0 引言

    我國(guó)已研究將3 300～3 400 MHz、4 400～4 500 MHz、4 800～4 990 MHz、24.25～27.5 GHz、37～43.5 GHz頻段用于第五代移動(dòng)通信(The Fifth Generation Mobile Communication，5G)。然而，將5G頻段部署在4 400～4 500 MHz頻段上卻帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)4 200～4 400 MHz頻段的航空無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)(無(wú)線電高度表)造成干擾。無(wú)線電高度表的指示性能也關(guān)系到設(shè)備的準(zhǔn)確性，關(guān)系著飛機(jī)的正常運(yùn)行。本文開展了相關(guān)頻段上5G系統(tǒng)基站對(duì)無(wú)線電高度表的干擾分析研究，為該頻段未來(lái)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

1 相關(guān)設(shè)備技術(shù)特性

    本節(jié)介紹共存研究所需的具體技術(shù)參數(shù)。

1.1 IMT系統(tǒng)參數(shù)

    根據(jù)建議書ITU-R M.2101^[1]和報(bào)告書ITU-R M.2292^[2]，參考3～6 GHz頻段5G系統(tǒng)IMT系統(tǒng)參數(shù)，4 400～4 500 MHz頻段5G系統(tǒng)參數(shù)建議如表1所示。

1.2 航天無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)參數(shù)

    參考建議書ITU-R M.2059^[3]，航天無(wú)線電導(dǎo)航（無(wú)線電高度表）業(yè)務(wù)參數(shù)建議如表2所示。

2 IMT系統(tǒng)與無(wú)線電高度表的共存研究

2.1 IMT系統(tǒng)對(duì)無(wú)線電高度表干擾場(chǎng)景

    在4 400～4 500 MHz頻段上的5G系統(tǒng)主要用于廣域覆蓋，故該頻段上5G系統(tǒng)基站均采用三扇區(qū)宏站，蜂窩組網(wǎng)。共存研究時(shí)，假設(shè)IMT基站分布于一個(gè)城區(qū)半徑10 km、郊區(qū)半徑20 km的城市中。5G用戶隨機(jī)生成。其中網(wǎng)絡(luò)負(fù)載因子取50%，暫不考慮熱點(diǎn)地區(qū)占城市面積比例。飛機(jī)分別在50 m、100 m、500 m、1 000 m的高度下，從城市中心飛往城市邊緣，計(jì)算飛機(jī)上無(wú)線電高度表收到的干擾是否符合干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 IMT系統(tǒng)天線模型

    根據(jù)建議書ITU-R M.2101，IMT系統(tǒng)天線模型如下：如圖1所示，輻射元件在y-z平面分布，x-y平面表示水平面。信號(hào)方向的方位角表示為（限定在-180°和180°之間），仰角表示為θ（限定在0°和180°之間，90°代表與陣列天線孔徑垂直的角）。

    天線陣列模型的單元水平方向增益：

2.3 無(wú)線電高度表天線模型

    根據(jù)建議書ITU-R M.2059，如果傳播路徑是在一個(gè)正交于飛機(jī)底部的矢量的±30°之內(nèi)，應(yīng)該使用無(wú)線電高度儀天線的峰值增益。共享和兼容性研究應(yīng)該考慮到飛機(jī)角位置在橫滾中能夠達(dá)到±45°，而在俯仰中能夠達(dá)到±20°。在此角度范圍之外，無(wú)線電高度儀的增益應(yīng)該基于天線的特性。

    本報(bào)告考慮最惡劣情況，全部使用無(wú)線電高度儀天線的峰值增益。

2.4 無(wú)線電波傳播模型

    本報(bào)告飛機(jī)最低高度50 m，IMT基站高度20 m（郊區(qū)25 m），本報(bào)告考慮最壞情況，假設(shè)城市郊區(qū)沒(méi)有高層建筑物隔檔，采用自由傳播模型。

    根據(jù)建議書ITU-R P.525-3^[4]，自由傳播模型如下：

其中，L_bf為路徑損耗，λ為波長(zhǎng)，d為路徑距離。

2.5 干擾功率計(jì)算

    5G系統(tǒng)基站對(duì)無(wú)線電高度表主要考慮鄰頻干擾。具體造成干擾的程度主要取決于飛行高度、5G基站發(fā)射功率等。

    若只考慮一個(gè)5G基站的干擾，則無(wú)線電高度表接收到的干擾功率可由式(8)^[5]計(jì)算：

式中，I_IMT為無(wú)線電高度表收單個(gè)基站的干擾功率；P_IMT為基站信號(hào)發(fā)射功率；G_IMT為基站對(duì)無(wú)線電高度表方向的發(fā)射天線增益；G_IF為無(wú)線電高度表接收端的天線增益；L為基站到無(wú)線電高度表之間的路徑損耗；ACLR為相鄰頻道泄漏比。

    無(wú)線電高度表受到的5G基站總干擾功率可以由公式(9)計(jì)算：

式中，I_agg是到達(dá)無(wú)線電高度接收機(jī)輸入端的集總干擾功率譜密度，I_n是第n個(gè)IMT基站對(duì)無(wú)線電高度接收機(jī)的干擾功率譜密度。

2.6 無(wú)線電高度表保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

2.6.1 接收機(jī)前端過(guò)載

    對(duì)無(wú)線電高度儀前端的潛在干擾不能超過(guò)接收機(jī)前端過(guò)載發(fā)生的輸入功率門限，必須滿足：

式中，P_T，RF為無(wú)線電高度表接收到的IMT基站干擾總功率，I_RF為接收機(jī)前端過(guò)載門限。

2.6.2 接收機(jī)靈敏度下降

    為保證接收機(jī)靈敏度，必須滿足如下公式：

式中，B_R，IF是無(wú)線電高度儀的IF帶寬(MHz)，N_F是接收機(jī)輸入處的噪聲指數(shù)(dB)。

2.6.3 虛假高度報(bào)告

    在采用調(diào)頻連續(xù)波調(diào)制的無(wú)線電高度儀的情況下，當(dāng)對(duì)干擾信號(hào)在整個(gè)IF帶寬的頻譜頻率分析期間被作為頻率分量檢測(cè)時(shí)，就將發(fā)生虛假高度報(bào)告。

    如果在檢測(cè)器處的干擾功率超過(guò)了保護(hù)門限I_{T，F(xiàn)A}，將在其接收機(jī)信號(hào)處理鏈中引起虛假目標(biāo)頻譜分量。其中，I_{T，F(xiàn)A}=-143 dBm/100 Hz。

3 仿真結(jié)果

    仿真結(jié)果如圖2～圖4所示。圖2是基站分布仿真圖，圖中黑色部分表示城市基站覆蓋范圍，灰色部分表示郊區(qū)基站覆蓋范圍。一共部署44層 IMT基站，前22層為城市基站，后22層為郊區(qū)基站。假設(shè)飛機(jī)在某一高度不變，從坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)沿著x軸直線飛到點(diǎn)(40 000，0)。其無(wú)線電高度表受到的干擾如圖3、圖4所示。不同線性的曲線分別是當(dāng)飛行高度50 m、100 m、500 m和1 000 m時(shí)無(wú)線電高度表受到的干擾。

    圖3顯示在接收機(jī)在4 200～4 400 MHz頻段內(nèi)受到的干擾，兩條直線分別代表虛假高度報(bào)告保護(hù)門限(-83 dBm/100 MHz)和接收機(jī)靈敏度下降保護(hù)門限(-90 dBm/100 MHz)。圖4顯示接收機(jī)受到的總干擾，直線是接收機(jī)前端過(guò)載保護(hù)門限(-30 dBm/100 MHz)。

    從圖3、圖4的仿真結(jié)果可以看出，飛機(jī)受到干擾始終沒(méi)有超過(guò)接收機(jī)靈敏度下降保護(hù)門限、虛假高度保護(hù)門限和接收機(jī)前端過(guò)載保護(hù)門限，所以4 400～4 500 MHz頻段5G系統(tǒng)不會(huì)對(duì)無(wú)線電高度表產(chǎn)生干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

    本文就4 400～4 500 MHz頻段5G系統(tǒng)和4 200～4 400 MHz頻段航空無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)（無(wú)線電高度表）的干擾共存問(wèn)題進(jìn)行了蒙特卡洛仿真。仿真結(jié)果表明，無(wú)論在城市還是郊區(qū)環(huán)境下，即使在高度50 m時(shí)，接收機(jī)受到干擾也滿足無(wú)線電高度表的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，4 400～4 500 MHz頻段5G系統(tǒng)不會(huì)對(duì)無(wú)線電高度表產(chǎn)生有害干擾，相關(guān)設(shè)備無(wú)需保護(hù)措施就可以兼容共用。

參考文獻(xiàn)

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[3] Recommendation ITU-R M.2059.Operational and technical characteristics and protection criteria of radio altimeters utilizing the band 4 200-4 400 MHz[S].Geneva：ITU，2014.

[4] Recommendation ITU-R P.525.Calculation of free-space attenuation[S].Geneva：ITU，2016.

[5] 李可策，李景春，楊文翰，等.3.5 GHz頻段5G系統(tǒng)基站對(duì)FSS地球站的干擾分析[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2017，43(8)：21-24.

作者信息:

賈  迪1，李景春2，楊文翰2，鮑  堯2

（1.河北工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，天津300401；2 .國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京100037）