我们曾在FCC卫星通信频率划分-Part25.202中提到过,卫星所使用的频率范围相当广泛,从1GHz频段到90GHz频段,但使用频段更为广阔的业务是射电天文,根据ITU-R,它的频段范围从13MHz到275GHz均有划分。所以说,无线电通信所使用的频段,无可避免与射电天文频段重合或者相邻。
在前面的有关无人机、汽车雷达、5G毫米波等标准中都提及了对射电天文业务的保护,也是源自于此。今天我们来看一下1.6/2.4 GHz卫星移动业务对哪些射电天文频段会产生影响以及FCC有哪些保护规定。
01、射电天文
射电天文业务,简称RAS。射电天文的定义如下:
射电天文:radio astronomy 基于接收源于宇宙无线电波的天文学。射电天文业务:radio astronomy service 涉及射电天文使用的一种业务。
为什么要对射电天文进行保护?
我们对宇宙的理解,是通过射电天文观测得来的。它作出了根本性的贡献,并且提供了研究某些宇宙现象的唯一途径。在过去的五十年中,许多最基本的天文学进展,例如射电星系、类星体和脉冲星的发现、中性氢的直接测量、某些外部星系距离的直接测量等都是通过射电天文取得的。射电天文的发展也带来了重大的技术进步,特别是在接收和成像技术方面,增进了对无线电通信至关重要的基本无线电噪声限制的了解,并有望取得进一步的重要成果。
免受干扰对射电天文和相关测量的发展至关重要。射电天文观测大多使用高增益天线或阵列进行,以提供尽可能高的角度分辨率,因此在大多数情况下不需要考虑主波束干扰,除非在有可能损坏接收机的情况下。导致天文数据质量下降的大部分干扰是通过望远镜的远旁瓣接收的。但在许多频段,特别是那些与其他无线电业务共用的频段,可能仍然需要仔细规划其保护问题。
ITU-R中分配的射电天文使用频段如下:
在FCC part25.213中提到的1.6/2.4 GHz卫星移动所影响的射电天文频段主要有:1610.6-1613.8 MHz和4990-5000 MHz。
02、25.213的保护规定
(a) 对1610.6-1613.8 MHz和4990-5000 MHz频段射电天文业务的干扰保护
(1) 首先要求所有 1.6/2.4 GHz 移动卫星服务系统要具备定位功能。要么通过内部radiodetermination计算,要么通过外部(如 LORAN-C 或GPS)定位系统来确定。GPS我们都已熟知,有关LORAN-C的信息如下:
LORAN-C:俗称罗兰系统Loran(long range navigation),是美国在二战期间研发的远程陆基无线电导航定位系统。当BD/GPS导航信号变得极为脆弱时,罗兰C 可作为他们的备份。相对于BD/GPS,罗兰的特点是:陆基而非天基、低频和高信号电平。因此,两种系统因为同样的原因同时失效的可能性很小,可以用于备份。
确定位置的目的,就是要知道是否卫星移动业务的设备进入到以下保护区域:
(i) 在 1610.6-1613.8 MHz频段,在下列射电天文学站点半径 160 公里范围内:
下图是位于北纬 38°25′59″ 西经 79°50′24″的Green Band观测台图片:
(ii) 在 1610.6-1613.8 MHz频段,以下地点半径 50 公里范围内:
(iii) 如果移动地面站工作在1610.0-1626.5 MHz,那么要保证在上述所列任何射电天文学观测点1610.6-1613.8 MHz频带内产生的PFD(功率通量密度)不能超过在适用于该观测点的保护区边缘1610.6-1613.8 MHz频带内运行的移动地面站的发射。
或者,作为替代方法,工作在1613.8-1615.8MHz频段的移动地面站在射电天文学观测期间不得在(i)段所列射电天文学站点100公里范围内的内和(ii)段所列站点30公里范围内运行,但对在1615.8-1626.5MHz运行的移动地面站没有限制。
(iv) 如果是在1610.0-1626.5MHz频带内运行的机载移动地球站,其间隔距离应为上述(i)、(ii)或(iii)段规定的距离或下列公式给出的距离d中,取较大者(视适用情况而定):
d (km) = 4.1,其中 h 为飞机离地面的高度(米)。
(v) 如经移动卫星服务许可证持有者和华盛顿特区国家科学基金会电磁频谱管理单位(Electromagnetic Spectrum Management Unit:ESMU)同意,并经移动卫星服务许可证持有者表明移动地面站的运行在观测期间不会对射电天文学观测站造成有害干扰,则可使用较小的地理保护区代替上述(i)、(ii)、(iii)和(iv)段规定的区域。
(vi) ESMU 应将射电天文学观测的时段通知经授权在 1610.0-1626.5 MHz 频带运行移动地球站的移动卫星服务空间站持证者。移动卫星系统应能在移动地球站传输前或在移动地球站首次传输时根据其在保护区内的位置,在上述(i)至(iv)段规定的频带和保护区内(如适用)终止操作。一旦移动卫星服务系统确定移动地球站位于RAS保护区内,移动卫星服务系统应立即启动程序,将移动地球站的运行转移到非RAS频率。
(vii) 在 1610.6-1613.8 MHz 频段,如果移动卫星系统许可证持有者与 ESMU 就信标操作的具体细节达成协调协议,可以使用信标(beacon)启动保护区来代替固定保护区。
(viii) 不在美国人口普查局当时界定的 100 个人口最多的城市化地区 100 英里范围内的其他射电天文学站址,可在FCC发布公告通知移动卫星系统持证人一年后获得类似保护。
(2) 在1613.8-1626.5 MHz频带内发射的移动卫星服务空间站应采取一切必要步骤,避免在观测期间对上述(i)和(ii)段所列射电天文学设施造成有害干扰。
(3) 在2483.5-2500 MHz频带内运行的移动卫星服务空间站应限制4990-5000 MHz频带内的杂散发射电平,使其在地球表面不超过-241 dB(W/m2/Hz)。
(4) 射电天文学服务应在实际可行的最大限度内避免将射电天文学观测安排在 MSS/RDSS 通信高峰期。
MSS:Mobile-Satellite Service,移动卫星服务RDSS:radiodetermination-satellite service,无线电测定-卫星服务
(b) 如果在 2496-2500 MHz 频带上的移动卫星服务空间站运营者打算以超过第 25.208(v)节中 PFD 限制的功率水平运营,或者如果实际运营经常超过这些 PFD 限制,要求移动卫星服务运营者获得受影响地理区域内每个运行中的 BRS 系统的批准。