WRC-23大会1.8议题

Per Hovstad 亚洲卫星首席频谱工程师

     无人驾驶飞机(无人机)，或者更准确地说是遥控飞机，受到越来越多的关注，预期应用包括物流货运、农药喷洒、侦察等。与其他飞机一样，无人机的飞行也需要安全、可靠的操控方式。在地面控制站发射器/接收器的控制范围内，可以通过该站对无人机进行控制。但是，在一些较大的区域范围建立基于地面的无人机控制网络，从技术上可能无法实现，例如在海洋上空；也可能从经济实用性的角度考虑不适合，例如在长途航线或交通密度低的地区。在这些情况下，采用卫星链路来操控无人机是一种合理的选择。

背景

     关于使用卫星链路来控制无人机的争论已经存在几十年了。早在2007年国际电信联盟(ITU)世界无线电大会(WRC-07)中就制定了第421决议，要求为无人机控制确定可使用的频谱，包括卫星频谱。根据该决议，在WRC-12大会1.3议题下，将5000-5150MHz频段划分为“卫星航空移动(R)[1]”业务的频谱，大约是ITU-R M.2171报告中指定频谱需求量的3倍。

但是，这件事并没有就此停止。由于这段频谱不是常规的卫星固定业务(FSS)频段，也不属于卫星移动业务(MSS)频段，因此使用5000-5150MHz频段来控制无人机需要建造专用的卫星有效载荷。受限于此类卫星的数量，这将是一种成本昂贵的解决方案。

     使用现有的常规商业FSS卫星转发器是一种更经济、更简单的解决方案。这个问题在WRC-12大会上提出，紧接着在下届世界无线电大会WRC-15上进行了研究和讨论。经过激烈的辩论后，决定在非隔离空域[2]控制无人机的UAS CNPC链路(“用于控制和非有效载荷通信的无人驾驶飞机系统”，国际电联术语)可使用常规的商业FSS对地静止轨道卫星转发器，具体频率如下：

非规划”Ku频段[3]

非共享”Ka频段[4]

     除C频段外，以上频段占据了大部分常用的商业FSS卫星的“非规划”频段。然而，WRC-15无法为UAS CNPC的应用制定详细的监管和技术标准，并决定ITU需要继续开展工作，将这个问题列为WRC-23大会第1.8议题。在WRC-23通过此类规定前，ITU已不接收任何有关UAS CNPC链路的申报。

     WRC-15还认识到：虽然UAS CNPC链路的频谱使用属于ITU的权力和职责范围，但飞行安全的责任属于国际民用航空组织(ICAO)。这就要求两个组织相互合作、协同，而不是相互制约，以互补的方式制定涵盖UAS CNPC应用各方面的规定。然而，对于这两个国际组织而言，这是一项艰巨的任务，因为它们按照各自的方式独立工作，在每个组织内，其成员国需根据本国的目标协商一致并作出决定。

UAS CNPC系统是什么？顾名思义，这是一个控制无人机飞行的系统，不进行机上有效载荷操控、数据下载或进行与机动无关的其他操作。下图是WRC-15大会筹备会议报告中给出的UAS CNPC系统架构图。

UAS CNPC系统架构图

问题

 实际上，通过常规的FSS卫星转发器控制一些特殊类型的无人机，这种应用方式已经存在几年了，但当时没有任何国际认可或监管规定，在飞行安全方面可能也没有相应的要求。当考虑到具有国际认可和监管规定后，此类应用广泛、普遍的投入使用时，就会出现问题。

     ·    最常用、最拥挤的商业FSS频段是否适合安全控制无人机飞行的应用？

     ·    将此类新应用引入《无线电规则》将会对使用这些频段的其他常规FSS应用产生什么影响？

     ·    是否能够确保与共享频段的地面业务兼容，同时确保能够以可预测的方式安全控制无人机的飞行？

飞行的安全控制

 与C频段一样，在WRC-15上确定用于UAS CNPC应用的FSS频段，是使用最频繁、最拥挤的频段。大量卫星在不同程度上完成了ITU要求的频率协调，正在为众多服务提供商提供商业服务，包括在客户所在地配备发射地球站的VSAT、SNG和流动用户服务。由于这些频段上有拥塞的、大量的常规FSS应用，对其他卫星链路造成的意外干扰将难以避免，例如天线指向错误，设备故障，频率或极化错误，远端站的发射功率超出其合同规定的上行EIRP限制等。但是在拥挤程度较低的频段，特别是在此类应用的专用频段(5000-5150MHz频段)中，出现干扰的风险会大大降低。注意：ICAO以确保全球航空安全为宗旨，因此对ICAO而言，为获得成本低廉、随时可得的卫星容量而选择两个最拥挤的卫星频段，对一个有飞行安全控制要求的业务是否是一个正确的选择。

对常规FSS的影响

 正如几十年来已经认识到的那样，卫星频谱和轨道资源的稀缺性，造成关键FSS频段存在巨大的拥塞，这其中也包含了WRC-15为UAS CNPC划分的FSS频段。ITU《无线电规则》使用了非常保守的“协调触发”机制，即当一个主管部门申报使用一个新的卫星网络时，需要通过协调获得其他主管部门的同意[5]。为发展新的卫星网络，主管部门和卫星运营商在协调过程中商定条件，使得现有卫星网络可以容忍来自计划中新卫星网络的干扰，同时仍能满足其性能指标。商定的干扰电平通常远高于ITU的协调触发条件。

 在ITU讨论中，一致认为商用FSS频段的UAS CNPC业务不应具有高于常规FSS应用的地位，也不应寻求任何额外的保护。然而，由于飞行安全的要求，UAS CNPC的操作令人担忧，因为虽然在实际协调中采用相同的ITU协调触发机制，但与常规FSS应用相比，其可容忍的干扰程度更低。注意：大多数FSS网络是依据商业条款运营的，与其他商业卫星网络相互竞争，因此，在协调过程中UAS CNPC的运营或计划可能被用于寻求更多的保护，成为阻止竞争对手开发新FSS卫星网络的借口。这可能会严重限制FSS应用的进一步发展和新卫星网络的部署。

 还应注意ICAO负责全球航空安全，并为此制定自己的程序，不仅仅涉及频谱接入，还包括对控制中心远程操控人员的培训和资格认证，适航评估和批准，设备和链路的冗余备份，链路中断时的预设响应，卫星切换的流程等。这些程序可以解决链路的频谱接入、可用性及对链路的干扰保护问题，但有人担心ITU和ICAO之间的原则可能存在冲突，并且无论ITU采取何种监管规定，ICAO制定的原则和程序都可能对新的FSS网络的发展和部署产生不利影响。

与地面业务的关系

 为UAS CNPC划分的“非规划”Ku FSS频段在很大程度上也被ITU划分给了地面业务、移动业务和固定业务。地面业务台站与FSS航天器以及UACS地球站(地面控制站)之间的兼容是通过常规FSS协调来实现的。但是，如果没有充分的考虑，地面业务发射站可能会对无人机上的接收地球站造成干扰，而无人机上的发射地球站可能会对地面业务的接收站造成干扰。

 FSS地球站和地面业务之间的兼容是依据地球站所属特定地区的协调程序来实现的。然而，对于安装在飞机上的地球站，不一定会固定在一个位置，因此，如何确保兼容性已经成为一个问题。

 在ITU的讨论中，各方一致认为：用于UAS CNPC链路的FSS转发器不应比常规FSS转发器地位更高，不得阻碍当前或未来使用这些频段的地面业务。

 对于地面业务发射机对无人机机载接收地球站造成的干扰，主要解决方案是要求无人机在某区域飞行时，机载地球站接受该区域当前和未来地面业务发射机带来的干扰电平。尽管ITU可能会同意这一方案，但是ICAO需要确保飞行安全，他们是否同样可以接受这一方案，将是一个问题。

关于无人机上的发射地球站可能会对地面业务的接收造成干扰，已经确定了两种解决方案：

方案一：确定机载地球站在地面上产生的信号电平的限制。这将明确了对地面业务的保护，同时也为UAS CNPC运营商提供了运营确定性。

方案二：要求无人机上的地球站不得对地面业务造成“不可接受”的干扰。这听起来不错。然而，在ITU术语中，“不可接受”是一个非量化术语，指的是主管部门之间的协议，在没有预先协议的情况下，任何主管部门都可以声称任何程度的干扰水平，无论多低，都被认为是“不可接受”，主管部门可以根据自己的意愿选择任何量化水平作为承认或不承认的参考。在远离无人机飞行的区域，当地主管部门也可声称对本区域的干扰是“不可接受”的，并要求关闭发射。因此，在这种情况下，UAS CNPC运营商不能保证开展运营的确定性。在这种条件下运行，同时又要确保飞行安全，ICAO对此的态度也是未知的。

有哪些解决方案？

 在ITU的筹备工作中，已经确定了两种解决方案：

 方案A

 建议关闭所有商用FSS频段上UAS CNPC的应用，因为有些主管部门认为，通过FSS链路达到安全控制无人机的目标是不可能实现的，同时也避免了对使用该频段的常规FSS业务和共享频段的地面业务产生不利的影响。

 方案B

 该方案旨在制定永久性规则，将UAS CNPC链路作为一种在确定频段中的FSS应用。然而，虽然在一些原则上已达成一致，但也有一些关键问题尚未解决，并且在解决方案上存在分歧，包括如何与地面业务兼容，以及如何在ITU内部解决飞行安全问题及责任划分，尤其是在不对其他常规FSS网络或地面业务产生不利影响的情况下实现这一点。

 目前，ITU关于 WRC-23议题的准备工作即将结束。大会筹备会议(CPM)将于2023年3月至4月举行，届时将敲定WRC-23的CPM报告，其中涵盖ITU关于WRC-23议题的所有研究结果。在CPM会议之前，以及CPM和WRC-23(2023年11月至12月)期间，各国将通过所在地的区域组织开展工作，如亚太电信组织(APT)、欧洲邮电管理委员会(CEPT)、非洲电信联盟(ATU)、美洲电信委员会(CITEL)、区域联邦电信组织(RCC)和阿拉伯频谱管理小组(ASMG)，也可独立的为CPM或WRC制定提案。然而，对于方案B，由于未能看到令主管部门和区域组织满意的具体解决办法，一开始支持方案B的主管部门可能会转向支持方案A。

总结

关于UAS CNPC在“非规划”的Ku和Ka频段的使用，相关问题如下：

·    1.UAS CNPC使用常规FSS转发器来获得成本低廉且随时可得的卫星容量是一个好主意吗？

·    2.是否能够制定监管规定，使UAS CNPC能够令人满意地运行，而不会对常规FSS应用的发展产生不利影响？

·    3.如何使ITU和WRC-23确信ICAO不会对UAS CNPC施加条件，不会给常规FSS应用的发展带来困难？

·    4.能否制定出与地面业务共存的解决方案，为无人机的控制提供可靠、可预测的链路？

·    5.还是WRC-15提出的想法是个坏主意，WRC-23应该放弃它？

上述问题有助于我们从不同角度思考，帮助我们在与频率主管部门、民航管理部门、区域电信组织、卫星协会协商时作出正确决定，并在ITU会议上提高对该议题的认知并寻求各方参与，为航空业、地面业务和常规FSS等实现最佳解决方案做出贡献。

注释：[1]卫星航空移动(R)业务：供主要与沿国内或国际民航航线的飞行安全和飞行正常有关的通信使用的卫星航空移动业务。[2]非隔离空域：无人驾驶航空器系统与其他有人驾驶航空器同时运行的空域。[3]“非规划”是指不受《无线电规则》附录 30、30A 或 30B中所包含的空间规划约束的频段。[4]“非共享”是指分配给FSS的频段，但未分配给任何地面业务，并且对FSS没有限制以保护地面业务。[5]根据ITU规定，只有国家才能分配和管理频率使用权，ITU术语中的频率协调是在其成员国主管部门之间的协调。主管部门可以授权卫星运营商使用特定的频率于其卫星网络上。主管部门授权卫星运营商需与相邻卫星网络的其他卫星运营商协商并达成频率协调协议，并根据协议中的条件来运行各自的卫星。