上一篇我們學習了FCC 25.208對于空間站輻射向地球表面的PFD功率通量密度限值。今天我們具體通過SpaceX的NGSO的一份技術報告，來了解一下實際Space Station的PFD值，有助于我們更好地理解。

其實對于PFD的限值，在ITU-R的RR《無線電規則》中也有相應的規定，并且對于頻率和區域（1區/2區/3區）以及特殊情況的劃分還要更加詳細。所以SpaceX的報告中不僅考慮了FCC的限值，也同時考慮了ITU-R的限值規定。FCC中所沒有涉及的類型和頻率，則依據了ITU-R中的相關規定，但一定都符合規定么？我們用兩個例子來說明：

01

下行10.7~12.2GHz用戶鏈路

首先，每顆SpaceX衛星上的Ku波段下行用戶波束，只對水平面以上40°至90°的到達角進行發射，即只能由仰角為40°或以上的客戶地球站接收。此外，發射功率會根據到達角度在斜面（slant）和天底（nadir）之間調整，以保持到達地球表面的PFD不變。所以說到達角不同帶來的損耗不同，天線增益會隨著轉向角和波束形狀發生變化。

我們先來理解一下nadir和slant，如下圖所示：nadir（天底）簡單地理解就是與zenith（天頂）完全相反的一個點，天頂在正上方，天底在正下方。在天文學中，天底線是指指向某一特定地點的重力的垂直方向。對于一個在軌的衛星來說，天底線是該衛星向下的視場（field of view）。而slant相對于nadir來說就是一個傾斜的角度。

由于nadir和slant，從空間站到達地面的距離就不一樣了，波束也會產生變化，所以發射功率也不一樣。下面這個表顯示了SpaceX系統在地球表面的PFD計算，包括在最大slant斜度40°到達角和nadir 90°到達角的天底。

下面這張表是由空間站下行鏈路用戶傳輸產生的地球表面的PFD（1,110公里）：

頻段：10.7-12.2 GHz；
鏈路：Downlink User Transmissions；
服務緯度：±55o以下；
衛星軌道高度：NGSO 1110km；

這其實是一個最壞的情況，也就是PFD最大的情況，因為如果是在更高的高度、服務更高的緯度和在更高的Ku波段頻率運行的衛星，產生的PFD會更低。

所以我們再回顧一下上一篇中的限值，對應的應該是25.208(b)：

是否符合呢？來看下面的結果：

以4kHz帶寬為單位的PFD（紅色線為FCC限值，藍色線為SpaceX的PFD計算值）：

以1MHz帶寬為單位的PFD（紅色線為FCC限值，藍色線為SpaceX的PFD計算值）：

然而上述SpaceX的頻率是從10.7～12.2GHz，而FCC的限值只到11.7GHz，并沒有包含到12.2GHz這一段，所以這一段的限值參考了ITU-R的規定：針對這一段的衛星固定NGSO空對地的限值比FCC增加了2dB，即紅色虛線向上平移2dB：-124～-114dB(W/㎡)/1MHz。

所以SpaceX在此段的40°以上PFD距離限值還有6-8dB的余量。

除了25.208(b)，Ku波段還有25.208(o)關于12.2-12.7GHz的限值規定：

這一段規定的限值相對較低，是為了保護多頻道視頻和數據分配服務（"MVDDS"）。如下圖所示，SpaceX在此段的PFD有超過30dB的余量：

02

下行17.8~19.3GHz網關鏈路

與上面10.7~12.2GHz頻段一樣，SpaceX公司每顆衛星上的17.8~19.3GHz網關下行鏈路，也是只對水平面以上40°至90°的到達角進行發射，即被40°以上仰角的網關地面站接收。系統根據到達角調整slant和nadir之間的發射功率，以保持到達地球表面的PFD不變。

下面這張表是SpaceX空間站下行網關鏈路，在最大slant（即40°到達角）和nadir（90°到達角）時，產生的地球表面的PFD（1,110公里）：

頻段：17.8-19.3GHz；
鏈路：Downlink Gateway Transmissions；
極化：LHCP和RHCP；
衛星軌道高度：1110 km；

這其實是一個最壞的情況，也就是PFD最大的情況，如果是在更高的高度運行的衛星，產生的PFD會更低。

FCC的最新版本對NGSO 17.8-19.3GHz頻段沒有相應的PFD限值，但ITU-R的《無線電規則》卻有適用于整個17.7-19.3GHz頻段的NGSO系統限值，如下所示：

X的取值如下式：

那么SpaceX空間站在此段的PFD數值是多少呢？

可以看到，在大多數的傾角條件下都是滿足限值的，并且在40°以上還有10dB的余量，但是在12°以下，SpaceX系統的PFD顯然是超出了限值。

對此，SpaceX給出了這樣解釋：

首先，他認為PFD算法有缺陷：該算法包含了不在視線范圍內的衛星的干擾，并且沒有考慮到可能被關閉的衛星，這種算法不具備擴大應用于更大的、動態控制的星座的能力。當考慮到這些因素時，SpaceX預計其系統不會對在此頻段運行的FS系統造成任何實際干擾。

其次，他認為ITU-R的建議限值是不合理的，其實在FCC早期的版本中25.208(e)也采用了與ITU-R相同的建議，只是當前版本25.208(e)部分已經變成reserved了。ITU-R中的PFD限制是在擬議的NGSO系統的衛星數量少得多的時候，也就是在WRC-2000之前的研究周期中制定的，比例函數（即上述PFD公式中用于288顆以上衛星系統的變量 "X"）是根據96、288和840顆衛星的NGSO FSS衛星星座制定的，沒有考慮到更大的星座。

此外，基本分析是基于一些非常保守的假設，這些假設就會導致計算出的PFD水平遠遠高于實際系統產生的水平。為什么說它保守呢？因為它假設了NGSO FSS衛星群的所有可見衛星同時向FS系統的方向輻射最大的PFD，這是不現實的。此外，這種假設沒有考慮到真正的衛星天線的模式，每個衛星的功率限值或自我干擾對NGSO衛星系統的限制。

雖然說，國際電聯早在WRC-15就承認了以上的問題，但即便是在WRC-19之后的最新版《無線電規則》也尚未做出修改，所以我們在ITU-R的RR中看到的仍是這種有缺陷但被授權的方法。

而對于FCC Part25.208，就是在后來的版本中空下了這一段的限值，標記為“Reserved”。并且對于SpaceX當年的報告給出了這樣的結論：盡管SpaceX系統不符合PFD限值，但該系統不會對地面FS系統構成干擾威脅。

這也足以看出SpaceX在衛星領域的地位，以及應驗了大家經常說的那句：“FCC為SpaceX一路開著綠燈。。。”

審核編輯：劉清