張春海,李洪濤,吳嗣亮

(1.北京理工大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100081;2.北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心,北京 100094)

1 引 言

隨著美國(guó)GPS系統(tǒng)現(xiàn)代化、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)振興以及中國(guó)“北斗”系統(tǒng)的運(yùn)行服務(wù)、歐盟GALILEO系統(tǒng)的建設(shè),衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)逐漸成為重要的位置、導(dǎo)航和時(shí)間(PNT)基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái),GNSS頻譜保護(hù)、干擾監(jiān)測(cè)與減輕等問(wèn)題越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)的關(guān)注,并已經(jīng)成為國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)(ICG)的熱點(diǎn)議題之一。2011年發(fā)生在美國(guó)本土的地面移動(dòng)通信網(wǎng)——光平方系統(tǒng)干擾GPS系統(tǒng)的光平方事件,是一次典型的GNSS干擾事件,美國(guó)政府反應(yīng)及時(shí)迅速,組織機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試評(píng)估,其管理和技術(shù)層面均值得我們參考。

近年來(lái)隨著空間、地面系統(tǒng)的不斷發(fā)展,頻率資源已經(jīng)成為一種珍貴的稀缺資源[1],光平方事件的深層原因就是地面移動(dòng)通信系統(tǒng)與天基衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)之間的頻率資源之爭(zhēng),是兩個(gè)系統(tǒng)之間的兼容性問(wèn)題。這對(duì)我國(guó)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展也具有啟發(fā)意義,由于第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻段緊鄰“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電測(cè)定業(yè)務(wù)(RDSS)下行的S頻段2 483.5～2 500 MHz,其具有對(duì)“北斗”系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾的可能性,需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)深入分析研究。

1.1 事件回顧[2]

光平方公司(LightSquared)是一個(gè)私有公司,其前身是SkyTerra通信有限公司、Mobile Satellite Ventures(MSV)、Motient Services Inc.and American Mobile Satellite Company(AMSC),光平方公司現(xiàn)在持有的L頻段衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS)執(zhí)照是FCC于1989年頒發(fā)給AMSC公司的,2001年光平方公司(當(dāng)時(shí)的MSV)向FCC提出申請(qǐng),計(jì)劃使用已經(jīng)獲得MSS業(yè)務(wù)授權(quán)的1 525～1 559MHz頻段建設(shè)一個(gè)衛(wèi)星-地面一體化寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。

2002年光平方公司承諾在1 559～1 610 MHz頻段滿(mǎn)足嚴(yán)格的功率限值,2003年FCC在部分衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS)頻段批注開(kāi)展輔助地面業(yè)務(wù)服務(wù)(ACT),其中就包括1 525～1 559MHz頻段。FCC對(duì)“輔助”具有明確的定義,這種業(yè)務(wù)必須滿(mǎn)足若干標(biāo)準(zhǔn),并且必須是集成服務(wù),手持終端必須是雙模服務(wù),既可接入衛(wèi)星的MSS業(yè)務(wù),也可接入地面的ACT業(yè)務(wù)。2004年,FCC批注光平方公司開(kāi)展ACT業(yè)務(wù),2005年又將其發(fā)射功率限值在2003年基礎(chǔ)上提高了8 dB。

2010年3月,FCC批準(zhǔn)光平方公司轉(zhuǎn)讓給Harbinger資本共同基金(Capital Partner Funds),并且附加條件要求光平方盡快建設(shè)成為一個(gè)覆蓋全國(guó)、擁有36 000多個(gè)基站的網(wǎng)絡(luò),并擁有上億的用戶(hù)。同時(shí)FCC也批準(zhǔn)了光平方公司在2009年提出的對(duì)ACT業(yè)務(wù)的修改申請(qǐng),給予了更多的靈活性,包括將每個(gè)基站的EIRP限值提高到42 dBW。

2010年11月18日,光平方(LSQ)公司又向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)申請(qǐng)批準(zhǔn)其ACT網(wǎng)絡(luò)中可以只使用地面設(shè)備,即不再和衛(wèi)星通信進(jìn)行組合。這一事件引起了GPS團(tuán)隊(duì)的高度關(guān)注,因?yàn)楣馄椒焦救绱舜笠?guī)模的地面網(wǎng)絡(luò)很有可能干擾到GPS信號(hào)的正常接收。2011年1月26日,美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)向光平方公司發(fā)放頻率許可證,允許其ACT網(wǎng)絡(luò)只使用地面設(shè)備。由于GPS團(tuán)隊(duì)的高度關(guān)注,FCC向光平方發(fā)放該許可證時(shí)附加一個(gè)條件,即要求成立工作組對(duì)光平方系統(tǒng)和GPS的兼容性進(jìn)行評(píng)估,由此引發(fā)后續(xù)的光平方事件。

1.2 光平方系統(tǒng)技術(shù)特性[2]

光平方系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃分為3個(gè)階段:第一階段首先使用1 550.2～1 555.2 MHz的5 MHz作為下行鏈路,1 651.7～1 656.7 MHz的5MHz頻段作為上行鏈路;第二階段計(jì)劃使用1 526.3～1 531.3 MHz、1 550.2～1 555.2MHz兩段各5MHz頻段作為下行鏈路,配對(duì)的上行鏈路分別為1 627.8～1 632.8 MHz、1 651.7～1 656.7MHz;第三階段則在第二階段基礎(chǔ)上,將上、下行鏈路的帶寬由5 MHz擴(kuò)展到10 MHz。光平方系統(tǒng)上、下行鏈路詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)如表1和表2所示。

表1 光平方系統(tǒng)下行鏈路(基站到終端)技術(shù)參數(shù)Table 1 The parameters of LightSqured System uplink(station to user)

說(shuō)明:

(1)FCC許可證允許光平方系統(tǒng)的基站發(fā)射最大EIRP為72 dBm(42 dBW)/通道/基站;

(2)如果高端和低端兩個(gè)通道同時(shí)發(fā)射,基站的EIRP將增加3 dB,即65 dBm;

(3)對(duì)光平方系統(tǒng)帶外發(fā)射(OOCE)功率譜密度(PSD)的限制為:在1 559～1 610 MHz的衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航業(yè)務(wù)(RNSS)頻段,任何1 MHz內(nèi)的功率譜密度低于-100 dBW,并且保證任何1 kHz內(nèi)的功率譜密度低于-110 dBW。

表2 光平方系統(tǒng)上行鏈路(終端到基站)技術(shù)參數(shù)Table 1 The parameters of LightSqured System downlink(user to station)

FCC對(duì)上行鏈路用戶(hù)終端帶外輻射(OOCE)限制為:

(1)在相鄰的1 559～1 610 MHz RNSS業(yè)務(wù)頻段,功率譜密度限值為-90 dBW/1MHz,5年之后,提高到-95 dBW/1 MHz;

(2)對(duì)于窄帶限值分別為-100 dBW/1 kHz和-105 dBW/1 kHz。

光平方系統(tǒng)使用的頻段與GPS、GLONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)L1頻段之間的關(guān)系示意圖如圖1所示。由圖可見(jiàn),光平方系統(tǒng)使用的頻段1 525～1 559MHz與衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航業(yè)務(wù)(RNSS)頻段(1 559～1 610MHz)之間并不存在頻譜重疊,也就是說(shuō)光平方事件實(shí)際上是相鄰頻段干擾,而不是同頻干擾問(wèn)題。

圖1 光平方系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)頻譜示意圖Fig.1 Sketch map of LightSqured and GPS system spectrum

2 兼容性問(wèn)題

關(guān)于光平方系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的兼容性研究,主要由美國(guó)3個(gè)官方機(jī)構(gòu)推動(dòng):一是FCC頒發(fā)許可證時(shí)成立的工作組(WG);二是由GPS主管機(jī)構(gòu)國(guó)家空基PNT執(zhí)行委員會(huì)推動(dòng),由NPEF具體執(zhí)行的代表GPS方面立場(chǎng)的研究工作;三是聯(lián)邦航空管理局(FAA)授權(quán)RTCA開(kāi)展的代表航空用戶(hù)的專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域研究工作。

2.1 FCC工作組(WG)[3]

2011年2月25日,根據(jù)FCC DA 11-133命令授權(quán)成立工作組(Working Group,WG),專(zhuān)門(mén)研究GPS受到光平方系統(tǒng)干擾問(wèn)題;工作組由光平方公司負(fù)責(zé)法律事務(wù)與公共政策的執(zhí)行副總裁Jeffrey Carlisle和聯(lián)邦GPS工業(yè)理事會(huì)(USGIC)主席Charles Trimble聯(lián)合主持;WG下設(shè)一個(gè)技術(shù)工作組(TWG),成員由GPS領(lǐng)域?qū)＜医M成,負(fù)責(zé)向工作組就關(guān)鍵問(wèn)題和干擾評(píng)估方法等提出建議,并具體負(fù)責(zé)對(duì)GPS接收機(jī)的選擇、測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)、干擾評(píng)估方法等的合理性和中立性進(jìn)行審查;顧問(wèn)是一個(gè)監(jiān)督機(jī)構(gòu),由事件相關(guān)的股東、設(shè)備制造商和專(zhuān)家組成,人數(shù)不限,可以對(duì)整個(gè)評(píng)估過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)提出意見(jiàn),或通過(guò)聯(lián)合主席進(jìn)行反饋。

工作組(WG)經(jīng)過(guò)調(diào)查研究,明確7類(lèi)GPS接收機(jī)代表美國(guó)的非軍用GPS接收機(jī):航空、蜂窩移動(dòng)、大眾定位導(dǎo)航、高精度定位、授時(shí)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和空間應(yīng)用等,每一類(lèi)又包括增強(qiáng)型和非增強(qiáng)型兩種,WG設(shè)置7個(gè)子工作組,分別對(duì)上述7種類(lèi)型接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估。

圖2 FCC專(zhuān)門(mén)工作組結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of FCC Specific Workgroup

2011年6月30日,工作組(WG)向 FCC提交了300多頁(yè)(不含附件)的最終研究報(bào)告,總報(bào)告實(shí)際包含5個(gè)子工作組的研究報(bào)告,其中高精度定位、定時(shí)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用合并為一個(gè)子工作組,各個(gè)子工作組的研究試驗(yàn)結(jié)果概況如表3所示。

表3 FCC工作組研究結(jié)果概述Table 3 Summarization of FCC Workgroup research results

續(xù)表3

2.2 國(guó)家空基PNT系統(tǒng)技術(shù)論壇(NPEF)[4]

2011年2月9日,ESG通過(guò)NCO要求NPEF對(duì)光平方公司計(jì)劃部署的地面寬帶系統(tǒng)對(duì)GPS和GPS相關(guān)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的影響進(jìn)行評(píng)估,要求在2011年5月31日前完成所有的評(píng)估工作,并形成報(bào)告(公開(kāi)發(fā)行和官方專(zhuān)用兩個(gè)版本)。

NPEF將評(píng)估工作分成9個(gè)子任務(wù),每個(gè)子任務(wù)的內(nèi)容分別如下。

(1)子任務(wù)1:信號(hào)規(guī)范和技術(shù)特性。明確了分析使用的光平方系統(tǒng) 3個(gè)階段(Phase0、Phase1、Phase2)的頻段、EIRP等技術(shù)參數(shù),并特別強(qiáng)調(diào)FCC給光平方系統(tǒng)的許可發(fā)射功率比光平方系統(tǒng)提供用于技術(shù)分析的EIRP還要大10 dB;對(duì)于GPS接收機(jī),NPEF采用FCC TWG相同的7類(lèi)典型應(yīng)用。

(2)子任務(wù)2:光平方系統(tǒng)地面網(wǎng)建模。按照每個(gè)10 MHz通道支持1 200個(gè)活動(dòng)用戶(hù)進(jìn)行估算,光平方系統(tǒng)基站的密度為:城市人口密集地區(qū)0.4～0.8 km,普通城市環(huán)境下1～2 km,鄉(xiāng)村地區(qū)2～4 km,偏僻地區(qū)5～8 km,以此作為后續(xù)評(píng)估光平方系統(tǒng)影響GPS的基礎(chǔ)。

(3)子任務(wù)3:運(yùn)行場(chǎng)景設(shè)計(jì)。NPEF使用FCC TWG和RTCA建立的運(yùn)行場(chǎng)景,其中FCC TWG針對(duì)不同類(lèi)型GPS接收機(jī)分別設(shè)置了不同的場(chǎng)景。

(4)子任務(wù)4:確定接收機(jī)性能標(biāo)準(zhǔn)。NPEF提出使用載噪比、偽距測(cè)量精度、載波相位測(cè)量連續(xù)性、AGC特性以及定位定時(shí)精度等作為評(píng)估GPS系統(tǒng)受影響的指標(biāo)。

(5)子任務(wù)5:對(duì)GPS用戶(hù)可預(yù)見(jiàn)的和潛在的影響分析。

(6)子任務(wù)6:仿真活動(dòng)。

(7)子任務(wù)7:工作計(jì)劃、測(cè)試計(jì)劃和外場(chǎng)測(cè)試活動(dòng)。

(8)子任務(wù)8:GPS用戶(hù)干擾消除措施評(píng)估。

(9)子任務(wù)9:光平方系統(tǒng)干擾消除措施評(píng)估。通過(guò)以上分析,可以得到初步結(jié)論如下:

(1)由于會(huì)對(duì)GPS運(yùn)行產(chǎn)生有害干擾,光平方不能在1 525～1 559 MHz的衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS)頻段開(kāi)展其規(guī)劃的商用地面通信業(yè)務(wù);

(2)聯(lián)邦政府應(yīng)該對(duì)光平方網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可能導(dǎo)致的操作、經(jīng)濟(jì)和安全方面問(wèn)題進(jìn)行更加深入的研究,包括:評(píng)估光平方系統(tǒng)L頻段MSS業(yè)務(wù)ATC基站與GPS相關(guān)應(yīng)用的兼容性;光平方當(dāng)前階段未規(guī)劃的信號(hào)配置對(duì)授時(shí)接收機(jī)的影響;光平方手持設(shè)備對(duì)GPS各種應(yīng)用的影響等。

2.3 航空無(wú)線(xiàn)電技術(shù)委員會(huì)(RTCA)[2]

2011年3月3日,美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)要求航空無(wú)線(xiàn)電技術(shù)委員會(huì)(RTCA)開(kāi)展關(guān)于GPS和光平方地面通信網(wǎng)的兼容性研究,RTCA指派第159特別委員會(huì)(SC-159)專(zhuān)門(mén)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究。2011年6月 3日,RTCA將研究報(bào)告遞交FAA和FCC,其得到的基本結(jié)論有:

(1)研究基于光平方公司提供的系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行分析,而不是FCC授權(quán)的參數(shù)(EIRP);

(2)研究認(rèn)為光平方系統(tǒng)與GPS航空應(yīng)用是不兼容的;

(3)通過(guò)對(duì)光平方系統(tǒng)進(jìn)行一定的改動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)與GPS航空應(yīng)用的“共存”。

3 光平方事件的發(fā)展

由于光平方事件是一個(gè)已經(jīng)取得FCC執(zhí)照的地面移動(dòng)通信網(wǎng)對(duì)GPS系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)際有害干擾,這一事件涉及光平方公司的巨大經(jīng)濟(jì)利益,同時(shí)也涉及GPS系統(tǒng)的安全問(wèn)題,因此引起了美國(guó)政府的高度重視。

3.1 國(guó)會(huì)聽(tīng)證

2011年6月,TWG和NPEF將研究報(bào)告遞交FCC,但是LSQ和GPS雙方對(duì)測(cè)試結(jié)果(假設(shè)、定義、有害干擾門(mén)限等)的理解和解釋存在較大分歧。

2011年8月,光平方事件得到美國(guó)眾議院委員會(huì)的關(guān)注,其中House on Science、Space and Technology于2011年8月初進(jìn)行聽(tīng)證,海陸空三軍委員會(huì)(The House Armed Services Committee)、戰(zhàn)略部隊(duì)分委會(huì)(Subcommittee on Strategic Forces)也分別對(duì)這一事件進(jìn)行了聽(tīng)證。

3.2 后續(xù)研究工作[5]

根據(jù)國(guó)會(huì)聽(tīng)證中提出的問(wèn)題,2011年9月,FCC和NTIA要求進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試的內(nèi)容包括:

(1)移動(dòng)和通用定位導(dǎo)航接收機(jī)的干擾測(cè)試限制在LSQ只使用低端10MHz頻率的條件下;

(2)FAA和LSQ繼續(xù)分析和討論LSQ對(duì)航空接收機(jī)的影響,考慮可能的路徑損耗模型和確定集總的射頻干擾(RFI);

(3)高精度和定時(shí)用戶(hù)的測(cè)試在考慮LSQ進(jìn)行嚴(yán)格的帶限濾波之后的情況;

(4)評(píng)估LSQ手持設(shè)備的影響。

2011年10月,聯(lián)邦PNT協(xié)調(diào)辦公室(NCO)代表ESG授權(quán)NPEF進(jìn)行對(duì)光平方系統(tǒng)對(duì)GPS干擾問(wèn)題進(jìn)行如下測(cè)試評(píng)估:

(1)對(duì)通用定位導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行測(cè)試;

(2)主要考慮光平方系統(tǒng)第一階段(1 526～1 536 MHz)信號(hào),并且仿真LSQ手持設(shè)備的影響;

(3)對(duì)于移動(dòng)設(shè)備測(cè)試,繼續(xù)對(duì)TWG測(cè)試無(wú)結(jié)果的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)NTIA直接主持、NPEF未參與的測(cè)試進(jìn)行核查;

(4)所有測(cè)試必須要LSQ和GPS雙方代表同時(shí)參加;

(5)使用NTIA的標(biāo)準(zhǔn)定義和規(guī)范進(jìn)行干擾評(píng)估,包括干擾門(mén)限、傳輸模型、天線(xiàn)特性和手持終端部署假設(shè)等。

3.3 最新動(dòng)態(tài)

在2012年3月進(jìn)行的關(guān)于光平方系統(tǒng)頻率問(wèn)題的質(zhì)詢(xún)中,聯(lián)邦通信委員會(huì)表示計(jì)劃撤銷(xiāo)頒發(fā)給光平方公司的有條件的頻率許可證,這將是對(duì)光平方公司的致命打擊,意味著其前期巨額投入將血本無(wú)歸。光平方公司執(zhí)行副總裁Carlisle在給FCC的申辯信中聲稱(chēng)“沒(méi)有科學(xué)有效的證據(jù)表明,哪怕1%的GPS接收機(jī)受到了來(lái)自光平方系統(tǒng)的干擾”。目前還沒(méi)有正式報(bào)道關(guān)于FCC對(duì)該事件的最終決定,但是總的來(lái)看,光平方公司的頻率許可證被撤銷(xiāo)的可能性是非常大的。

4 光平方事件對(duì)“北斗”系統(tǒng)的啟示

4.1 光平方事件小結(jié)

縱觀這次發(fā)生在美國(guó)本土的光平方事件,可以得到如下幾個(gè)結(jié)論。

(1)光平方事件的深層原因解析

光平方事件表面上是兩個(gè)系統(tǒng)之間的兼容性問(wèn)題,而引發(fā)這一事件的深層次原因可理解為:隨著第四代移動(dòng)通信(LTE)的發(fā)展,衛(wèi)星-陸地一體化移動(dòng)通信已經(jīng)成為未來(lái)陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)之一,各國(guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行商都在尋求可用的頻率資源來(lái)建設(shè)自己的系統(tǒng),而其中國(guó)際電聯(lián)(ITU)無(wú)線(xiàn)電規(guī)則中,原本劃分給衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS,即通常衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)使用業(yè)務(wù))的頻段具有天然的優(yōu)勢(shì),也成為移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn),在缺乏充分的兼容性分析條件下,美國(guó)的主管部門(mén)(FCC)給光平方系統(tǒng)發(fā)放了許可證。也就是說(shuō)光平方事件不是偶然的,如果不吸取教訓(xùn),未來(lái)類(lèi)似事件還有可能在其他頻段、其他國(guó)家出現(xiàn)(例如后面分析的S頻段2 483.5～2 500 MHz頻段)。

(2)光平方系統(tǒng)與GPS的兼容性問(wèn)題

關(guān)于光平方系統(tǒng)與GPS的兼容性問(wèn)題,目前雙方仍各持一詞,爭(zhēng)持不下,概括以上3份研究報(bào)告的不同觀點(diǎn),可以將這一問(wèn)題分為4個(gè)層面進(jìn)行分析。

1)光平方系統(tǒng)L頻段高端與GPS兼容性問(wèn)題

關(guān)于光平方系統(tǒng)基站使用L頻段高端(1 550.2～1 555.2 MHz、1 545.2～1 555.2 MHz)發(fā)射問(wèn)題,3份研究報(bào)告中都有堅(jiān)實(shí)的論證和試驗(yàn)結(jié)果,表明這一頻段的發(fā)射將嚴(yán)重影響GPS用戶(hù),無(wú)法實(shí)現(xiàn)與GPS的兼容,光平方公司或者也認(rèn)可這一結(jié)論,在后續(xù)的爭(zhēng)持中,并未就該頻段的問(wèn)題進(jìn)行過(guò)多堅(jiān)持。

2)光平方系統(tǒng)L頻段低端與GPS兼容性問(wèn)題

關(guān)于光平方系統(tǒng)基站使用L頻段低端(1 526.3～1 531.3 MHz、1 526～1 536 MHz)發(fā)射與 GPS兼容性問(wèn)題,研究表明只有在特定的情況下,才會(huì)對(duì)某些特定的GPS應(yīng)用產(chǎn)生有害干擾,或者具有產(chǎn)生有害干擾的可能性(仿真結(jié)果表明)。對(duì)于這一頻段的評(píng)估結(jié)論,光平方公司代表認(rèn)為GPS采用載噪比1 dB下降作為存在有害干擾的判決標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于苛刻,由于GPS系統(tǒng)多數(shù)應(yīng)用都有足夠的載噪比裕量,光平方系統(tǒng)使用這一頻段不會(huì)實(shí)際影響到GPS應(yīng)用。

3)光平方系統(tǒng)采取技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)L頻段低端與GPS兼容性問(wèn)題

對(duì)于使用L頻段低端頻率指配,光平方公司仍然抱有一線(xiàn)希望,并且也表示愿意在基站發(fā)射端采用一定的技術(shù)手段,例如增加專(zhuān)門(mén)濾波器來(lái)減小在1 559～1 610 MHz頻段內(nèi)的帶外發(fā)射(OOCE),以求實(shí)現(xiàn)與GPS的兼容,拿到部分頻段的使用許可證。但GPS方面對(duì)這一問(wèn)題并沒(méi)有絲毫讓步的空間,在研究報(bào)告的多處聲明,GPS的用戶(hù)量巨大,在10～15年內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)用戶(hù)的技術(shù)升級(jí)改造,以求實(shí)現(xiàn)與光平方系統(tǒng)的兼容性,并且指出,即使光平方單方面在基站采取濾波措施,仍然不能實(shí)現(xiàn)與某些寬帶、高性能接收機(jī)的兼容性。由此說(shuō)明,GPS方面的態(tài)度非常堅(jiān)決,決不允許光平方公司使用1 525～1 559 MHz頻段MSS業(yè)務(wù)劃分建設(shè)和發(fā)展地面移動(dòng)通信網(wǎng)。

4)光平方系統(tǒng)上行鏈路(用戶(hù)到基站)與GPS兼容性問(wèn)題

由于光平方上行鏈路(移動(dòng)設(shè)備到基站)頻段1 627.8～1 637.8MHz也緊鄰1 559～ 1 610 MHz頻段,因此GPS方面提出還需要評(píng)估未來(lái)數(shù)以?xún)|計(jì)的光平方用戶(hù)手持設(shè)備帶外發(fā)射對(duì)GPS應(yīng)用的干擾。由于目前仍無(wú)可用的光平方手持設(shè)備可供測(cè)試,因此2011年6月前的兼容性分析中,并未對(duì)光平方上行鏈路與GPS的兼容性進(jìn)行測(cè)試,GPS方面要求在后續(xù)的研究中開(kāi)展這一問(wèn)題的仿真,既是對(duì)兩系統(tǒng)兼容性的擔(dān)心,也是對(duì)光平方施壓的一種策略。

(3)GPS方反應(yīng)迅速,試驗(yàn)分析充分,并且多方施壓,逼迫FCC作出讓步

光平方系統(tǒng)引起GPS團(tuán)體關(guān)注之時(shí),已經(jīng)初步獲得了FCC的附加條件的許可證,并且FCC于2011年1月底明確要求2011年5月給出研究報(bào)告,也就是說(shuō)如果GPS方無(wú)法在短短4個(gè)月的時(shí)間內(nèi)證明光平方系統(tǒng)會(huì)對(duì)GPS應(yīng)用產(chǎn)生有害干擾,光平方系統(tǒng)很可能會(huì)順利拿到最終的頻率許可證。

在此情況下,GPS方面迅速調(diào)動(dòng)和召集百余名業(yè)內(nèi)一流技術(shù)專(zhuān)家,充實(shí)到FCC的TWG、NPEF和RTCA研究隊(duì)伍中,2011年2月底確定測(cè)試評(píng)估方案,并迅速調(diào)動(dòng)各種設(shè)備和場(chǎng)地(各種類(lèi)型GPS接收機(jī)、儀器儀表、微波暗室等),確保了大部分研究分析工作在其后的3個(gè)月內(nèi)完成,做了大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、外場(chǎng)試驗(yàn)和仿真分析,形成千余頁(yè)(含附件)的技術(shù)分析報(bào)告,確鑿地證明了光平方系統(tǒng)對(duì)GPS多種應(yīng)用產(chǎn)生有害干擾的事實(shí)。

GPS方在開(kāi)展技術(shù)研究的同時(shí),發(fā)動(dòng)聯(lián)邦航空管理局(FAA)就航空應(yīng)用進(jìn)行了深入的專(zhuān)題研究,并由FAA和RTCA直接將研究報(bào)告遞送FCC。2011年6月,在研究結(jié)果比較明確時(shí),發(fā)動(dòng)國(guó)際民用航空組織(ICAO)秘書(shū)長(zhǎng)Raymond Benjamin先生和總裁Roberto Kobeh Gonzalez直接寫(xiě)信給FCC主席Julius Genachowski先生,就光平方事件可能已經(jīng)影響到美國(guó)政府2007年向ICAO重申的保證GPS在全球航空中應(yīng)用的承諾發(fā)起質(zhì)疑,其實(shí)是對(duì)FCC施壓。

4.2 對(duì)“北斗”系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的幾點(diǎn)啟示

(1)建立完善國(guó)家PNT政策及相關(guān)法律法規(guī)

我國(guó)無(wú)線(xiàn)電頻率管理方面的法律法規(guī)主要是國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管理局頒布的《無(wú)線(xiàn)電管理?xiàng)l例》和國(guó)際電聯(lián)制定的《無(wú)線(xiàn)電規(guī)則》,在按照無(wú)線(xiàn)電規(guī)則頻率劃分使用RNSS業(yè)務(wù)頻段鄰近頻率時(shí),也不需要進(jìn)行對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾評(píng)估測(cè)試,因此存在其他鄰近頻段系統(tǒng)干擾“北斗”或其他GNSS系統(tǒng)的可能性。

近年來(lái),全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)(ICG)的各個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)商在供應(yīng)商論壇就干擾檢測(cè)與減輕問(wèn)題設(shè)置了專(zhuān)題,并建議通過(guò)各國(guó)以及國(guó)際規(guī)章制度來(lái)保護(hù)衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的頻譜,必要時(shí)供應(yīng)商和ITU及其成員可共享GNSS頻譜保護(hù)方面的信息。

(2)密切關(guān)注國(guó)內(nèi)4G移動(dòng)通信的兼容性問(wèn)題

我國(guó)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)分為三步走[6],其中2 483.5～2 500MHz頻段衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電測(cè)定(RDSS)業(yè)務(wù)(空對(duì)地)是我國(guó)“北斗”試驗(yàn)系統(tǒng)下行鏈路(衛(wèi)星到用戶(hù))實(shí)際使用的頻率和業(yè)務(wù)類(lèi)型[7]。在剛剛結(jié)束的2012年世界無(wú)線(xiàn)電大會(huì)(WRC-12)上,2 483.5～2 500MHz頻段RDSS業(yè)務(wù)(空對(duì)地)劃分服務(wù)區(qū)全球擴(kuò)展剛剛獲得通過(guò)(在2007版無(wú)線(xiàn)電規(guī)則中,該頻段RDSS業(yè)務(wù)只有在2區(qū)是主要業(yè)務(wù),在1、3區(qū)均為次要業(yè)務(wù),其中1區(qū)次要業(yè)務(wù)還是腳注附件劃分)。

由于該頻段早已經(jīng)在全球作為主要業(yè)務(wù)劃分給衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS),美國(guó)全球星系統(tǒng)就工作在這一頻段,并且緊鄰的上端頻率2 500～2 690 MHz已經(jīng)劃分給 IMT-2000使用[8]。在歐洲,根據(jù) ECC/DEC/05文件,2 500～ 2 570 MHz(共70 MHz帶寬)作為IMT的上行鏈路(用戶(hù)到基站)使用,采用頻分復(fù)用(FDD)的方式,每個(gè)信道寬度為5MHz,共安排14個(gè)信道。

“北斗”試驗(yàn)系統(tǒng)存在衛(wèi)星軌道高、數(shù)據(jù)速率高、鏈路裕量較小等問(wèn)題,因此我國(guó)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)在頻率選擇時(shí),需要考慮充分保護(hù)“北斗”試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)使用的頻率,首先需要最大限度的事先頻率的隔離,同時(shí)也需要嚴(yán)格規(guī)范基站和移動(dòng)終端帶外發(fā)射的限制,以免出現(xiàn)在局域范圍內(nèi)干擾“北斗”試驗(yàn)系統(tǒng)正常工作的問(wèn)題。

(3)復(fù)雜電磁環(huán)境下多系統(tǒng)電磁兼容性問(wèn)題需要引起高度關(guān)注

衛(wèi)星導(dǎo)航已經(jīng)成為世界各國(guó)的PNT基礎(chǔ)設(shè)施,國(guó)內(nèi)很多電子設(shè)備不重視發(fā)射信號(hào)帶外抑制問(wèn)題,經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)據(jù)可依、有據(jù)不依的問(wèn)題,為降低成本、減小插損未進(jìn)行發(fā)射濾波,對(duì)帶外無(wú)用發(fā)射的抑制程度不夠,在復(fù)雜電磁環(huán)境工作環(huán)境下,會(huì)出現(xiàn)通信電臺(tái)、大功率雷達(dá)等大功率電子設(shè)備的帶外發(fā)射干擾衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)正常接收的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

美國(guó)光平方事件引發(fā)了國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)NSS頻譜保護(hù)、干擾監(jiān)測(cè)與減輕問(wèn)題的熱烈討論和高度重視。我國(guó)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正處于從區(qū)域到全球的過(guò)渡階段,區(qū)域系統(tǒng)即將在亞太地區(qū)正式服務(wù),全球系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號(hào)體制設(shè)計(jì)也已告一段落。在我國(guó)PNT政策尚不完善,高效協(xié)調(diào)機(jī)制缺乏的條件下,需要統(tǒng)籌規(guī)劃,做好技術(shù)儲(chǔ)備,防患于未然,密切關(guān)注“北斗”系統(tǒng)業(yè)務(wù)頻率鄰近頻率的規(guī)劃和使用問(wèn)題,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,將可能的風(fēng)險(xiǎn)在萌芽階段發(fā)現(xiàn)、處理,以免造成重大損失。其中,需要密切關(guān)注亞太周邊國(guó)家第四代移動(dòng)通信的頻率設(shè)計(jì)和信號(hào)體制問(wèn)題,特別是在“北斗”系統(tǒng)服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)國(guó)家的情況,做好潛在干擾和風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

6 聲明與致謝

本文所述僅為論文作者個(gè)人觀點(diǎn),進(jìn)行學(xué)術(shù)探討,不代表任何組織和機(jī)構(gòu)的觀點(diǎn)。本文在寫(xiě)作過(guò)程中,北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心劉志儉博士、趙曉東博士給出了很多有益的見(jiàn)解和意見(jiàn),在此表示感謝。

[1] 譚述森.衛(wèi)星導(dǎo)航定位工程[M].2版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010.TAN Shu-sen.Satellite Navigation Project[M].2nd ed.Beijing:National Defence Industry Press,2010.(in Chinese)

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[6] 中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)骯系統(tǒng)管理辦公室.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展報(bào)告(藍(lán)皮書(shū))2.0[M].北京:中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)骯系統(tǒng)管理辦公室,2011.China Satellite Navigation Office.Report on the Development of BeiDou Navigation Satellite System(Version 2.0)[M].Beijing:China Satellite NavigationOffice,2011.(in Chinese)

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