摘要：本文在綜合論述無線電業務與無線電臺站的邏輯關係基礎上，結合無線電臺站的空間位置分布情況，全面解讀了國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）《無線電規則：條款》中明確定義的49種無線電臺站，重點分析了無線電臺站的種類劃分情況，將之分為四大類：地面電臺、地球站、空間電臺和射電天文電臺，深度挖掘了ITU定義無線電業務和無線電臺的內在邏輯，以及同一類無線電臺站的內部映射關係。上述研究能使從事無線電管理的工作人員對無線電臺的理解和認識統一到ITU的相關規定上來，從而和國際接軌，使無線電管理工作更加嚴謹和規範。
1. 引言
自1895年義大利馬可尼和俄國波波夫發明無線電以來[1][2]，無線電臺站已有一百多年的歷史。一百多年來，無線電事業蓬勃發展，無線電臺站的應用越來越廣，已滲透到電信、廣電、民航、交通、氣象、鐵路、航天、醫療、軍事、國防等各個領域，如圖1所示，我國在2013年底已辦執照的無線電臺站超過300萬個[3]。隨著無線電臺站數量不斷增多，電磁環境不斷惡化，無線電幹擾事件時有發生。因此，深刻認識無線電臺站的基本內涵，加強對無線電臺站的管理工作，在整個無線電管理科學化的進程中愈顯重要。
到目前為止，國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）的《無線電規則：條款》（Radio Regulations：Articles）定義了49種承載不同業務、應用於不同行業、門類繁多的無線電臺站[4]。由於視角的不同，大家對無線電臺站的基本內涵和種類劃分有不同的理解和認識[5]-[9]。按照使用方式的不同，無線電臺站可分為手持式、車（船、機）載式、固定式、轉髮式[5]；按照通信方式的不同，無線電臺站可分為單工、半雙工和全雙工模式[6]；按照實現功能的不同，無線電臺站可分為通信類、雷達類、導航類、射電天文類；按照工作方式的不同，無線電臺站可分為單發、單收、收發一體[7]；按照使用頻段的不同，無線電臺站可分為長波電臺、中波電臺、短波電臺（高頻電臺）、超短波電臺、微波電臺[8][9]；按照業務範圍的不同，無線電臺站可分為十大類，即：固定業務電臺、陸地移動業務電臺、航空業務電臺、水上業務電臺、廣播業務電臺、氣象業務電臺、空間業務電臺、業餘無線電臺、標準頻率和時間信號電臺、射電天文電臺[9]。
圖1 我國無線電臺站的增長趨勢
然而，以上分類理解與ITU中各類無線電臺站的定義都不太相符；再者，《無線電規則：條款》中指出：「每個電臺應按其臨時或長期運營的業務進行分類（Each station shall be classified by the service in which it operates permanently or temporarily）」。鑑於此，本文將從以無線電業務與無線電臺站的邏輯關係為主，以無線電臺站的空間位置分布為輔的雙重角度出發，全面解讀ITU定義的49種無線電臺站，重點分析無線電臺站的種類劃分情況，深度挖掘不同無線電臺站的內在聯繫，全面展望無線電臺站的未來發展趨勢。這樣不僅能加深從事無線電管理的工作人員對無線電臺站的理解和認識，而且能在一定程度上規範我國無線電臺站管理的工作。
2. 無線電臺站的種類劃分
2.1 無線電臺站種類劃分的依據
ITU關於無線電臺站的定義是：為開展無線電通信業務或射電天文業務所必需的一臺或多臺發信機或收信機，或發信機與收信機的組合[4]。縱觀49種無線電臺站的定義可知，ITU是基於無線電業務逐一定義各類無線電臺站的。同時，《無線電規則：條款》中也指出：「每個電臺應按其臨時或長期運營的業務進行分類。」顯而易見，作為無線電業務的承載者，無線電臺站與無線電業務之間存在一一對應的關係。此外，ITU關於地面電臺、空間電臺和地球站這些「根」級電臺的定義中均涉及臺站的空間位置分布，如「地面」、「位於地球表面或地球大氣層主要部分以內」等等。因此，本文將從無線電業務和無線電臺站的空間位置分布兩個角度，並結合ITU中無線電臺站和無線電業務的定義、以及它們之間的內在邏輯關係[10]，研究無線電臺站的種類劃分。
2.2 無線電臺站種類的詳細劃分
無線電業務分為無線電通信業務和射電天文業務，無線電通信業務又分為地面無線電通信業務和空間無線電通信業務[11]。地面電臺位於大氣層以內，包括陸地、水上、大氣層中，承載地面無線電通信業務；空間電臺位於地球大氣層主要部分以外，承載空間無線電通信業務；地球站位於大氣層以內，承載空間無線電通信業務；射電天文電臺位於大氣層以內，承載射電天文業務。因此，我們將《無線電規則：條款》中明確定義的49種無線電臺劃分為地面電臺、地球站、空間電臺、射電天文電臺四大類。圖2綜合描述了無線電臺和無線電業務的一一對應關係，全面展現了無線電管理的核心基本要素。
圖2 無線電臺站與無線電業務的對應關係
需要強調的是，從空間位置分布上說，地球站地和地面電臺、射電天文電臺都是位於大氣層以內，定義也有些類似。然而，我們沒有把地球站歸為地面電臺。原因在於：地球站承載的不是地面無線電通信業務，承載的是空間無線電通信業務。從承載的無線電業務上說，地球站和空間電臺承載的都是空間無線電通信業務。然而，我們也沒有把地球站歸為空間電臺，原因在於：地球站不是設置於大氣層主要部分以外的物體上，也不是設置在準備超越或已經超越地球大氣層主要部分的物體上。基於上述理由，我們將地球站單獨歸為無線電臺的一類，這就是ITU《無線電規則》定義無線電業務和無線電臺的內在邏輯關係。
2.3 地面電臺
在ITU中，地面電臺定義為進行地面無線電通信的電臺。按照我們的理解，地面電臺就是指大氣層以內的各種無線電臺，但不包括射電天文電臺和地球站。地面電臺和地面無線電通信業務是一一映射的關係，地面無線電通信業務分為固定業務、移動業務、無線電測定業務、及其它業務（廣播業務、業餘業務、氣象輔助業務、標準頻率和時間信號業務、安全業務、特別業務歸為其它類）。
根據無線電臺站的定義，用於固定業務的電臺稱之為固定電臺，通俗地講，是指定固定位置之間進行通信的電臺。用於無線電測定業務的電臺稱之為無線電測定電臺。用於移動業務的電臺有兩類，一類是移動電臺，一類是陸地電臺。移動電臺專指在移動中或在非指定地點停留時使用的電臺。陸地電臺專指不是供移動中使用的電臺（專指固定地點使用或指定地點使用）。因此，地面電臺分為五大類：固定電臺、移動電臺、陸地電臺、無線電測定電臺和其它類，共包含36種。地面電臺的詳細劃分如表1所示。
表1 地面電臺的種類劃分
移動電臺和陸地電臺都承載的是移動業務（陸地移動業務、水上移動業務、航空移動業務），只是移動電臺配置在移動平臺上（比如車載、船載、機載等），陸地電臺配置在固定平臺上。根據定義，陸地移動電臺、船舶應急發信機、航空器電臺、船舶電臺、船上通信電臺、應急示位無線電信標臺、救生艇電臺均屬於移動電臺，基地電臺、海岸電臺、港口電臺、航空電臺都屬於陸地電臺。更進一步，陸地移動電臺和基地電臺、船舶電臺和海岸電臺、航空器電臺和航空電臺之間分別存在一一對應的關係。如圖3所示，陸地移動電臺和基地電臺都是應用於陸地移動業務的電臺，它們的不同點在於應用場合不同，陸地移動電臺配置在移動平臺上，基地電臺配置在固定位置。
圖3 移動電臺和陸地電臺之間的對應關係
蜂窩移動通信系統是證實上述對應關係最好的例證。如圖4所示，2G時代GSM、3G時代TD-SCSMA/WCDMA/CDMA-2000、到4G時代TD-LTE/LTE FDD，這些蜂窩網絡承載的無線電業務都是陸地移動業務。網絡中的宏蜂窩基站（Macro BS）、微蜂窩基站（Micro BS）、微微蜂窩基站（Pico BS）、家庭基站（Femto BS）、移動應急通信車等一般部署在樓頂、廣場、街邊等固定位置的無線電臺都屬於陸地電臺範疇中的基地電臺；網絡中的個人移動終端（如手機）、筆記本電腦、車載終端等供人們在移動中使用的無線電臺都屬於移動電臺範疇中的陸地移動電臺。船舶電臺和海岸電臺、以及航空器電臺和航空電臺之間的關係亦是如此。
圖4 蜂窩行動網路與無線電臺
結論：由此可見，一部無線電臺由於承載的無線電業務不同，使用的頻段不同，無線電波的傳播特性不同，所以應用場合也不同，給它定義的稱謂也不同，那麼在無線電臺的分類上也就不同。
2.4 地球站
ITU對地球站的定義是：設於地球表面或地球大氣層主要部分以內的電臺，用於：
· 與一個或多個空間電臺通信；
· 通過一個或多個反射衛星或空間其它物體與一個或多個同類電臺進行通信。
通俗地講，地球站就是衛星通信的地面站（包括位於陸地、水上、大氣層中），通常部署在地面，或車載、機載、船載等移動平臺上。依據定義，ITU《無線電規則》中定義的十類地球站可分為陸地地球站和移動地球站[1]，詳細的分類情況如圖5所示。
圖5 地球站分類情況說明
陸地地球站是用於衛星固定業務或有時用於衛星移動業務，位於陸地上某一指定的固定地點或指定的地區內，為衛星移動業務提供饋線鏈路的地球站。它包括基地地球站、海岸地球站、航空地球站；移動地球站是用於衛星移動業務，在移動中或在非指定地點停留時使用的地球站。它包括陸地移動地球站、船舶地球站、航空器地球站、衛星應急示位無線電信標。衛星應急示位無線電信標是用於衛星移動業務的一種地球站，其發射有助於搜索和救助工作。
依據定義可知，陸地移動地球站、船舶地球站、航空器地球站能分別用於衛星陸地移動業務、衛星水上移動業務、衛星航空移動業務。基地地球站、海岸地球站、航空地球站都能用於衛星固定業務，且都是位於陸地上某一指定的固定地點或指定的區域。此外，基地地球站作為饋線鏈路，可與陸地移動地球站如Inmarsat手持移動終端、車載地球站之間達成衛星陸地移動業務的通信；航空地球站作為饋線鏈路，可與航空器地球站如機載衛星移動地球站之間達成衛星航空移動業務的通信；海岸地球站作為饋線鏈路，可與船舶地球站之間達成衛星水上移動業務的通信。因此，和地面電臺相類似，不同類別的地球站之間也存在一一對應的關係。圖6全面展現了移動地球站和陸地地球站的相互對應關係。
圖6 移動地球站和陸地地球站之間的對應關係
2.5 空間電臺
空間電臺主要是指位於大氣層主要部分以外的物體上，或者位於準備超越或已經超越地球大氣層主要部分的物體上的電臺。它主要用於達成衛星固定業務、衛星移動業務、衛星廣播業務、衛星地球探測業務等空間業務，主要包括靜止軌道衛星如北鬥導航衛星、「天鏈一號」中繼衛星、風雲2號氣象衛星、亞太系列衛星、中星6號、亞洲3S、中衛1號，和非靜止軌道衛星如風雲1號氣象衛星、北京一號。
2.6 射電天文電臺
射電天文臺指用於射電天文業務的電臺，主要用於觀測來自天體的無線電波。射電天文學是通過觀測天體的無線電波來研究天文現象的一門科學，它是以無線電接收技術為觀測手段，觀測所有天體。60年代以來四大天文發現，類星體、脈衝星、星際分子和微波背景輻射都是利用射電天文手段獲得的。
射電天文業務為無源業務，沒有發射。射電天文信號強度一般在10－30W/m2?Hz量級。射電天文觀測需要專門的頻段，同頻幹擾發射將導致射電天文完全不能觀測。我國已建有紫金山、密雲、新疆、上海、雲南等射電天文觀測站。貴州正在建設世界最大單口徑射電天文望遠鏡：500米單口徑射電天文望遠鏡（FAST）。目前主體工程已具雛形，各系統陸續進入實施階段。該射電天文望遠鏡利用貴州天然的喀斯特窪坑作為臺址，在窪坑內鋪設數千塊單元組成500米球冠狀主動反射面，能夠實現接收機的高精度定位。
2.7 無線電臺站種類舉例說明
為了進一步加深對無線電臺及其種類劃分的認識和理解，下面以我國在2013年6月11日發射、26日返回的神州十號飛船通信系統為例說明空間電臺、地球站、地面電臺及無線電業務之間的關係。
「神十」飛船通信系統代表了地面電臺、空間電臺和地球站的綜合應用。「神十」飛船發射後入軌前主要利用C頻段和S頻段無線電臺與地面之間進行空地通信，同時將超短波手段留作備用。這個階段「神十」飛船與地面之間達成的無線電業務屬於地面無線電業務，因此入軌前「神十」飛船上配置的電臺屬於地面電臺，具體來講屬於移動電臺範疇的航空器電臺。「神十」飛船入軌後通過「天鏈一號」衛星中繼在Ka頻段上與地面之間進行全時通信，由「天鏈一號」衛星將信息轉發至地面，採用的是「空－空－地」傳輸鏈路。這個階段「神十」飛船與地面之間達成的無線電業務屬於空間無線電業務，因此入軌後「神十」飛船上配置的電臺屬於空間電臺。
央視對「神十」飛船發射的直播中，屏幕右上角經常會出現「天鏈」字眼，這表示當時的視頻信號來自「天鏈一號」數據中繼衛星的轉發。2013年6月20日，航天員王亞平在天宮一號上進行了首次太空授課，就是將拍攝的視頻信號發給「天鏈一號」數據中繼衛星，「天鏈一號」衛星再將視頻轉發給地面接收站。而「濱海」、「南亞」、「東風」和「遠望」等字眼則分別表示來自東非肯亞的馬林迪測控站、南亞巴基斯坦的喀拉蚩測控站、中國新疆的喀什測控站、酒泉衛星發射中心東風測控站和海上的遠望系列測控船。按照ITU《無線電規則》的無線電臺站定義，「神十」飛船和「天鏈一號」中繼衛星屬於空間電臺，喀什、東風等測控站屬於地球站中的陸地地球站，再細分的話屬於陸地地球站中的基地地球站，遠望號測控船屬於地球站中的移動地球站，再細分的話屬於移動地球站中的船舶地球站。
綜上所述，很容易發現，同樣一部無線電臺在「神十」飛船入軌前稱之為地面電臺範疇中的航空器電臺，入軌後稱之為空間電臺。入軌前後「神十」飛船上電臺分類發生變化的核心因素在於電臺承載的無線電業務發生了變化，這印證了我們前面提到的核心觀點：一部無線電臺由於承載的業務不同，使用的頻段不同，無線電波的傳播特性不同，所以應用場合也不同，給它定義的稱謂也不同，那麼在電臺的種類劃分上也不同。同時，這種理解也契合了ITU《無線電規則》中給出的觀點「每個電臺應按其臨時或長期運營的業務進行分類」。
3.無線電臺站展望
無線電臺經歷了電子管、電晶體、集成電路、（超）大規模集成電路的發展階段。隨著無線電技術的不斷發展，無線電臺將不斷採用新技術、新工藝、新材料，由數位化逐步向智能化、模塊化、小型化和高頻化方向發展。
軟體定義的無線電（Soft Defined Radio，SDR）技術日趨成熟，代表智能化和模塊化發展方向。基於SDR技術的系統通過學習，不斷地感知外界的無線環境變化，並自適應地調整自身內部的通信機理達到對環境變化的適應[12]。基於SDR技術的無線電臺將是一個具有感知能力、學習能力、自適應能力的智能系統，可以有效解決頻譜資源使用效率低下和供需矛盾突出等問題，同時能很好地滿足戰場通信實時性、可靠性、抗幹擾能力等方面的需求。因此，基於SDR技術的無線電臺應用前景廣闊，應用領域廣泛，必然會帶來無線電發展的革命，尤其在軍事應用領域，美國和德國等一些發達國家已研製出具有SDR技術的電臺。
頻譜資源供需矛盾突出等問題致使無線電臺朝著小型化和高頻化的方向發展。同時，高頻技術的開發與應用、以及（超）大規模集成電路技術是實現無線電臺小型化根本。頻譜資源使用需求快速增長，供需矛盾將長期存在[13]，尤其是移動通信業的頻譜資源缺口巨大[14]。為了應對頻譜匱乏與需求劇增的深刻矛盾，一方面未來蜂窩無線接入網不單純只由宏基站提供覆蓋，將利用小區分裂的思想，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）實現全網的覆蓋[15]，從而提高頻譜使用效率。另一方面擴展新的頻譜資源，高頻段可用頻譜資源豐富，能夠實現超高速短距離通信，適應設備和天線小型化的趨勢，滿足第五代移動通信（5G）容量和傳輸速率等方面的需求[16]。目前，我國正積極評估5G的潛在候選高頻段，具體可分為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.結束語
無線電臺站管理是整個無線電管理工作的基石。為了加強我國從事無線電管理的工作人員對無線電臺站的理解和認識，本文在綜合論述無線電業務與無線電臺站之間深層次邏輯關係的基礎上，全面分析了ITU《無線電規則：條款》定義的49種無線電臺站，將其分為：地面電臺、地球站、空間電臺和射電天文電臺四大類，每一類又進行了若干細類劃分，如地球站又細分為陸地地球站和移動地球站。深度挖掘得出了同一類無線電臺站的內在聯繫：陸地電臺和移動電臺、以及陸地地球站和移動地球站之間存在一一對應的關係。最後，結合無線電臺站的種類劃分依據和實際應用，得出如下結論：一部無線電臺站由於承載的業務不同，使用的頻段不同，無線電波的傳播特性不同，所以應用場合也不同，給它定義的稱謂也不同，那麼在無線電臺站的種類劃分上也不同。
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