衛星通信網無線電頻率使用率評價淺析

劉海洋，楊夏青

（國家無線電監測中心，北京 100037）

1 研究背景

《中華人民共和國無線電管理條例》[1]（2016年版）（以下簡稱“《條例》”）第十六條第二款提出，“無線電頻率使用許可證應當載明無線電頻率的用途、使用范圍、使用率要求、使用期限等事項”。為配合無線電管理機構所做出的無線電頻率使用許可監督檢查，工業和信息化部2017年頒布《無線電頻率使用率要求及核查管理暫行規定》[2]（工信部無[2017]322號，以下簡稱“《使用率規定》”），并規定自2018年1月1日起施行。《使用率規定》中包括地面業務頻率使用率通用要求以及空間業務頻率使用率通用要求等內容，其中空間業務頻率使用率通用要求中包括衛星固定業務、衛星廣播業務、衛星移動業務和衛星通信網四類。衛星固定業務、衛星廣播業務、衛星移動業務頻率使用率評價方法，筆者已先期撰文進行了分析。本文僅對衛星通信網無線電頻率使用率要求的評價方法進行初步研究和探索。

2 我國衛星通信網應用現狀及特點

《無線電規則》（2016版）和《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》[3]（2018版）并沒有對衛星通信網進行定義，國際上也沒有通行的管理模式，但在我國，衛星通信網是無線電業務行政許可重要事項，也是空間業務管理的核心元素之一。在《條例》中對于衛星通信網應用賦予了相應地位，即“組建衛星通信網需要使用衛星無線電頻率的，除應當符合本條例第十五條規定的條件外，還應當提供擬使用的空間無線電臺、衛星軌道位置和衛星覆蓋范圍等信息，以及完成國內協調并開展必要國際協調的證明材料等”。

在《建立衛星通信網和設置使用地球站管理規定》（工信部令第7號，2009年）中規定“衛星通信網，是指利用衛星空間電臺進行通信的地球站組成的通信網。”

在衛星通信原理等相關學術書籍中，定義衛星通信網是由一個或數個通信衛星和指向衛星的若干地球站組成的通信網絡。按照衛星的服務區域來劃分，衛星通信網可分為國際衛星通信網、區域衛星通信網以及國內衛星通信網。國際衛星通信網：利用覆蓋全球的衛星波束為全球范圍內的衛星通信用戶提供通信服務的通信網；區域衛星通信網：利用覆蓋幾個國家（區域）的衛星波束為一定地區范圍內的衛星通信用戶提供通信服務的通信網；國內衛星通信網：為特定某個國家范圍內的衛星通信用戶提供通信服務的通信網。

由于本文所研究的無線電頻率使用率評價標準及評價方法支撐的《使用率規定》屬于國內管理性質的規范性文件，因此本文的研究對象指的是國內衛星通信網，不涉及國際及區域衛星通信網。

目前，我國已經批復允許組建衛星通信網的空間電臺有中國衛通股份有限公司的中星10號等中星系列、亞太7號等亞太系列及中信數字媒體網絡有限公司衛星通信分公司的亞洲7號等亞洲系列。

在批復的衛星通信網中，使用單位涉及新聞媒體、生產運輸和金融證券等多個行業和領域。經過實際監測發現，衛星通信網的使用有如下特點：

（1）以C 和Ku 頻段為主。有的通信網是C 或Ku 的單頻段，有的兩種頻段都有。對于建設時間較早的用戶，以C 頻段為主，而建設時間較晚的用戶以Ku 頻段為主。

（2）通信手段多樣化。部分衛星通信網為備份通信方式或應急通信方式，例如組建的衛星通信網有的為備份網，有的為分時網，有的為業務呼叫觸發網等特殊應用。

（3）承載業務廣泛。從業務角度看，目前我國應用的有衛星固定業務通信網（如傳統靜止軌道衛星通信系統）、衛星廣播業務通信網（利用衛星固定業務開展衛星廣播電視應用）和衛星移動業務通信網（如海事衛星通信系統）。

（4）使用地域分布不同。根據不同衛星通信網的建設目的，有的網內地球站只在某省內分布，有的網內地球站分布在有限的幾個省份內，有的網內地球站在全國范圍各省均有分布。

（5）通信帶寬差異較大。不同用戶組建衛星通信網租用的衛星轉發器帶寬差別很大，有的上百兆，比如廣電系統，有的只有幾兆甚至更小帶寬。

（6）時間占用度不高。鑒于衛星通信網的組建目的大多是作為傳統通信手段的備份，或者作為應急通信方式，因此僅在特殊情況下或者業務觸發時才使用，因此，監測期間很可能存在衛星發射設備不發射載波的狀態，表現出來就是時間占用度不高。

3 無線電頻率使用率評價指標

根據《使用率規定》的要求，主要采用頻段占用度、年時間占用度、區域覆蓋率以及用戶承載率等指標對空間無線電業務進行評價。具體如表1所示。

表1 空間無線電業務評價指標

（1）頻段占用度指實際使用頻率范圍與行政許可批準的使用頻率范圍之比。

（2）年時間占用度指一年中實際使用頻率的天數（或小時）與全年天數（或小時）之比。根據實際使用情況，可采用日、月時間占用度，或結合用戶和無線電業務實際使用情況進行評價。

（3）區域覆蓋率指取得許可的頻率開展無線電業務的實際使用地域（以平方千米為單位）與行政許可批準的頻率使用地域的面積之比。

（4）用戶承載率指取得許可的頻率開展無線電業務實際承載的用戶數量與經專家評估論證應能承載的用戶數量之比。

對衛星通信網來講，需要評價頻段占用度、區域覆蓋率和用戶承載率三個指標。簡單做如下分析。

頻段占用度是實際使用頻率范圍與行政許可批準的使用頻率范圍之比，從頻譜使用情況對衛星通信網的利用效率進行評價。對衛星固定業務、衛星廣播業務、衛星移動業務的頻段占用度評價的重點在整顆衛星，反映的是某顆衛星頻率使用的特點，考慮的修正因子比較多。而衛星通信網的頻段占用度重點考量衛星通信單個用戶的使用特點，修正因子相對較少。

區域覆蓋率是指取得許可的頻率開展無線電業務的實際使用地域與行政許可批準的頻率使用地域的面積之比，可以反映衛星通信網實際提供服務的地域情況特征。針對區域覆蓋率，行政許可批準的頻率使用地域面積可以從衛星通信網獲得的頻率使用許可證中獲取，開展無線電業務的實際使用地域跟網內地球站獲得電臺執照的情況有關。考慮到部分衛星通信網是系統專用的，每省份只需建設1～2座地球站即可。因此，如果衛星通信網在某省份建設好一座地球站并從相關無線電管理部門處獲得該地球站的無線電臺執照，即視為該衛星通信網在該省份開展無線電業務。所有開展業務的省份即該衛星通信網實際使用地域。

用戶承載率是指取得行政許可的頻率開展無線電業務實際承載的用戶數量與經專家評估論證應能承載的用戶數量之比。該評價指標可反映系統的業務飽滿程度，對于業務飽滿度低的用戶，說明其獲得的頻率在一定程度上存在浪費的情況，在后續的行政審批管理中，可酌情考慮降低其獲得的頻率資源，以進一步提高整體的頻譜使用效率。這里的實際用戶數量，也是以該衛星通信網內獲得無線電臺執照的地球站數量為準。

4 評價方法研究

參照國際電信聯盟報告書《頻譜占用率測量和評估》有關內容，從衛星監測數據采集和分析的角度出發，提出《使用率規定》中衛星通信網頻段占用度、區域覆蓋率和用戶承載率的評價方法，同時結合文中所述衛星通信網應用的特點，加入修正因子，以便更好地反映實際的用戶使用情況。

（1）頻段占用度的評價。根據定義，頻段占用度指實際使用頻率范圍與行政許可批準的使用頻率范圍之比。咱們先來看行政許可批準的使用頻率范圍這個分母。按照2017年工業和信息化部發布的《無線電頻率使用許可管理辦法》，用戶要組建衛星通信網開展公網或專網通信應用，必須向國家無線電管理機構申請取得無線電頻率許可證。許可證上會標明批準使用的頻率范圍，比如1525MHz-1559MHz，水平極化。

這里重點研究實際使用頻率范圍。它包括兩個方面的數據，一個是實際監測到的使用頻率范圍，另一個是引入備份率因素后的使用頻率范圍。對于實際監測使用頻率范圍，一次監測任務得到的頻段占用度為：

式中，N 為信號個數；BO為衛星監測系統測量出的每個信號的占用帶寬；B 為行政許可批準使用頻率帶寬。

為了盡量反映出一年中頻段占用度的不穩定因素，可以采取多次執行監測任務取平均值。

式中，NY為每年對相關衛星通信網頻段監測的次數。

也可以充分考慮衛星通信特點，相對應于地面業務“忙時”的概念，取一年中多次執行監測任務取最大值。

最大頻段占用度=Max{頻段占用度1……頻段占用度NY} （3）

式中，NY 為每年對相關衛星通信網頻段監測的次數。

考慮到有些特殊行業用戶，租用衛星通信網帶寬中有一部分是作為備份的，正常通信情況下并不使用全部頻率帶寬資源。如果引入備份率因素，頻段占用度可以修正為：

式中，n 為備份率，且0＜n ≤1。假設行政審批的帶寬中有20%的帶寬需要用來作安全備份，則n=0.2。

（2）區域覆蓋率的評價。根據定義，區域覆蓋率是指取得許可的頻率開展無線電業務的實際使用地域與行政許可批準的頻率使用地域的面積之比。一般地，我們假定某個衛星通信網獲得的行政許可批復的使用地域為全國范圍，為了簡化分析，我們將全國地域范圍等效為34個省級行政區（23個省、5個自治區、4個直轄市、2個特別行政區）。根據衛星通信網的使用特點，我們可以用兩種方法評價區域覆蓋率，一是衛星通信網中不含動中通地球站；二是衛星通信網中包含動中通地球站。兩種模式下的區域覆蓋率評價方法各不相同。不含動中通地球站的衛星通信網區域覆蓋率計算方法如下。

式中，S主為主站已建，計數為1，主站未建，計數為0；S端為省內端站建設數量大于等于1，此省可記為覆蓋，計數為1，省內未有端站建設，此省記為未覆蓋，計數為0（主站和端站不重復計數）；M 為所批復覆蓋省市的數量。

包含動中通衛星通信網的區域覆蓋率計算方法如下。

式中，S主為主站已建，計數為1，主站未建，計數為0；S端為端站覆蓋區域省市數量（主站與端站、各端站間所覆蓋省市不重復計數）；N為端站總數；M為為所批復衛星通信網覆蓋省市的數量。

（3）用戶承載率的評價。使用用戶承載率指標評價衛星通信網，能督促用戶單位為該網內設置的地球站辦理無線電臺執照。考慮到《條例》中規定單收無線電臺可以不辦理無線電臺執照，因此可用該衛星通信網內獲得無線電臺執照的地球站數量和用戶上報單收地球站數量之和，與用戶在申請建立衛星通信網時規劃論證的網絡規模相比，即：用戶承載率=（u發+u收）/U 來考核用戶承載率。

式中，u發為衛星通信網內獲得無線電臺執照的衛星地球站數量；u收為衛星通信網內報備的單收衛星地球站數量以及衛星通信網建網單位上報的單收地球站數量之和；U 為批復的組建衛星通信網技術方案中建網規模。

5 結束語

本文根據《使用率規定》中提出的衛星通信網頻段占用度、區域覆蓋率和用戶承載率等三個評價指標，對這三個指標的評價算法進行了探索研究，提出了單次算法、平均值算法和最大值算法，并考慮了備份率調節因子，分動中通和非動中通衛星通信網分別評價區域覆蓋率，既重視衛星監測實際數據，也充分考慮衛星用戶提供的補充信息，從資源監測、頻譜管理、行政許可等多維度、多角度對衛星通信網無線電頻率使用率進行了初步研究和探索。

衛星通信系統包括衛星通信網的無線電頻率使用率評價是一個新課題，本文提出的各種評價算法還有待實際監測數據的驗證，并期望在實際應用中不斷改進和優化。