ARTICLES
专业文章
低轨卫星通信的核心技术及法律风险
低轨卫星通信的核心技术及法律风险
信息传递是人类最基本的需求之一。传统信息传递的原理是当传递者与接收者相向而立时，传递者的声带产生振动，振动在介质（如空气）中传播形成声波（波是传递信息的主要载体），传递者说出不同的文字时声带的振动不同，因此空气中传播的波形出现了差别，接收者的耳朵依靠波形的不同识别出了不同的文字，最终实现了信息的传递。依靠波传递信息是通信的基本原理，但前述传统方式受到了通信距离、传播介质、保存方式等限制。
从无线电通信之父马可尼将无线电技术应用到通信领域开始，到1G时代模拟通信拉开移动通信的大幕、2G时代实现了从模拟信号到数字信号的转变、3G时代实现了富媒体的传输、4G时代开启了移动互联网纪元，再到5G推开万物互联的大门，甚至到未来6G万物智联的期待，通信发展所追求的一直是解决前述通信过程中的限制，即怎么能让信息尽可能少受时空限制的更快更准的进行传播，或者说怎么能实现随时随地的通信。
如今的手机市场和人才市场一样，不断"卷"出新高度。各大厂商在屏幕、电池、摄像头、算法、系统等各个细分领域想方设法地提升，努力去争取哪怕只比友商产品性能高出百分之零点几的改善。而当人们认为智能手机的发展只能沿着既定方向继续"卷"时，最近却被一个新消息刷屏：据说某型号的手机产品未来将搭载卫星通信功能，准确地说，是低轨（Low Earth Orbit）卫星通信功能。
一、什么是低轨卫星通信
根据轨道高度，卫星可以分为典型高度为500至2000km的低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星、典型高度为8000至20000km的中地球轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星和高度约35786 km的对地静止轨道（The Geostationary Orbit，GEO）卫星等，虽然相较中高轨卫星存在覆盖范围不足的问题，但低轨卫星具有发射成本低、距离地面近、传输时延短、路径损耗小、数据传输率高等优点[1]，同时对终端的功率要求也较低，适合在手持移动终端上搭载。
摩托罗拉公司曾在上个世纪九十年代构想并实现了"铱星计划"，这是世界上第一个低轨卫星系统。该系统使用传统的窄带星座，共布置6个轨道面，每个轨道均匀分布11颗卫星，组成完整星座，覆盖全球区域（包括南北两极），提供全球任何地点的电话通信业务。但因为时代、技术等原因，"铱星计划"并没有得到广泛使用。
随着时间的发展，火箭发射（可回收及一箭多星）、卫星制造（组件化和模块化）、集成电路（小型化和材料）等技术大幅度进步，宽带星座逐渐成为发展热点，逐渐出现了一批新的卫星通信计划，其中starlink、OneWeb、O3b、TeleSat、LeoSat等是域外的典型代表，我国也推出了"虹云"、"鸿雁"等计划。
低轨卫星通信技术也被认为是未来通信的新发展方向之一，在6G通信系统中已经确定会使用卫星通信+地面基站的组网方式，以实现空天海地一体化，卫星通信技术被纳入民用移动通信的大部队。在这个时间节点，哪家厂商能率先克服天线、成本、基带芯片等问题将卫星通信功能加入到自己的产品中，尤为值得大家关注。
二、低轨卫星通信的核心技术
国家知识产权局知识产权发展研究中心在2021年4月发布的《6G通信技术专利发展状况报告》中记载，卫星通信技术领域的全球专利申请总量为25509项，来自中国的专利申请量最多，达到9159件，占比31%。其中，全球前十位申请人中仅有1家中国企业，美日韩三国企业类型的申请人位列前茅，其中日本NEC公司、韩国大宇通信公司、日本三菱电子公司排名前三。通过专利检索及对近年来国内外学者和研究机构的主流研究成果的分析，高集成星载相控阵天线技术、星上处理技术和星间激光链路技术极有可能是未来低轨卫星通信的核心技术。
高集成星载相控阵天线技术是突破卫星系统增益困难的关键技术，传统的卫星天线只能提供较低增益，因而数据传输速率不高。随着应用需求的发展，传统的低增益天线已经逐渐不能满足用户需求。相控阵天线技术是利用天线的空间分集技术实现多波束覆盖，同时还可实现波束间通信容量和波束形状的调整。[2]除此之外，相控阵天线还具备可靠性高、易于安装和电气性能佳等特点。根据波束的功能不同，相控阵天线可分为区域覆盖相控阵天线、宽角扫描相控阵天线和有限区域扫描相控阵；根据是否存在发射源，相控阵天线可分为有源相控阵天线和无源相控阵天线。
星上处理技术是接收卫星多源载荷数据并对其进行信息融合处理，实现全探测场景海量数据下目标的在线检测、精准识别与持续跟踪，为卫星/星座/载荷的自主调度运用、目标位置确定、信息快速应用提供支撑的技术集[3]，是一系列技术的统称，包括空间交换技术、多址接入技术、前向纠错技术、功率控制技术等，综合以保障通信的带宽、时延、质量等。
星间激光链路技术是以激光为信息载体，通过激光在自由空间传输而进行的点对点无线通信技术，可以有效缓解由于世界各国发射的人造通信卫星数目与日俱增而造成各卫星微波链路之间的串扰[4]。与传统的卫星微波通信相比，激光通信存在频率高且束散角小，卫星激光通信具有传输数据率高、通信容量大、保密性好、终端设备体积小、功耗低以等优势。
三、法律风险及解决路径
1. 标准缺乏
标准是通信领域的核心，设备商、运营商和其他上下游的厂商都致力于参与标准的制定并围绕标准构建专利库，标准的制定能够实现产品互联、效率保障和成本降低等。但卫星通信暂未形成统一的标准，于是难以形成有效的市场壁垒和市场引导，也会增加重复的网络建设投资。
涉及卫星通信的标准制定已在进行当中，3GPP 中针对卫星通信的标准研究目前主要在TR38.811 和TR38.821中，3GPP TR 38.811 对"面向非地面网络中的 5G 新空口"进行专门研究，定义了 NTN（Non-Terrestrial Networks，非地面网络）部署场景和4 种卫星 NTN 网络架构（如高度、参数等）；TR38.821在TR38.811 的成果基础上进一步研究卫星接入的问题，针对典型场景研究无线接入网的框架和对应的接口协议，标准化的工作需继续推进。
2. 监管规则复杂
空间业务国际法规包括《外层空间条约》、《国际电信联盟组织法》、《国际电信联盟公约》、《无线电规则》、《程序规则》等对各成员有约束力的文件。其中《外层空间条约》被认为是空间法宪法性文件，其订立之处目的之一是消除部分国家对外空提出的主权要求，第1条就规定探索和利用外层空间的权利属于全人类。我国关于空间通信的相关法律法规包括《中华人民共和国电信条例》、《建立卫星通信网和设置使用地球站管理规定》和《空间物体登记管理办法》等。
由于与地域跨度无关，甚至能绕过运营商直接进行通信，卫星通信一直面临通信过程难以监测，通信终端难以监管的问题。在提供卫星通信服务之前，一定要充分考虑国际法与国内法的衔接，与相关主管部门、运营商等进行政策、频段等协调，以满足相关法律和法规的规定。
3. 数据安全风险
卫星通信的数据交互通常跨越地域在空间进行，则必然会涉及到数据跨境传输的问题。数据可分为构成个人信息的数据和非个人信息的数据两种，其中《个人信息保护法》明确了个人信息跨境提供的基本规则，此前的《网络安全法》、《个人信息和重要数据出境安全评估办法（征求意见稿）》等也规定了个人信息和重要数据的境内储存原则。
《个人信息保护法》正式确立了个人信息出境的条件，《网络安全法》对个人信息出境的安全评估仅作原则性规定，"因业务需要，确需向境外提供的，应当按照国家网信部门会同国务院有关部门制定的办法进行安全评估；法律、行政法规另有规定的，依照其规定。"之前公布的《个人信息出境安全评估办法（征求意见稿）》也对安全评估框架、评估流程、评估材料申报要求等做了较明确的规定（目前尚未生效）。
当卫星通信交互的数据，如语音通话、短信、电子邮件等涉及个人信息或重要数据等，则按规定需要进行监管，所以需要确保该传输的合规性。
4. 国家安全风险
国家安全是一个需要单独强调的问题，各种计划中的卫星通信系统涉及卫星数量巨大，当这些卫星具有监测功能时，我国的重要设施等将可能处于完全暴露的状态。《数据安全法》对国家核心数据进行了规定，规定其包括关系国家安全、国民经济命脉、重要民生、重大公共利益等数据，并对其实行更加严格的管理制度。当卫星通信中交互的数据涉及到国家秘密、军事秘密时，或卫星进行非法测绘活动时，甚至可能触发刑事责任。
四、小结
卫星通信不仅是国内，同时也是国际市场的热点；卫星通信网络也将是民用基础设施不可或缺的组成部分，在未来通信网络中扮演着重要的角色，所以其核心技术和法律风险需要各方主体重点关注。
[注]
