōu)先使用）。

雖然頻率資源很少，但MSS 往往承擔(dān)著急難險(xiǎn)重任務(wù)，因此在衛(wèi)星通信領(lǐng)域有獨(dú)特的意義。世界上第一個(gè)MSS 系統(tǒng)是著名的海事衛(wèi)星，也就是今天的國際移動(dòng)衛(wèi)星。在它之后，不少企業(yè)都在嘗試建立更多的MSS 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在商業(yè)上都不算非常成功，但因?yàn)镸SS 的重要性和發(fā)展前景，產(chǎn)業(yè)界還是前赴后繼。

不過，MSS 也面臨著嚴(yán)峻的競爭，除了地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)越鋪越廣，它的“同門兄弟”，也就是固定衛(wèi)星服務(wù)（FSS），也在侵占市場。隨著動(dòng)中通技術(shù)的出現(xiàn)，很多移動(dòng)平臺(tái)，例如車輛、船只、飛機(jī)，都可以用FSS 來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中的寬帶衛(wèi)星通信了。有些運(yùn)營商已經(jīng)看到了這個(gè)發(fā)展趨勢，并且開始尋求轉(zhuǎn)型，比如國際移動(dòng)衛(wèi)星公司最新的衛(wèi)星系統(tǒng)，也就是所謂的I5 星座，已經(jīng)從L 頻段轉(zhuǎn)移到了Ka 頻段，向地面用戶提供“全球快車”高速移動(dòng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)，地面終端的技術(shù)基礎(chǔ)也是“動(dòng)中通”。

但是，如果要討論個(gè)人隨身攜帶的衛(wèi)星終端，那么MSS 的地位依然無法撼動(dòng)。Mate 60 Pro 手機(jī)的出現(xiàn)，可能會(huì)進(jìn)一步鞏固MSS 市場的穩(wěn)定程度。

大多數(shù)語音和一部分?jǐn)?shù)據(jù)移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)都運(yùn)行在L 頻段，比如銥系統(tǒng)、海事衛(wèi)星、全球星和瑟拉亞衛(wèi)星系統(tǒng)。中國的天通一號(hào)是目前唯一完全運(yùn)行在S 頻段上并且提供電話服務(wù)的MSS系統(tǒng)。

同步軌道與低軌道

當(dāng)然，MSS 也可以用另外一種模式來分類，也就是軌道高度。今天人們往往討論同步軌道MSS 和低軌道MSS，但實(shí)際上，曾經(jīng)有一些創(chuàng)業(yè)公司考慮過中軌道的MSS。中軌道可以用更少的衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，而時(shí)延的情況要比同步軌道輕得多。但在實(shí)踐中，中軌道系統(tǒng)都沒能取得成功。

▲ 美國衛(wèi)訊公司收購ligado 后繼續(xù)開展L 頻段業(yè)務(wù)

同步軌道衛(wèi)星是人們非常熟悉的，衛(wèi)星部署在距離地球表面35800 千米的赤道上空。有意思的是，MSS 衛(wèi)星并不需要部署在靜止軌道上，也就是傾角為零度的同步軌道。這是因?yàn)镸SS 服務(wù)既然允許終端移動(dòng)，那么衛(wèi)星有少許移動(dòng)也不是什么問題。

地球同步軌道衛(wèi)星的優(yōu)越性是顯而易見的，只要三四顆衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，從而降低發(fā)射成本。另外，多數(shù)MSS 用戶對帶寬的要求都不高，所以少數(shù)衛(wèi)星就能滿足要求。同步軌道衛(wèi)星一般都采用大型平臺(tái)，很多衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量在5 噸以上。

▲ 衛(wèi)星通信軌道示意圖

▲ 銥星星座

衛(wèi)星電話可以在地球表面的大部分地理位置工作，但對同步軌道衛(wèi)星來說，地球南北極區(qū)是無法覆蓋的。因?yàn)檫@里的衛(wèi)星仰角太低了，一個(gè)很普通的地物就能擋住電話和衛(wèi)星之間的“視線”，比如房屋、山丘，甚至一個(gè)雪堆。但是極軌道衛(wèi)星就不存在這樣的問題，比如銥星系統(tǒng)。它們飛過用戶上空的時(shí)候，仰角都是相當(dāng)大的。不過飛越極區(qū)會(huì)帶來低效率的問題，也就是說，這里的用戶數(shù)量太少，衛(wèi)星多數(shù)時(shí)候無所事事。

地球同步衛(wèi)星系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，在許多地區(qū)，即使存在開闊的天空，手機(jī)和衛(wèi)星之間的“視線”也會(huì)被陡峭的山丘和森林等障礙物阻隔。這也是Mate 60 Pro 手機(jī)設(shè)置尋星功能的必要性，用戶在使用手機(jī)之前需要找到不受遮擋的位置。

因?yàn)榈蛙壍赖姆秶容^寬，從卡門線到1500 千米高度，都可以認(rèn)為是低軌道，低軌道MSS 的實(shí)際高度在640～1120 千米。不過低軌道衛(wèi)星相對地面是移動(dòng)的，因此在通話過程中，可能需要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星“接力”。當(dāng)一顆衛(wèi)星越過當(dāng)?shù)氐仄骄€時(shí)，必須以電子方式將呼叫“移交”給另一顆衛(wèi)星。根據(jù)衛(wèi)星和終端的位置，單顆低軌衛(wèi)星只能承擔(dān)4～15 分鐘的通話任務(wù)。為了滿足通話需求，在任何時(shí)間內(nèi)，至少需要1 顆衛(wèi)星能覆蓋某個(gè)區(qū)域。如此計(jì)算，低軌道星座的規(guī)模需要設(shè)置在40～70 顆。所以兩個(gè)最著名的低軌道衛(wèi)星電話系統(tǒng)的具體衛(wèi)星數(shù)量都在這個(gè)取值范圍內(nèi)。全球星系統(tǒng)部署了48 顆衛(wèi)星，傾角為52 度，因此不能覆蓋極區(qū)。銥星部署了66 顆，采用極軌道，可以覆蓋地球全部區(qū)域。

最近，著名的星鏈系統(tǒng)可能也要加入低軌道MSS 的行列了。2022 年，美國 T-Mobile 公司宣布，和太空探索技術(shù)公司建立合作伙伴關(guān)系，為星鏈第二代衛(wèi)星增加衛(wèi)星蜂窩服務(wù)。該服務(wù)打算使用T-Mobile 現(xiàn)有中頻PCS頻率資源，在美國各地的鐵塔覆蓋盲區(qū)提供手機(jī)覆蓋。具體業(yè)務(wù)將從短信開始，視情況擴(kuò)展到語音和有限的數(shù)據(jù)服務(wù)，用普通個(gè)人終端就能享受到衛(wèi)星服務(wù)。T-Mobile 還表示，愿意和其他國家的地面移動(dòng)網(wǎng)運(yùn)營商合作，通過太空探索技術(shù)公司的T-Mobile 合作伙伴關(guān)系交換漫游服務(wù)。這項(xiàng)服務(wù)的帶寬很有限，大約每秒2～4 兆比特分布在一個(gè)非常大的覆蓋區(qū)域內(nèi)。這個(gè)區(qū)域到底有多大，現(xiàn)在還沒有公布。

軍用MSS

上面討論的都是商業(yè)或者民用MSS。實(shí)際上，MSS 最穩(wěn)定的用戶是軍事部門，特別是美國軍隊(duì)。具體到軍兵種上，最積極的還是海軍。第一代軍用移動(dòng)通信衛(wèi)星就是美國海軍的“艦隊(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)”，第二代是“特高頻后繼星”。目前美國海軍正在使用的是新一代“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”，簡稱MUOS。MUOS 衛(wèi)星價(jià)格昂貴，但是達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。除了美國海軍之外，美國空軍和陸軍也在使用一部分MUOS 服務(wù)。特別是美國空軍第五代戰(zhàn)斗機(jī)F-35 的超視距通信，就是靠MUOS 實(shí)現(xiàn)的。

▲ 星鏈星座

▲ 美軍使用的先進(jìn)特高頻衛(wèi)星

機(jī)器對機(jī)器的MSS

另外，本文的主體是衛(wèi)星電話，但MSS 中也包括數(shù)據(jù)服務(wù)。考慮到帶寬資源非常有限，MSS 很難提供真正意義上的寬帶衛(wèi)星服務(wù)。哪怕自稱是寬帶的海事衛(wèi)星BGAN 服務(wù)，也只能達(dá)到492 千比特每秒的速率。多數(shù)MSS 數(shù)據(jù)服務(wù)是為機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信服務(wù)的，如今也可以稱作物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。這類MSS 服務(wù)甚至不一定需要實(shí)時(shí)通信，但是對智能制造、智能物流的發(fā)展具有戰(zhàn)略性的意義。包括銥星等MSS 星座在提供電話和數(shù)據(jù)通信服務(wù)的同時(shí)，也兼顧M2M 服務(wù)，甚至北斗系統(tǒng)作為導(dǎo)航定位系統(tǒng)，也可以用短報(bào)文承擔(dān)一些M2M 服務(wù)。海事衛(wèi)星也提供一種叫做BGAN M2M 的服務(wù)。

不過，世界上存在著兩個(gè)專門的機(jī)器對機(jī)器MSS 星座，分別是美國的軌道通信星座和中國的天啟星座。它們雖然規(guī)模不大，但在MSS 乃至整個(gè)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)界都占有一席之地。