了得網工業技術_通信衛星星座繫統頻率干擾分析基礎

內容簡介

本書是一本繫統介紹空間頻率軌道資源政策法規，以及低軌通信星座與地球靜止軌道衛星通信繫統之間、低軌通信星座之間的頻率干擾分析方法與干擾規避策略的專著，主要面向國
內衛星運營與應用服務提供商、衛星制造部門、地面設備制造部門等衛星產業從事者，可指導讀者高效地開展通信衛星星座頻率軌道資源的申報、協調與使用工作。

第1章緒論1
第2章國際電聯簡介4

2.1空間頻率軌道資源屬性4

2.2國際電聯組織結構7

2.2.1國際電聯7

2.2.2無線電通信部門10

2.2.3主要政策法規14

2.3主要國家管理政策16

2.3.1中國16

2.3.2美國18

2.3.3俄羅斯20

2.3.4法國21

2.3.5日本26
第3章衛星通信繫統的基礎知識29

3.1無線電波傳播理論29

3.1.1電波傳播基礎知識29

3.1.2衛星通信信道模型30

3.2衛星通信繫統的組成32

3.2.1空間段33

3.2.2用戶段37

3.2.3地面段41

3.3NGSO衛星繫統設計基礎42

3.3.1衛星軌道設計基礎42

3.3.2星座構型設計基礎45

3.3.3通信載荷設計基礎47

3.4衛星通信鏈路計算52

3.4.1主要參數53

3.4.2鏈路計算方法54
第4章國際電聯對衛星通信的管理規定56

4.1重要概念56

4.1.1頻段劃分56

4.1.2衛星網絡與衛星繫統62

4.1.3衛星操作者與衛星運營商64

4.1.4主管部門67

4.1.5干擾67

4.1.6協調68

4.2對GSO衛星通信的管理規定68

4.2.1GSO非規劃資源的管理規定68

4.2.2GSO規劃資源的管理規定73

4.3對NGSO衛星通信的管理規定74

4.3.1NGSO通信星座的用頻規定78

4.3.2NGSO通信星座的協調規定81

4.3.3NGSO通信星座的投入使用規定84

4.4衛星網絡數據申報與公布87

4.4.1Starlink星座衛星網絡申報與繫統建設情況對比分析88

4.4.2OneWeb星座衛星網絡申報與繫統建設情況對比分析97

4.4.3Telesat星座衛星網絡申報與繫統建設情況對比分析100
第5章頻率干擾評估及規避方法103

5.1干擾產生機理103

5.1.1同信道干擾104

5.1.2鄰信道洩露104

5.1.3鄰信道選擇性105

5.1.4阻塞及類似事宜105

5.1.5AGC及類似事宜106

5.2干擾評估指標106

5.2.1等效噪聲溫度增量百分比ΔT/T107

5.2.2干擾噪聲比I/N108

5.2.3載干比C/I108

5.2.4載干噪比C/（I N）109

5.2.5等效功率通量密度EPFD109

5.2.6干擾評價指標間關繫109

5.3干擾評估方法110

5.3.1基於協調弧的干擾評估方法110

5.3.2基於ΔT/T的干擾評估方法111

5.3.3基於C/I的干擾評估方法116

5.3.4基於EPFD的干擾評估方法121

5.4干擾規避方法122
第6章NGSO星座與GSO衛星的頻率干擾研究124

6.1低軌星座與GSO衛星的干擾場景124

6.1.1NGSO衛星對GSO地球站的下行干擾124

6.1.2NGSO地球站對GSO衛星的上行干擾124

6.1.3NGSO衛星干擾地球背面GSO衛星125

6.1.4NGSO地球站干擾GSO地球站126

6.1.5GSO衛星對NGSO地球站的下行干擾126

6.1.6GSO地球站對NGSO衛星的上行干擾126

6.1.7GSO衛星干擾地球背面NGSO衛星127

6.1.8GSO地球站干擾NGSO地球站128

6.2國際電聯建議書的研究128

6.2.1繫統間干擾分析方法128

6.2.2干擾評價標準體繫130

6.2.3兼容共用分析方法131

6.3EPFD限值的制定歷程132

6.3.1概述132

6.3.2EPFD定義及限值的提出（1993—1997年）135

6.3.3EPFD限值的演變過程（1997年至今）140

6.3.4EPFD限值的未來發展方向157

6.4EPFD限值合理性研究160

6.4.1對GSO繫統干擾指標—— S.1323 方法B161

6.4.2EPFD與I/N的換算關繫—— S.1323 附件4164

6.4.3EPFD限值與I/N限值的對比分析166

6.4.4EPFD限值修改建議170

6.5低軌星座對GSO衛星的干擾規避策略172
第7章NGSO星座之間的頻率干擾研究173

7.1低軌星座繫統間的干擾場景173

7.2低軌星座繫統間干擾分析方法175

7.2.1《無線電規則》的相關規定175

7.2.2電聯建議書的研究176

7.2.3干擾分析方法總結177

7.3低軌星座繫統間干擾分析模型178

7.3.1時域統計仿真分析模型178

7.3.2位置概率仿真分析模型187

7.4低軌星座繫統間干擾評估標準202

7.4.1國際電聯研究情況202

7.4.2建立繫統級干擾評估指標204

7.5低軌星座繫統間兼容共用策略217

7.5.1頻域兼容策略217

7.5.2空域兼容策略217
第8章總結與展望228
附錄230

附錄A國際電聯發布的EPFD限值規定230

附錄BGSO繫統地球站天線輻射特性參考237
參考文獻239

前言

無線電頻率軌道資源作為空間業務領域發展的重要戰略資源，與石油、礦產等資源類似，屬於稀缺且不可再生的有限自然資源。隨著信息技術在經濟發展、國防建設和社會生活各個領域的廣泛應用，無線電頻譜和軌道的戰略價值和基礎作用日益突出，已成為影響國民經濟和國防建設發展乃至國家安全的重要戰略資源。無線電頻率軌道資源的申請、協調與使用作為一門綜合性專業技術，必須在國際公約、規則框架下合法進行。近年來，以“星鏈”和OneWeb為代表的大規模低軌星座在全球範圍內掀起了快速建設部署的熱潮，基於現行國際規則體繫中頻率軌道資源“先登先占，先占永得”的基本原則，未來必然會面臨資源愈發緊張、多星近軌、多星同頻等局面。同時，伴隨著5G/6G的研發部署，在非地面網絡中通信衛星已成為實現天地互聯的重要組成部分。未來，在通信衛星星座規劃及建設過程中，繫統開展頻率干擾分析及干擾規避策略設計，綜合評估多繫統間潛在頻率干擾風險，可以有效降低實際運營中的有害干擾概率。

本書是一本繫統介紹空間頻率軌道資源政策法規，以及低軌通信星座與地球靜止軌道衛星通信繫統之間、低軌通信星座之間的頻率干擾分析方法與干擾規避策略的專著，主要面向國內衛星運營與應用服務提供商、衛星制造部門、地面設備制造部門等衛星產業從事者，可指導讀者高效地開展通信衛星星座頻率軌道資源的申報、協調與使用工作。全書共8章。第1章緒論，概述本書內容的研究背景與意義。第2章向讀者介紹國際無線電管理組織與主要法規，具體包括空間頻率軌道資源的基本屬性，國際組織以及世界主要航天國家無線電通信部門的組織結構與主要的政策法規。第3章為讀者介紹開展頻率干擾分析工作需要掌握的衛星通信繫統的基礎知識，具體包括無線電波傳播的基本理論、衛星通信繫統的組成、地球非靜止軌道衛星繫統設計、鏈路計算方法等，為後續章節中復雜場景下的頻率干擾建模仿真方法奠定基礎。第4章主要介紹國際電聯對衛星通信的各項管理規定，重點圍繞低軌通信星座的頻率選擇、申報、協調和投入使用規定進行詳細闡述，給出國際電聯公布的典型星座數據庫有用信息的提取方法，並與實際建設計劃進行對比。第5章深入闡述頻率干擾產生機理，詳細介紹頻率干擾評估指標體繫，以及國際現有干擾評估與規避方法，為後續針對低軌通信星座的頻率干擾建模及仿真實例構建理論基礎。第6章圍繞低軌通信星座與地球靜止軌道衛星通信繫統之間的頻率干擾研究，繫統梳理干擾場景、干擾分析方法、干擾評價標準，重點圍繞關鍵參數——等效功率通量密度限值國際標準的制定歷程及限值合理性進行研究。第7章聚焦低軌通信星座之間的頻率干擾研究，在干擾分析方法方面給出基於軌道外推的時域分析法和衛星位置概率分析法，在干擾評估標準方面構建將繫統級容量損失作為評價多鏈路繫統受干擾影響的衡量指標，在兼容共用策略方面提出一種基於地球站視場進行空間資源預規劃的低軌衛星星座之間的干擾規避策略。第8章是總結與展望。

關於本書對不同衛星軌道的描述，采用工程繫統設計與國際電聯《無線電規則》兩種常用術語體繫。工程繫統設計術語體繫中，按照全國科學技術名詞審定委員會《測繪學名詞》通常將衛星軌道分為地球靜止軌道（Geostationary Earth Orbit, GEO）、中地球軌道（Medium Earth Orbit, MEO）、低地球軌道（Low Earth Orbit, LEO）、傾斜地球同步軌道（Inclined GeoSynchronous Orbit, IGSO）等，本書第3章第3.2.1節采用此術語體繫。國際電聯《無線電規則》術語體繫中，將衛星軌道分為地球靜止衛星軌道（GSO，GeostationarySatellite Orbit）與地球非靜止衛星軌道（NGSO，nonGeostationarySatellite Orbit），通常簡稱為地球靜止軌道（或靜止軌道）與地球非靜止軌道（或非靜止軌道），本書除第3.2.1節之外的其他章節均采用此術語體繫。

本書能夠出版，首先感謝國家航天局衛星通信繫統創新中心各位領導和專家的悉心指導與大力支持。創新中心自2021年成立起，堅持繫統觀念，謀劃並制定領域發展戰略；堅持守正創新，對標並設計先進衛星通信繫統；堅持問題導向，研究並解決繫統建設中遇到的問題，同時，全面開展空間頻率技術領域規劃、繫統論證及關鍵技術攻關。在本書撰寫成稿過程中，得到了中國空間技術研究院通信與導航衛星總體部黃普明部長、王作為書記、鄭馳研究員、李靜濤研究員、白光明研究員、呂紅劍研究員等領導、專家的關心支持，同時還要感謝國際電聯第四研究組4A工作組主席J.Wengryniuk先生、ITUR S.1503技術建議書工作組主席J.Pahl先生以及國內同行的無私分享，在此一並表示感謝。

本書面向衛星繫統總體設計與工程技術人員，可作為通信衛星繫統頻率政策法規及干擾分析方法的參考書。

由於作者水平有限，加之國際電聯衛星頻率相關前沿議題研究成果日新月異，難以覆蓋周全，書中難免有疏漏和不足之處，敬請讀者批評指正。

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