什么是移動衛(wèi)星服務

文/松堂

現(xiàn)在，我們來界定一下天通衛(wèi)星和Mate 60 Pro手機提供的服務是什么性質(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衛(wèi)星服務，也就是MSS。這是一種無線電業(yè)務，在移動地球站與一個或多個空間站之間；空間站與空間站之間；一個或多個空間站與移動地球站之間實現(xiàn)通信服務。這里說的“空間站”并不是載人航天設施，而是指部署在宇宙空間的無線電臺站。

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)星移動業(yè)務專用）；

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業(yè)務）；

3.帶寬為16.5MHz 的1610～1626.5MHz，雖然享有優(yōu)先級，但只能用來上行，對應的下行頻段在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 獨占的，需要和氣象雷達、船用雷達“分蛋糕”。衛(wèi)星移動業(yè)務可使用總計46.5MHZ 的兩個部分：

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)務優(yōu)先使用）。

雖然頻率資源很少，但MSS 往往承擔著急難險重任務，因此在衛(wèi)星通信領域有獨特的意義。世界上第一個MSS 系統(tǒng)是著名的海事衛(wèi)星，也就是今天的國際移動衛(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，但因為MSS 的重要性和發(fā)展前景，產(chǎn)業(yè)界還是前赴后繼。

不過，MSS 也面臨著嚴峻的競爭，除了地面移動網(wǎng)絡越鋪越廣，它的“同門兄弟”，也就是固定衛(wèi)星服務（FSS），也在侵占市場。隨著動中通技術的出現(xiàn)，很多移動平臺，例如車輛、船只、飛機，都可以用FSS 來實現(xiàn)移動中的寬帶衛(wèi)星通信了。有些運營商已經(jīng)看到了這個發(fā)展趨勢，并且開始尋求轉型，比如國際移動衛(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 頻段轉移到了Ka 頻段，向地面用戶提供“全球快車”高速移動衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務，地面終端的技術基礎也是“動中通”。

但是，如果要討論個人隨身攜帶的衛(wèi)星終端，那么MSS 的地位依然無法撼動。Mate 60 Pro 手機的出現(xiàn)，可能會進一步鞏固MSS 市場的穩(wěn)定程度。

大多數(shù)語音和一部分數(shù)據(jù)移動衛(wèi)星服務都運行在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)。中國的天通一號是目前唯一完全運行在S 頻段上并且提供電話服務的MSS系統(tǒng)。

同步軌道與低軌道

當然，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)星來實現(xiàn)全球覆蓋，而時延的情況要比同步軌道輕得多。但在實踐中，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

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。這是因為MSS 服務既然允許終端移動，那么衛(wèi)星有少許移動也不是什么問題。

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，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。因為這里的衛(wèi)星仰角太低了，一個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候，仰角都是相當大的。不過飛越極區(qū)會帶來低效率的問題，也就是說，這里的用戶數(shù)量太少，衛(wèi)星多數(shù)時候無所事事。

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

因為低軌道的范圍比較寬，從卡門線到1500 千米高度，都可以認為是低軌道，低軌道MSS 的實際高度在640～1120 千米。不過低軌道衛(wèi)星相對地面是移動的，因此在通話過程中，可能需要實現(xiàn)衛(wèi)星“接力”。當一顆衛(wèi)星越過當?shù)氐仄骄€時，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4～15 分鐘的通話任務。為了滿足通話需求，在任何時間內(nèi)，至少需要1 顆衛(wèi)星能覆蓋某個區(qū)域。如此計算，低軌道星座的規(guī)模需要設置在40～70 顆。所以兩個最著名的低軌道衛(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，和太空探索技術公司建立合作伙伴關系，為星鏈第二代衛(wèi)星增加衛(wèi)星蜂窩服務。該服務打算使用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)提供手機覆蓋。具體業(yè)務將從短信開始，視情況擴展到語音和有限的數(shù)據(jù)服務，用普通個人終端就能享受到衛(wèi)星服務。T-Mobile 還表示，愿意和其他國家的地面移動網(wǎng)運營商合作，通過太空探索技術公司的T-Mobile 合作伙伴關系交換漫游服務。這項服務的帶寬很有限，大約每秒2～4 兆比特分布在一個非常大的覆蓋區(qū)域內(nèi)。這個區(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。實際上，MSS 最穩(wěn)定的用戶是軍事部門，特別是美國軍隊。具體到軍兵種上，最積極的還是海軍。第一代軍用移動通信衛(wèi)星就是美國海軍的“艦隊衛(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“移動用戶目標系統(tǒng)”，簡稱MUOS。MUOS 衛(wèi)星價格昂貴，但是達到了設計要求。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。特別是美國空軍第五代戰(zhàn)斗機F-35 的超視距通信，就是靠MUOS 實現(xiàn)的。

▲ 星鏈星座

▲ 美軍使用的先進特高頻衛(wèi)星

機器對機器的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。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。哪怕自稱是寬帶的海事衛(wèi)星BGAN 服務，也只能達到492 千比特每秒的速率。多數(shù)MSS 數(shù)據(jù)服務是為機器對機器（M2M）通信服務的，如今也可以稱作物聯(lián)網(wǎng)服務。這類MSS 服務甚至不一定需要實時通信，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)通信服務的同時，也兼顧M2M 服務，甚至北斗系統(tǒng)作為導航定位系統(tǒng)，也可以用短報文承擔一些M2M 服務。海事衛(wèi)星也提供一種叫做BGAN M2M 的服務。

不過，世界上存在著兩個專門的機器對機器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 乃至整個衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)界都占有一席之地。