关于星间链路的频率划分

关于星间链路的频率划分中国空间技术研究院版权所有周傲松（中国空间技术研究院总体设计部）1 引言星间链路（isl，inter-satellite link）是指在卫星与卫星之间直接进行无线电传输的链路。

按照卫星所处的轨道区分，星间链路一般可以分为静止轨道-静止轨道之间、静止轨道-非静止轨道之间、非静止轨道-非静止轨道之间3种类型。

在目前阶段，星间链路的用途主要有3个方面：①用于低轨航天器的数据中继业务；②用于静止或非静止轨道通信卫星的通信传输业务；③用于特定信息传输的其他业务，如星载gps、空间操作（跟踪与测控）以及空间研究等。

从国际和国内的无线电管理角度讲，对于上述3个方面的用途，都进行了有关的频率划分。

就星间链路系统的频率选取而言，首先要考虑的问题即是有关的频率划分状态。

2 关于星间链路的频率划分根据1998年版的《无线电规则》及2000年世界无线电通信大会（wrc-2000）通过的最后法案，星间链路可以使用的具体频段见表1。

另外，有些空间研究业务也涉及到星间链路，因此，这些空间研究业务的频段也可以用于星间链路（但表1未包括此种情形），表1中给出的星间链路的主要使用限制只是大概含义，真正应用时须参考国际电联《无线电规则》的最新版本。

从表1可见，星间链路的使用频段大致可以归纳为3种情况。

(1) 在400mhz附近这种情况发生在航天器工程应用的早期，尤其是在载人航天的早期。

此时的情形是，1ghz以上频段还没有得到适度开发，高频段元器件的研制还很不成熟，因此，对于可靠性要求很高的载人航天而言，只有被迫选择相对比较成熟的400mhz附近的频段，来完成有关的航天器飞行任务（如飞船对接以及救援通信等）。

在目前的技术条件下，星间链路虽仍可继续使用这些400mhz附近频段，但只是沿用之。

由于400mhz附近频段可用带宽较窄，因此可以预见，在未来该频段不会得到进一步发展。

(2) 在l/s频段这种情况主要是受到借用思路的影响，即星间链路使用与星地链路相同的频段。

通常，这是通过在地对空（或空对地）方向的频率划分上增加空对空划分来实现的。

如s频段（2025～2110mhz、2200～2290mhz）的星间链路，明显是受到卫星测控频段（属空间操作业务）的影响；而l频段的星间链路，则主要是借用gps等系统的卫星无线电定位和导航业务。

在这种情形下，星间链路对于星地链路有明显的依存关系。

由于这种借用思路在现实中有着很强的内在合理性，因此，可以预见，这种情况并不会在短期内消亡，甚至可以说，在未来一段时期内，还有着发扬光大的可能性。

表1 星间链路的频率划分（截至2000年底序号频段业务类别星间链路的主要使用限制1 400.15～401mhz 空间研究限于载人航天器之间的通信，但不被视为安全业务2 410～420mhz 空间研究限于与一个在轨的载人航天器在5km内通信使用，载人航天器外的发射功率通量密度受限，同时，不得要求得到地面业务的保护，也不得限制地面业务的未来发展3 1 164～1 215mhz 卫星无线电导航4 1 215～1 300mhz卫星无线电导航不倾向于提供安全业务，也不得对其他系统或业务强加任何其他限制。

5 1 559～1 610mhz卫星无线电导航不倾向于提供安全业务，也不得对其他系统或业务强加任何其他限制61 645.5～1 646.5mhz卫星移动限于遇险和安全通信72 025～2 110mhz空间操作、卫星地球探测、空间研究就使用地位而言，非静止卫星之间的星间链路低于静止卫星与非静止卫星之间的。

82 200～2 290mhz空间操作、卫星地球探测、空间研究与2 025～2 110mhz频段相同922.55～23.55 ghz卫星间业务须注意对射电天文业务的保护1024.45～24.75 ghz卫星间业务在第2、3区的使用不得要求得到无线电导航业务中的机场地面探测设备的保护1125.25～27.5 ghz卫星间业务仅限于空间研究和卫星地球探测的应用，并且传输的数据源于空间中的工业和医学活动。

另外，在第2、3区，非静止卫星的使用在27～27.5ghz频段上有一定优先权。

1229.95～30 ghz卫星地球探测限于遥测遥控和跟踪的用途，且是次要业务1332～33 ghz卫星间业务应采取一切必要措施以防止卫星间业务、无线电导航业务和空间研究（深空）业务之间的有害干扰，同时，无线电导航业务在这个频段有一定的优先权1454.25～56.9 ghz卫星间业务限于静止轨道卫星的星间链路使用，同时发射功率通量密度受到一定限制1556.9～57 ghz卫星间业务限于静止轨道卫星之间的链路，或由高轨到低轨的非静止卫星之间的链路。

同时静止轨道卫星的发射功率通量密度受到一定限制1657～58.2 ghz卫星间业务与54.25～56.9ghz频段相同1759～59.3 ghz卫星间业务与54.25～56.9ghz频段相同1859.3～71 ghz卫星间业务19116～122.25 ghz卫星间业务限静止卫星使用，同时功率通量密度受到一定限制20122.25～123 ghz卫星间业务21130～134 ghz卫星间业务22167～182 ghz卫星间业务其中174.8～182ghz频段限静止卫星使用，同时功率通量密度受到一定限制23185～190 ghz卫星间业务限静止卫星使用，同时功率通量密度受到一定限制24191.8～200 ghz卫星间业务(3) 在15ghz以上的频段这种情况主要是考虑到大气损耗的影响。

从有关文献上可以了解到，在15～35ghz频段上，水蒸气分子的吸收在大气损耗中占主要地位，并在22.2ghz 处发生谐振吸收而出现一个损耗峰；而在15ghz以下和35～80ghz频段上，则主要是氧分子的吸收，并在60ghz附近发生谐振吸收而出现一个较大的损耗峰。

由此产生了所谓的"无线电窗口"和"半透明无线电窗口"的概念。

事实上，对于星间链路而言，由于它是在卫星与卫星之间建立的链路，通常可以避开大气层（即在大气层的上方进行通信），因此，大气的吸收峰值频段正好可以为之所用。

这样，一方面避免了与星地之间的链路争夺频段资源，另一方面由于大气的吸收作用，使得其使用受到的地面约束条件相对较小（如eirp可以较高）；同时由于不存在降雨衰减问题，因此，由高频段带来的小型化好处将得以充分发挥。

这种情况是目前星间链路的主流频段，同时，由于其处于ka以上频段，可用带宽也较宽，特别适合于宽带传输的情形，因此它也代表了未来的发展趋势。

3 从星间链路到卫星间业务对于静止轨道通信卫星而言，星间链路最早是为了解决卫星通信的"多跳"问题而提出的。

在卫星通信发展的中早期，"多跳"方案是为解决静止轨道卫星地域覆盖不足而提出的，它利用两对以上的上下行链路，借助一个或多个作为中转手段的关口地球站，可以实现诸如越洋之类的超远距离通信?quot;多跳"方案在理论上是可行的，但是由于"多跳"所带来的超长时延问题，使得其在实践中并没有得到广泛的应用。

为解决这个时延问题，星间链路方案在20世纪80年代中期被提了出来。

此方案一经提出，即受到了广泛重视。

原因是，它不仅在时延问题上有了很大改善，而且对于当时已受到国际关注的卫星轨道/频谱资源利用问题而言，它也有相当程度的提高除了解决"多跳"带来的时延问题外，星间链路的另一个重要应用是在国防军事通信领域。

其原因在于，使用星间链路可以建立独立的卫星系统，这样不仅能实现超远距离通信，而且系统的保密性和安全性都可以大大提高，另外，使用星间链路还为卫星系统的重构提供了可能性，因此，星间链路是未来军事通信卫星网中不可或缺的重要组成部分。

目前，使用星间链路的静止轨道卫星（包括通信卫星和数据中继卫星）局限于国防军事用途，而且以试验和试用目的为多，如美国的"先进跟踪与数据中继卫星"（atdrs）和"军事星"（milstar）等。

截至20世纪末，惟一曾使用星间链路的商用卫星是非静止轨道的卫星移动通信系统--"铱星"系统，但由于种种原因，特别是市场方面的问题，"铱星"系统最终也未能取得商业上的成功。

而对于静止轨道通信卫星而言，目前尚没有1颗商用卫星使用了星间链路，其中主要的问题是在市场需求方面，而技术方面的困难大多已可以克服，当然成熟度仍有待提高。

在卫星业界经历了"铱星"系统失败的巨痛后，目前已有多家卫星公司提出了使用星间链路的商用卫星系统，如洛马公司提出的astrolink（phase ii）等。

但此时，有一个明显的倾向是，这些卫星系统都是静止轨道的，并且提供的主要业务都将是宽带多媒体传输，这一倾向明显区别与"铱星"系统的非静止轨道和话音传输。

根据前瞻的市场需求分析，预期在2004～2005年间将会出现使用星间链路的实用化静止轨道商用通信卫星。

从上述星间链路的频率划分可见，如果未来的使用星间链路的静止轨道通信卫星将主要提供宽带多媒体传输业务，则星间链路将毫无疑义地应选择ka以上频段。

事实上，由于ka以上频段已经成为星间链路目前及未来发展的主流，因此，国际电联已正式命名了一种专门的无线电通信业务，称之为"卫星间业务"（inter-satellite service，简称iss），以使之区别于以往的星间链路（通常是以空对空的形式得到频率划分）。

同时，国际电联有意使卫星间业务通用化，即除特别指出外，不再对通信的对象、目标和性质做具体区分，而只要是实现了卫星与卫星之间的直接通信，就可以认定为是该业务。

4 关于卫星间业务的频率共用问题值得一提的是，表1中的各项频段并非惟一划分给卫星间业务，其他多种业务，如固定业务、移动业务和卫星地球探测业务等，也都或多或少在上述频段中的部分频段上得到了频率划分，因此，在上述频段上存在着比较复杂的频率共用状态。

然而，鉴于星间链路的特殊性（即处于大气吸收峰），一般认为，星间链路与地面无线电业务之间的频率共用一般不会出现太大的困难，因此，主要的关注应集中于星间链路与星间链路之间的相互频率共用问题上根据国际电联的有关统计，截止到2000年6月，各国向国际电联申报的带有星间链路的卫星网络已超过200个，其中既包括静止轨道的，又包括非静止轨道的。

显然，如果这些卫星网络都投入使用，并且都不遵守一定的使用规则的话，那么，星间链路也将会成为频率使用的重灾区。

当然，解决频率使用问题的最简单的方法就是分频段使用，即每个卫星网络都使用自己的频段，相互之间不重叠，但是，这种方法不能实现频率的有效利用问题，同时，当卫星网络很多时，频率也将成为稀缺资源，因此，有必要深入研究星间链路的频率共用问题。