25.5-27GHz頻段衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)數(shù)傳接收站隔離保護(hù)方法淺析

顧 娜，田 偉，林 源

（國家無線電頻譜管理研究所，西安 710061）

1 研究背景

在國際移動(dòng)通信（IMT）系統(tǒng)飛速發(fā)展的大背景下，為了滿足IMT系統(tǒng)的頻譜需求，在世界無線電大會(huì)（WRC-15）及大會(huì)籌備會(huì)議（CPM19-1）上確立了議題1.13，旨在從24.25-86GHz頻段范圍的11 個(gè)子頻段內(nèi)為未來國際移動(dòng)通信（IMT）系統(tǒng)發(fā)展尋求可用的頻譜資源。

在1.13議題候選的25.5-27GHz頻段，主要包括衛(wèi)星間業(yè)務(wù)（ISS）、衛(wèi)星地球探測業(yè)務(wù)（EESS）、空間研究業(yè)務(wù)（SRS）以及衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)頻率和時(shí)間信號(hào)等四種空間業(yè)務(wù)類型。其中SRS（空對地）已部署探月系統(tǒng)，EESS（空對地）有我國氣象等多個(gè)系列衛(wèi)星的數(shù)傳接收站，后續(xù)還將有更多的系統(tǒng)規(guī)劃部署，這些應(yīng)用對國家安全和發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。考慮到IMT系統(tǒng)部署范圍廣，用戶數(shù)量巨大，如果在相關(guān)頻段部署地面IMT系統(tǒng)，將會(huì)對關(guān)鍵衛(wèi)星系統(tǒng)的用頻安全產(chǎn)生嚴(yán)重的潛在影響。因此需要在該頻段開展深入的技術(shù)分析和規(guī)則研究。

本文主要分析了相對惡劣情況下，25.5-27GHz 頻段單個(gè)IMT基站對EESS數(shù)傳接收站的干擾情況，采用劃定保護(hù)距離的方法，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有及規(guī)劃數(shù)傳接收站的充分保護(hù)。

2 干擾場景

目前，25.5-27GHz頻段內(nèi)的EESS數(shù)傳接收站主要包括固定站和車載站兩類，其中固定站主要為北京站、喀什站和佳木斯站，車載站的數(shù)量若干。

25.5 -27GHz頻段的數(shù)傳接收站不僅接收靜止軌道（GSO）衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，也接收從非靜止軌道衛(wèi)星下傳的數(shù)據(jù)?？紤]到星地幾百至近四萬千米的傳輸距離，信號(hào)損耗很大，到達(dá)衛(wèi)星地球站的接收信號(hào)非常微弱，鏈路比較敏感，受干擾的可能性也大大增加。根據(jù)國際電聯(lián)ITU-R P.2108建議書[1]，在計(jì)算IMT基站集總干擾時(shí)，需根據(jù)基站的地域百分比疊加由于地形、建筑物等造成的遮擋損耗，即clutter loss，從而完全忽略了IMT基站到數(shù)傳接收站之間無遮擋的直射路徑情況。事實(shí)上，無遮擋直射路徑并非絕對不存在，而是出現(xiàn)概率很小，我們將單個(gè)IMT基站到數(shù)傳接收站之間無遮擋的直射路徑定義為相對惡劣場景，本文重點(diǎn)分析相對惡劣場景下，單個(gè)IMT基站對GSO衛(wèi)星數(shù)傳接收站的干擾情況，如圖1所示。

3 系統(tǒng)特性

系統(tǒng)參數(shù)分為GSO衛(wèi)星數(shù)傳接收站參數(shù)、GSO 衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù)和相應(yīng)的鏈路設(shè)置參數(shù)。

3.1 EESS系統(tǒng)特性參數(shù)

在國際電聯(lián)7B工作組（WP7B）提供給TG5/1 任務(wù)組的聯(lián)絡(luò)函（5-1/28）中，指出在開展1.13議題IMT與EESS之間兼容性分析時(shí)，EESS和GSO系統(tǒng)的特性參數(shù)可參考WP7B正在制定的研究報(bào)告ITU-R SA.[EESS-METSAT CHAR][2]。我國EESS數(shù)傳接收站既包括固定站，也包括車載站，本文參考已在國際電聯(lián)注冊的地球站信息，選取北京、喀什和佳木斯站作為研究對象。表1是本文兼容性分析選用的GSO衛(wèi)星系統(tǒng)及其地面數(shù)傳接收站特性參數(shù)。

圖1 單個(gè)IMT基站對GSO衛(wèi)星數(shù)傳接收站的干擾情況

表1 兼容性分析中選用的GSO衛(wèi)星和EESS地球站特性參數(shù)

其中，EESS數(shù)傳接收站的天線口徑在3米到7.3 米之間，本文選擇的天線口徑是6m，且始終指向GSO衛(wèi)星。IMT基站天線主瓣水平方向指向EESS 地球站，垂直方向固定機(jī)械下傾角-10度，電子下傾角在0-15度的范圍內(nèi)隨機(jī)變化，因仿真考慮相對惡劣情況，參考?xì)W空局（ESA）的仿真設(shè)置[5]，IMT基站下傾角在-2至-3度范圍內(nèi)隨機(jī)取值。

3.2 干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)ITU-R SA 1160建議書[6]，EESS靜止軌道衛(wèi)星空對地?cái)?shù)據(jù)傳輸鏈路的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 GSO EESS系統(tǒng)的干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 IMT系統(tǒng)特性參數(shù)

根據(jù)ITU-R M.2101建議書[7]，仿真過程中IMT 基站的參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 IMT基站參數(shù)設(shè)置

3.4 傳播模型

基站地面鏈路傳播模型選擇ITU-R P.452[8]和大氣損耗模型ITU-R P.676[9]，不考慮clutter loss。星地鏈路傳播模型采用自由空間模型ITU-R P.525[10]、大氣損耗模型ITU-R P.676和雨衰模型ITU-R P.618[11]。

4 分析方法

以IMT基站發(fā)射鏈路為干擾鏈路，以GSO衛(wèi)星對EESS地球站的下行鏈路為被干擾鏈路，分析EESS數(shù)傳接收鏈路受IMT基站的單入干擾情況。

采用Visualyse軟件中的Area Analysis工具，以某一固定位置的EESS數(shù)傳接收站為分析對象，考慮在其周邊區(qū)域即“Area Analysis”區(qū)域內(nèi)存在惟一IMT基站，通過遍歷IMT基站的位置，對應(yīng)計(jì)算在不同位置時(shí)，IMT基站對EESS數(shù)傳接收站的干擾強(qiáng)度，繪出滿足EESS數(shù)傳接收站干擾保護(hù)門限的區(qū)域邊界，取該邊界到EESS數(shù)傳接收站的最遠(yuǎn)距離為保護(hù)距離。

圖2 單入干擾分析場景（采用Area Analysis分析工具）

在該保護(hù)距離內(nèi)，任一滿足直射路徑的IMT基站對EESS數(shù)傳接收站的干擾都是不可容忍的。其中，計(jì)算IMT基站對EESS數(shù)傳接收站的干擾強(qiáng)度時(shí)，考慮最惡劣情況，即基站主瓣水平方向指向EESS數(shù)傳接收站，且無clutter loss的直射路徑情況。

5 分析結(jié)論

根據(jù)仿真結(jié)果，分別得出北京、佳木斯和喀什數(shù)傳接收站的保護(hù)距離如表4所示。

6 結(jié)束語

綜上，根據(jù)衛(wèi)星數(shù)傳接收站的地理位置和系統(tǒng)參數(shù)，通過劃定相應(yīng)的隔離保護(hù)距離，可實(shí)現(xiàn)在25.5-27GHz頻段內(nèi)EESS數(shù)傳接收站與IMT系統(tǒng)的共存。■

圖4 區(qū)域分析結(jié)果——佳木斯站（長期干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（A），短期干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（B））

圖5 區(qū)域分析結(jié)果——喀什站（長期干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（A），短期干擾保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（B））

表4 EESS數(shù)傳接收站的保護(hù)距離