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ITU《无线电规则》中无线电台(站)解读和种类划分

【字体: 2017年11月08日 16:54 来源:中国无线电管理网 作者:李伟 戴慧玲 杨淼

摘要:本文在综合论述无线电业务与无线电台站的逻辑关系基础上,结合无线电台站的空间位置分布情况,全面解读了国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)《无线电规则:条款》中明确定义的49种无线电台站,重点分析了无线电台站的种类划分情况,将之分为四大类:地面电台、地球站、空间电台和射电天文电台,深度挖掘了ITU定义无线电业务和无线电台的内在逻辑,以及同一类无线电台站的内部映射关系。上述研究能使从事无线电管理的工作人员对无线电台的理解和认识统一到ITU的相关规定上来,从而和国际接轨,使无线电管理工作更加严谨和规范。

1. 引言

自1895年意大利马可尼和俄国波波夫发明无线电以来[1][2],无线电台站已有一百多年的历史。一百多年来,无线电事业蓬勃发展,无线电台站的应用越来越广,已渗透到电信、广电、民航、交通、气象、铁路、航天、医疗、军事、国防等各个领域,如图1所示,我国在2013年底已办执照的无线电台站超过300万个[3]。随着无线电台站数量不断增多,电磁环境不断恶化,无线电干扰事件时有发生。因此,深刻认识无线电台站的基本内涵,加强对无线电台站的管理工作,在整个无线电管理科学化的进程中愈显重要。

到目前为止,国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)的《无线电规则:条款》(Radio Regulations:Articles)定义了49种承载不同业务、应用于不同行业、门类繁多的无线电台站[4]。由于视角的不同,大家对无线电台站的基本内涵和种类划分有不同的理解和认识[5]-[9]。按照使用方式的不同,无线电台站可分为手持式、车(船、机)载式、固定式、转发式[5];按照通信方式的不同,无线电台站可分为单工、半双工和全双工模式[6];按照实现功能的不同,无线电台站可分为通信类、雷达类、导航类、射电天文类;按照工作方式的不同,无线电台站可分为单发、单收、收发一体[7];按照使用频段的不同,无线电台站可分为长波电台、中波电台、短波电台(高频电台)、超短波电台、微波电台[8][9];按照业务范围的不同,无线电台站可分为十大类,即:固定业务电台、陆地移动业务电台、航空业务电台、水上业务电台、广播业务电台、气象业务电台、空间业务电台、业余无线电台、标准频率和时间信号电台、射电天文电台[9]。

图1 我国无线电台站的增长趋势

然而,以上分类理解与ITU中各类无线电台站的定义都不太相符;再者,《无线电规则:条款》中指出:“每个电台应按其临时或长期运营的业务进行分类(Each station shall be classified by the service in which it operates permanently or temporarily)”。鉴于此,本文将从以无线电业务与无线电台站的逻辑关系为主,以无线电台站的空间位置分布为辅的双重角度出发,全面解读ITU定义的49种无线电台站,重点分析无线电台站的种类划分情况,深度挖掘不同无线电台站的内在联系,全面展望无线电台站的未来发展趋势。这样不仅能加深从事无线电管理的工作人员对无线电台站的理解和认识,而且能在一定程度上规范我国无线电台站管理的工作。

2. 无线电台站的种类划分

2.1 无线电台站种类划分的依据

ITU关于无线电台站的定义是:为开展无线电通信业务或射电天文业务所必需的一台或多台发信机或收信机,或发信机与收信机的组合[4]。纵观49种无线电台站的定义可知,ITU是基于无线电业务逐一定义各类无线电台站的。同时,《无线电规则:条款》中也指出:“每个电台应按其临时或长期运营的业务进行分类。”显而易见,作为无线电业务的承载者,无线电台站与无线电业务之间存在一一对应的关系。此外,ITU关于地面电台、空间电台和地球站这些“根”级电台的定义中均涉及台站的空间位置分布,如“地面”、“位于地球表面或地球大气层主要部分以内”等等。因此,本文将从无线电业务和无线电台站的空间位置分布两个角度,并结合ITU中无线电台站和无线电业务的定义、以及它们之间的内在逻辑关系[10],研究无线电台站的种类划分。

2.2 无线电台站种类的详细划分

无线电业务分为无线电通信业务和射电天文业务,无线电通信业务又分为地面无线电通信业务和空间无线电通信业务[11]。地面电台位于大气层以内,包括陆地、水上、大气层中,承载地面无线电通信业务;空间电台位于地球大气层主要部分以外,承载空间无线电通信业务;地球站位于大气层以内,承载空间无线电通信业务;射电天文电台位于大气层以内,承载射电天文业务。因此,我们将《无线电规则:条款》中明确定义的49种无线电台划分为地面电台、地球站、空间电台、射电天文电台四大类。图2综合描述了无线电台和无线电业务的一一对应关系,全面展现了无线电管理的核心基本要素。

图2 无线电台站与无线电业务的对应关系

需要强调的是,从空间位置分布上说,地球站地和地面电台、射电天文电台都是位于大气层以内,定义也有些类似。然而,我们没有把地球站归为地面电台。原因在于:地球站承载的不是地面无线电通信业务,承载的是空间无线电通信业务。从承载的无线电业务上说,地球站和空间电台承载的都是空间无线电通信业务。然而,我们也没有把地球站归为空间电台,原因在于:地球站不是设置于大气层主要部分以外的物体上,也不是设置在准备超越或已经超越地球大气层主要部分的物体上。基于上述理由,我们将地球站单独归为无线电台的一类,这就是ITU《无线电规则》定义无线电业务和无线电台的内在逻辑关系。

2.3 地面电台

在ITU中,地面电台定义为进行地面无线电通信的电台。按照我们的理解,地面电台就是指大气层以内的各种无线电台,但不包括射电天文电台和地球站。地面电台和地面无线电通信业务是一一映射的关系,地面无线电通信业务分为固定业务、移动业务、无线电测定业务、及其它业务(广播业务、业余业务、气象辅助业务、标准频率和时间信号业务、安全业务、特别业务归为其它类)。

根据无线电台站的定义,用于固定业务的电台称之为固定电台,通俗地讲,是指定固定位置之间进行通信的电台。用于无线电测定业务的电台称之为无线电测定电台。用于移动业务的电台有两类,一类是移动电台,一类是陆地电台。移动电台专指在移动中或在非指定地点停留时使用的电台。陆地电台专指不是供移动中使用的电台(专指固定地点使用或指定地点使用)。因此,地面电台分为五大类:固定电台、移动电台、陆地电台、无线电测定电台和其它类,共包含36种。地面电台的详细划分如表1所示。

表1 地面电台的种类划分

移动电台和陆地电台都承载的是移动业务(陆地移动业务、水上移动业务、航空移动业务),只是移动电台配置在移动平台上(比如车载、船载、机载等),陆地电台配置在固定平台上。根据定义,陆地移动电台、船舶应急发信机、航空器电台、船舶电台、船上通信电台、应急示位无线电信标台、救生艇电台均属于移动电台,基地电台、海岸电台、港口电台、航空电台都属于陆地电台。更进一步,陆地移动电台和基地电台、船舶电台和海岸电台、航空器电台和航空电台之间分别存在一一对应的关系。如图3所示,陆地移动电台和基地电台都是应用于陆地移动业务的电台,它们的不同点在于应用场合不同,陆地移动电台配置在移动平台上,基地电台配置在固定位置。

图3 移动电台和陆地电台之间的对应关系

蜂窝移动通信系统是证实上述对应关系最好的例证。如图4所示,2G时代GSM、3G时代TD-SCSMA/WCDMA/CDMA-2000、到4G时代TD-LTE/LTE FDD,这些蜂窝网络承载的无线电业务都是陆地移动业务。网络中的宏蜂窝基站(Macro BS)、微蜂窝基站(Micro BS)、微微蜂窝基站(Pico BS)、家庭基站(Femto BS)、移动应急通信车等一般部署在楼顶、广场、街边等固定位置的无线电台都属于陆地电台范畴中的基地电台;网络中的个人移动终端(如手机)、笔记本电脑、车载终端等供人们在移动中使用的无线电台都属于移动电台范畴中的陆地移动电台。船舶电台和海岸电台、以及航空器电台和航空电台之间的关系亦是如此。

图4 蜂窝移动网络与无线电台

结论:由此可见,一部无线电台由于承载的无线电业务不同,使用的频段不同,无线电波的传播特性不同,所以应用场合也不同,给它定义的称谓也不同,那么在无线电台的分类上也就不同。

2.4 地球站

ITU对地球站的定义是:设于地球表面或地球大气层主要部分以内的电台,用于:

· 与一个或多个空间电台通信;

· 通过一个或多个反射卫星或空间其它物体与一个或多个同类电台进行通信。

通俗地讲,地球站就是卫星通信的地面站(包括位于陆地、水上、大气层中),通常部署在地面,或车载、机载、船载等移动平台上。依据定义,ITU《无线电规则》中定义的十类地球站可分为陆地地球站和移动地球站[1],详细的分类情况如图5所示。

图5 地球站分类情况说明

陆地地球站是用于卫星固定业务或有时用于卫星移动业务,位于陆地上某一指定的固定地点或指定的地区内,为卫星移动业务提供馈线链路的地球站。它包括基地地球站、海岸地球站、航空地球站;移动地球站是用于卫星移动业务,在移动中或在非指定地点停留时使用的地球站。它包括陆地移动地球站、船舶地球站、航空器地球站、卫星应急示位无线电信标。卫星应急示位无线电信标是用于卫星移动业务的一种地球站,其发射有助于搜索和救助工作。

依据定义可知,陆地移动地球站、船舶地球站、航空器地球站能分别用于卫星陆地移动业务、卫星水上移动业务、卫星航空移动业务。基地地球站、海岸地球站、航空地球站都能用于卫星固定业务,且都是位于陆地上某一指定的固定地点或指定的区域。此外,基地地球站作为馈线链路,可与陆地移动地球站如Inmarsat手持移动终端、车载地球站之间达成卫星陆地移动业务的通信;航空地球站作为馈线链路,可与航空器地球站如机载卫星移动地球站之间达成卫星航空移动业务的通信;海岸地球站作为馈线链路,可与船舶地球站之间达成卫星水上移动业务的通信。因此,和地面电台相类似,不同类别的地球站之间也存在一一对应的关系。图6全面展现了移动地球站和陆地地球站的相互对应关系。

图6 移动地球站和陆地地球站之间的对应关系

2.5 空间电台

空间电台主要是指位于大气层主要部分以外的物体上,或者位于准备超越或已经超越地球大气层主要部分的物体上的电台。它主要用于达成卫星固定业务、卫星移动业务、卫星广播业务、卫星地球探测业务等空间业务,主要包括静止轨道卫星如北斗导航卫星、“天链一号”中继卫星、风云2号气象卫星、亚太系列卫星、中星6号、亚洲3S、中卫1号,和非静止轨道卫星如风云1号气象卫星、北京一号。

2.6 射电天文电台

射电天文台指用于射电天文业务的电台,主要用于观测来自天体的无线电波。射电天文学是通过观测天体的无线电波来研究天文现象的一门科学,它是以无线电接收技术为观测手段,观测所有天体。60年代以来四大天文发现,类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射都是利用射电天文手段获得的。

射电天文业务为无源业务,没有发射。射电天文信号强度一般在10-30W/m2?Hz量级。射电天文观测需要专门的频段,同频干扰发射将导致射电天文完全不能观测。我国已建有紫金山、密云、新疆、上海、云南等射电天文观测站。贵州正在建设世界最大单口径射电天文望远镜:500米单口径射电天文望远镜(FAST)。目前主体工程已具雏形,各系统陆续进入实施阶段。该射电天文望远镜利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址,在洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面,能够实现接收机的高精度定位。

2.7 无线电台站种类举例说明

为了进一步加深对无线电台及其种类划分的认识和理解,下面以我国在2013年6月11日发射、26日返回的神州十号飞船通信系统为例说明空间电台、地球站、地面电台及无线电业务之间的关系。

“神十”飞船通信系统代表了地面电台、空间电台和地球站的综合应用。“神十”飞船发射后入轨前主要利用C频段和S频段无线电台与地面之间进行空地通信,同时将超短波手段留作备用。这个阶段“神十”飞船与地面之间达成的无线电业务属于地面无线电业务,因此入轨前“神十”飞船上配置的电台属于地面电台,具体来讲属于移动电台范畴的航空器电台。“神十”飞船入轨后通过“天链一号”卫星中继在Ka频段上与地面之间进行全时通信,由“天链一号”卫星将信息转发至地面,采用的是“空-空-地”传输链路。这个阶段“神十”飞船与地面之间达成的无线电业务属于空间无线电业务,因此入轨后“神十”飞船上配置的电台属于空间电台。

央视对“神十”飞船发射的直播中,屏幕右上角经常会出现“天链”字眼,这表示当时的视频信号来自“天链一号”数据中继卫星的转发。2013年6月20日,航天员王亚平在天宫一号上进行了首次太空授课,就是将拍摄的视频信号发给“天链一号”数据中继卫星,“天链一号”卫星再将视频转发给地面接收站。而“滨海”、“南亚”、“东风”和“远望”等字眼则分别表示来自东非肯尼亚的马林迪测控站、南亚巴基斯坦的卡拉奇测控站、中国新疆的喀什测控站、酒泉卫星发射中心东风测控站和海上的远望系列测控船。按照ITU《无线电规则》的无线电台站定义,“神十”飞船和“天链一号”中继卫星属于空间电台,喀什、东风等测控站属于地球站中的陆地地球站,再细分的话属于陆地地球站中的基地地球站,远望号测控船属于地球站中的移动地球站,再细分的话属于移动地球站中的船舶地球站。

综上所述,很容易发现,同样一部无线电台在“神十”飞船入轨前称之为地面电台范畴中的航空器电台,入轨后称之为空间电台。入轨前后“神十”飞船上电台分类发生变化的核心因素在于电台承载的无线电业务发生了变化,这印证了我们前面提到的核心观点:一部无线电台由于承载的业务不同,使用的频段不同,无线电波的传播特性不同,所以应用场合也不同,给它定义的称谓也不同,那么在电台的种类划分上也不同。同时,这种理解也契合了ITU《无线电规则》中给出的观点“每个电台应按其临时或长期运营的业务进行分类”。

3.无线电台站展望

无线电台经历了电子管、晶体管、集成电路、(超)大规模集成电路的发展阶段。随着无线电技术的不断发展,无线电台将不断采用新技术、新工艺、新材料,由数字化逐步向智能化、模块化、小型化和高频化方向发展。

软件定义的无线电(Soft Defined Radio,SDR)技术日趋成熟,代表智能化和模块化发展方向。基于SDR技术的系统通过学习,不断地感知外界的无线环境变化,并自适应地调整自身内部的通信机理达到对环境变化的适应[12]。基于SDR技术的无线电台将是一个具有感知能力、学习能力、自适应能力的智能系统,可以有效解决频谱资源使用效率低下和供需矛盾突出等问题,同时能很好地满足战场通信实时性、可靠性、抗干扰能力等方面的需求。因此,基于SDR技术的无线电台应用前景广阔,应用领域广泛,必然会带来无线电发展的革命,尤其在军事应用领域,美国和德国等一些发达国家已研制出具有SDR技术的电台。

频谱资源供需矛盾突出等问题致使无线电台朝着小型化和高频化的方向发展。同时,高频技术的开发与应用、以及(超)大规模集成电路技术是实现无线电台小型化根本。频谱资源使用需求快速增长,供需矛盾将长期存在[13],尤其是移动通信业的频谱资源缺口巨大[14]。为了应对频谱匮乏与需求剧增的深刻矛盾,一方面未来蜂窝无线接入网不单纯只由宏基站提供覆盖,将利用小区分裂的思想,部署包括微基站(Microcell)、微微基站(Picocell)、毫微微基站(Femtocell)等海量的小型基站(Small Cell)实现全网的覆盖[15],从而提高频谱使用效率。另一方面扩展新的频谱资源,高频段可用频谱资源丰富,能够实现超高速短距离通信,适应设备和天线小型化的趋势,满足第五代移动通信(5G)容量和传输速率等方面的需求[16]。目前,我国正积极评估5G的潜在候选高频段,具体可分为6GHz以下(主要包括3300-3400MHz、4400-4500MHz、及4800-4990MHz等)和6GHz以上(主要包括13.4~14GHz、18.1~18.6GHz、27~29.5GHz、38~39.5GHz等)[17]。

4.结束语

无线电台站管理是整个无线电管理工作的基石。为了加强我国从事无线电管理的工作人员对无线电台站的理解和认识,本文在综合论述无线电业务与无线电台站之间深层次逻辑关系的基础上,全面分析了ITU《无线电规则:条款》定义的49种无线电台站,将其分为:地面电台、地球站、空间电台和射电天文电台四大类,每一类又进行了若干细类划分,如地球站又细分为陆地地球站和移动地球站。深度挖掘得出了同一类无线电台站的内在联系:陆地电台和移动电台、以及陆地地球站和移动地球站之间存在一一对应的关系。最后,结合无线电台站的种类划分依据和实际应用,得出如下结论:一部无线电台站由于承载的业务不同,使用的频段不同,无线电波的传播特性不同,所以应用场合也不同,给它定义的称谓也不同,那么在无线电台站的种类划分上也不同。

5.参考文献

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[17] 马秋月. 5G频谱IMT重点考虑:6GHz以下潜在候选频段 [EB/OL]. (2014-08-29) [2014-10-27] http://www.cctime.com/html/2014-8-29/2014829546379455.htm.

本文刊登于《中国无线电》,如需转载请与《中国无线电》杂志社联系。

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