5G NR系統(tǒng)頻譜干擾協(xié)調(diào)分析

張海濤

【摘? 要】為了解決5G NR系統(tǒng)頻譜干擾的問題，通過解析工信部無〔2018〕266號文，介紹了3 000 MHz—5 000 MHz頻段5G基站與無線電臺（站）的干擾協(xié)調(diào)措施，分析了2 600 MHz頻段5G基站與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)等無線電臺（站）的干擾協(xié)調(diào)問題。

【關鍵詞】5G NR;衛(wèi)星地球站;干擾協(xié)調(diào)區(qū);射電天文臺;電磁環(huán)境保護區(qū);北斗;導航雷達

1? ?引言

2018年12月初，工業(yè)和信息化部向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三家基礎電信運營商發(fā)放了5G系統(tǒng)中低頻段試驗頻率使用許可。其中，中國移動獲得2 600 MHz和4 900 MHz頻段試驗頻率使用許可，中國電信和中國聯(lián)通獲得3 500 MHz頻段試驗頻率使用許可。

2018年12月11日，為了解決5G NR系統(tǒng)基站與衛(wèi)星地球站等其他無線電臺（站）的干擾問題，工業(yè)和信息化部下發(fā)了工信部無〔2018〕266號文件“工業(yè)和信息化部關于印發(fā)《3000-5000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》的通知”。通知中對工作在3 000 MHz—5 000 MHz的5G NR系統(tǒng)基站與衛(wèi)星地球站等其他無線電臺（站）的干擾規(guī)避問題和規(guī)范協(xié)調(diào)管理方法都做了詳細規(guī)定，優(yōu)化了5G基站設置審批程序，為5G充分、合理、有效地利用無線電頻譜資源，高效率快速建設網(wǎng)絡鋪平了道路。

但是在工信部無〔2018〕266號文件中，只是針對中國聯(lián)通和中國電信的3 500 MHz頻段和中國移動的4 900 MHz頻段，對中國移動的2 600 MHz頻段并沒有涉及。根據(jù)中國人民共和國無線電頻譜劃分方案，在5G NR系統(tǒng)使用的2 600 MHz頻段（2 500 MHz—2 690 MHz）附近，有如下無線系統(tǒng)存在：

（1）低端

2 483.5 MHz—2 500 MHz：分配給移動、固定、無線電定位、衛(wèi)星移動（空對地）、衛(wèi)星無線電測定（空對地）使用。

（2）高端

2 690 MHz—2 700 MHz：分配給衛(wèi)星地球探測、射電天文以及空間研究業(yè)務;

2 700 MHz—2 900 MHz：分配給航空無線電導航、無線電定位業(yè)務使用。

可見，2 600 MHz頻段的電磁環(huán)境也很復雜，同樣需要做好干擾協(xié)調(diào)，才能保證5G網(wǎng)絡建設的順利進行。

本文總結了3 000 MHz—5 000 MHz頻段5G基站與其他無線電臺（站）的干擾協(xié)調(diào)方法，同時依據(jù)2 600 MHz頻段無線系統(tǒng)射頻指標，分析確定了2 600 MHz頻段5G NR基站與其他無線系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)方法。

2? ?3 000 MHz—5 000 MHz頻段干擾協(xié)調(diào)

依據(jù)工信部無〔2018〕266號文件精神，5G NR基站的建設，應該遵循“頻帶外讓頻帶內(nèi)、次要業(yè)務讓主要業(yè)務、后用讓先用、無規(guī)劃讓有規(guī)劃”的原則，5G網(wǎng)絡運營商需做好與同頻及鄰頻合法無線電臺（站）使用單位的干擾協(xié)調(diào)。

2.1? 5G基站與衛(wèi)星地球站的干擾協(xié)調(diào)

（1）衛(wèi)星地球站的干擾保護標準

衛(wèi)星地球站（含衛(wèi)星測控站、衛(wèi)星監(jiān)測站）的干擾保護標準有兩個：

1）干擾信號電平小于晴空條件下衛(wèi)星地球站接收系統(tǒng)噪聲功率減12 dB，此時衛(wèi)星地球站接收系統(tǒng)靈敏度惡化0.37 dB。

2）衛(wèi)星地球站接收到的干擾信號總功率不得超過-60 dBm，以免引起飽和干擾。

（2）干擾協(xié)調(diào)區(qū)

為避免對合法使用的衛(wèi)星地球站造成有害干擾，將衛(wèi)星地球站為中心的一定范圍內(nèi)的區(qū)域設立為干擾協(xié)調(diào)區(qū)。在干擾協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)建設3 000 MHz—5 000 MHz的5G NR基站，需做好5G NR基站與衛(wèi)星地球站的干擾協(xié)調(diào)工作。

在工信部無〔2018〕266號文件中，根據(jù)理論計算，規(guī)定了干擾協(xié)調(diào)區(qū)的范圍：

1）衛(wèi)星地球站工作在3 400 MHz—3 600 MHz頻段時，干擾協(xié)調(diào)區(qū)半徑為42.5 km（建設5G室外站）或1 km（建設5G室內(nèi)站）。

2）衛(wèi)星地球站工作在3 600 MHz—3 700 MHz頻段時，干擾協(xié)調(diào)區(qū)半徑為4 km（建設工作在3 400 MHz—3 600 MHz頻段內(nèi)的5G室外站）或50 m（建設工作在3 400 MHz—3 600 MHz頻段內(nèi)的5G室內(nèi)站）。

3）衛(wèi)星地球站工作在3 700 MHz—4 200 MHz頻段時，干擾協(xié)調(diào)區(qū)半徑為2 km（建設工作在3 400 MHz—3 600 MHz頻段內(nèi)的5G基站）或100 m（衛(wèi)星地球站已采用濾波和抗飽和措施）。

4）衛(wèi)星地球站工作在4 500 MHz—5 000 MHz頻段時，干擾協(xié)調(diào)區(qū)半徑為4 km（建設工作在4 800 MHz—4 900 MHz頻段內(nèi)的5G基站）。

5）衛(wèi)星地球站工作在4 500 MHz—5 000 MHz頻段時，干擾協(xié)調(diào)區(qū)半徑為2 km（建設工作在4 900 MHz—5 000 MHz頻段內(nèi)的5G基站）或100 m（衛(wèi)星地球站已采用濾波和抗飽和措施）。

（3）干擾緩解工程措施

為規(guī)避對衛(wèi)星地球站的干擾，在干擾協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)，建議綜合采取以下干擾緩解工程措施：

1）為地球站加裝濾波器或更換高頻頭，抑制帶外干擾。

2）地域隔離

在滿足覆蓋需求的前提下，衛(wèi)星地球站和5G基站之間的距離盡可能遠，同時充分利用樓宇建筑物等障礙物增強兩系統(tǒng)間的隔離度水平。

3）加裝屏蔽

屏蔽的方式主要有三種：

第一種是ITU-R SF.1486中建議的屏蔽方法;第二種是柵欄屏蔽，如圖1所示;第三種是網(wǎng)格屏蔽，網(wǎng)格的密度越大，屏蔽網(wǎng)的隔離效果越好，如圖2所示。

4）對5G NR基站進行調(diào)整

傳統(tǒng)的工參調(diào)整手段包括降低5G基站發(fā)射功率，調(diào)整5G基站天線最大輻射方向，加大5G天線下傾等。當衛(wèi)星地球站并不在5G基站天線最大輻射方向時，加裝天線背板是降低干擾的有效手段。

2.2? 5G基站與固定業(yè)務臺（站）干擾協(xié)調(diào)

（1）固定業(yè)務臺（站）的干擾保護標準

固定業(yè)務臺（站）的干擾保護標準為：干擾信號電平小于固定業(yè)務臺（站）接收系統(tǒng)噪聲電平減10 dB，此時固定業(yè)務臺（站）的接收系統(tǒng)靈敏度降低0.4 dB。

（2）干擾協(xié)調(diào)區(qū)

為避免對合法使用的固定業(yè)務臺（站）造成有害干擾，也需設立干擾協(xié)調(diào)區(qū)。

干擾協(xié)調(diào)區(qū)是以固定業(yè)務臺（站）為中心，半徑為300 m的圓形區(qū)域。對于微波通信系統(tǒng)，兩系統(tǒng)的天線主波瓣方向不能正對，即5G基站天線的最大增益發(fā)射方向不能正對微波通信系統(tǒng)最大增益接收方向。

（3）干擾緩解工程措施

干擾緩解工程措施與衛(wèi)星地球站基本相同，即包括地域隔離、為固定業(yè)務臺（站）加裝屏蔽、降低5G NR基站發(fā)射功率及調(diào)整5G NR基站天線最大輻射方向等措施。

2.3? 5G基站與射電天文臺干擾協(xié)調(diào)

（1）射電天文臺的干擾保護標準

射電天文臺的干擾保護標準遵循ITU-R RA.769-2建議書附錄1“Detrimental level interference criterion”中的規(guī)定。

（2）電磁環(huán)境保護區(qū)

根據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》規(guī)定，各地無線電管理機構應在射電天文臺周圍設置電磁環(huán)境保護區(qū)。所謂電磁環(huán)境保護區(qū)，就是為保護重要無線電臺的業(yè)務，依法為無線臺站劃出的具有一定強制性和排他性的區(qū)域。

電磁環(huán)境保護區(qū)的半徑一般應大于射電天文臺的視距范圍，各地無線電管理機構應協(xié)調(diào)相關單位，結合當?shù)氐乩淼匦蔚纫蛩卮_定電磁環(huán)境保護區(qū)范圍并對外發(fā)布。

（3）干擾緩解工程措施

5G基站選址應嚴格遵守有關電磁環(huán)境保護區(qū)的技術要求和辦法，在5G網(wǎng)絡規(guī)劃、基站建設和施工過程中，應采取必要的干擾規(guī)避措施，嚴格避免對已規(guī)劃和在運行的射電天文臺產(chǎn)生有害干擾。

3? ?2 600 MHz頻段干擾協(xié)調(diào)

3.1? 5G基站與2 600 MHz頻段低端的干擾協(xié)調(diào)

在2 600 MHz頻段低端2 483.5 MHz—2 500 MHz，我國北斗一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供無線電測定業(yè)務（RDSS下行），與2 600 MHz頻段的5G NR系統(tǒng)工作頻段低端緊鄰。

（1）北斗系統(tǒng)對5G NR干擾分析

北斗系統(tǒng)對5G NR的干擾主要是北斗衛(wèi)星對5G NR基站和終端的干擾。北斗衛(wèi)星為地球同步軌道衛(wèi)星，距離地球約36 000 m，北斗衛(wèi)星信號到達地球表面的空間衰減在191 dB以上。

北斗衛(wèi)星的帶外雜散輻射約為-9 dBm/MHz（已考慮衛(wèi)星天線增益），則北斗衛(wèi)星的雜散輻射到達地球后的電平很小，對5G NR基站和終端的帶內(nèi)雜散干擾可以忽略不計。

北斗衛(wèi)星的等效輻射功率EIRP約為81 dBm，到達地球后衰減為-110 dBm，北斗衛(wèi)星對5G NR基站和終端的帶外阻塞干擾也可以忽略不計。

（2）5G NR對北斗系統(tǒng)干擾分析

5G NR對北斗系統(tǒng)的干擾主要是5G NR基站和終端對北斗系統(tǒng)終端的干擾。

北斗系統(tǒng)終端的工作帶寬為8 MHz，噪聲指數(shù)（NF）為2 dB，則北斗系統(tǒng)終端的底噪為-103 dBm。如果以北斗系統(tǒng)終端的接收機靈敏度降低1 dB為其干擾保護標準，則允許的帶內(nèi)雜散輻射干擾電平為-109 dBm。

北斗系統(tǒng)終端的帶通濾波抑制指標為40 dB，其允許的帶外阻塞干擾電平為-49 dBm/MHz。

假設：

5G NR基站天線增益為21 dBi（含天線增益和賦形增益，考慮饋線接頭損耗為3 dB）;

5G NR終端天線增益為0 dBi;

5G NR終端天線人體損耗為7 dB;

北斗系統(tǒng)終端天線增益為-3 dBi。

5G NR基站在2 483.5 MHz—2 500 MHz范圍內(nèi)的雜散輻射指標為-47 dBm/MHz，5G NR終端在2 483.5MHz—2 500 MHz范圍內(nèi)的雜散輻射指標為-30 dBm/MHz。則5G NR基站與北斗系統(tǒng)終端間的雜散干擾空間隔離度要求為89 dB，5G NR終端與北斗系統(tǒng)終端間的雜散干擾空間隔離度要求為78 dB。

5G NR基站的發(fā)射功率為53 dBm/100 MHz，5G NR終端的發(fā)射功率為27 dBm/100 MHz。則5G NR基站與北斗系統(tǒng)終端間的阻塞干擾空間隔離度要求為60 dB，5G NR終端與北斗系統(tǒng)終端間的阻塞干擾空間隔離度要求為13 dB。

考慮最嚴格的環(huán)境：北斗系統(tǒng)終端位于5G NR天線最大輻射方向內(nèi)，北斗系統(tǒng)終端與5G NR基站和終端之間為視距環(huán)境（LOS）。此時，北斗系統(tǒng)終端與5G NR基站的干擾隔離距離要求為270 m，北斗系統(tǒng)終端與5G NR基站的干擾隔離距離要求為76 m。

5G NR基站和終端的實際發(fā)射功率要小于標稱最大發(fā)射功率，北斗系統(tǒng)終端也采取了抗干擾措施，實際需要的干擾隔離距離要小于上述理論計算值。同時考慮北斗系統(tǒng)終端的移動性，所受到的干擾為瞬態(tài)干擾，因此從整體看，5G NR與北斗系統(tǒng)基本滿足共存的要求。

（3）干擾緩解工程措施

為規(guī)避對北斗系統(tǒng)終端的干擾，建議綜合采取以下干擾緩解工程措施：

1）增強北斗系統(tǒng)終端的抗干擾能力。

2）5G NR基站選址及建設時，保證周圍一定范圍內(nèi)沒有用戶活動。

3）通過網(wǎng)絡優(yōu)化實現(xiàn)5G NR網(wǎng)絡的良好覆蓋，避免5G NR基站和終端以最大功率發(fā)射。

3.2? 5G基站與2 600 MHz頻段高端的干擾協(xié)調(diào)

在2 600 MHz高端2 600 MHz—2 700 MHz，有航空無線電導航雷達提供航空導航業(yè)務，與2 600 MHz頻段的5G NR系統(tǒng)工作頻段高端緊鄰。

航空無線電導航業(yè)務屬于重要的無線電業(yè)務，根據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》規(guī)定，在其周圍應設置電磁環(huán)境保護區(qū)。

由于5G NR終端的移動性和不可預測性，這里考慮導航雷達與5G NR基站的干擾。

（1）導航雷達對5G NR干擾分析

導航雷達屬于高功率無線系統(tǒng)，其等效輻射功率為130 dBm，帶外-20 dB帶寬為4.4 MHz，帶外抑制大于90 dB。

如果以5G NR基站接收機靈敏度降低1 dB為其干擾保護標準，則允許的帶內(nèi)雜散輻射干擾電平為-106 dBm/MHz，5G NR基站的接收機在2 700 MHz—2 900 MHz的阻塞指標為-15 dBm（CW）。

假設：

5G NR基站天線增益為21 dBi（含天線增益和賦形增益，考慮饋線接頭損耗為3 dB）;

5G NR基站與導航雷達間的天線耦合損耗為20 dB。

5G NR基站與導航雷達的雜散干擾空間隔離度要求為121 dB，阻塞干擾空間隔離度要求為142 dB。

因為電磁環(huán)境保護區(qū)存在，兩系統(tǒng)間應為非視距環(huán)境（NLOS），此時導航雷達與5G NR基站的雜散干擾隔離距離要求為220 m，導航雷達與5G NR基站的阻塞干擾隔離距離要求為850 m。

（2）5G NR基站對導航雷達干擾分析

5G NR基站的發(fā)射功率為53 dBm/100 MHz，發(fā)射機在2 700 MHz—2 900 MHz的雜散輻射指標為-47 dBm/MHz。

導航雷達接收機最小分辨電平為-115 dBm/MHz，其帶內(nèi)同頻干擾保護標準為接收系統(tǒng)噪聲電平減10 dB，

此時固定業(yè)務臺（站）的接收系統(tǒng)靈敏度降低0.4 dB;

導航雷達接收機的阻塞指標為-40 dBm（CW）。

假設：

5G NR基站天線增益為21 dBi（含天線增益和賦形增益，饋線接頭損耗為3 dB）;

5G NR基站與導航雷達間的天線耦合損耗為20 dB，則5G NR基站與導航雷達的雜散干擾空間隔離度要求為121 dB，阻塞干擾空間隔離度要求為111 dB。

因為電磁環(huán)境保護區(qū)存在，兩系統(tǒng)間應為非視距環(huán)境（NLOS），此時，導航雷達與5G NR基站的雜散干擾隔離距離要求為220 m，導航雷達與5G NR基站的阻塞干擾隔離距離要求為110 m。

（3）干擾緩解工程措施

綜上所述，在航空無線電導航雷達站附近需設置電磁環(huán)境保護區(qū)，保護區(qū)范圍由各地無線電管理機構協(xié)調(diào)相關單位，結合當?shù)氐乩淼匦蔚纫蛩卮_定。從干擾規(guī)避的角度來看，干擾保護區(qū)的范圍在視距范圍外，且大于850 m。

除設置電磁環(huán)境保護區(qū)外，為規(guī)避對5G NR與導航雷達的干擾，建議綜合采取以下措施來緩解干擾：

1）提高5G NR基站在2 700 MHz—2 900 MHz的抗阻塞指標;

2）5G NR天線最大輻射方向嚴禁朝向?qū)Ш嚼走_。

4? ?結束語

2018年12月19日，中央經(jīng)濟工作會議在北京召開，習近平主席在會上做出“加快5G商用步伐”的重要指示，5G網(wǎng)絡建設已經(jīng)迫在眉睫。

做好5G頻譜的干擾協(xié)調(diào)工作，這是保證5G網(wǎng)絡建設工作順利實施的必要前提。本文總結了“工信部無〔2018〕266號文”要求的5G頻譜干擾協(xié)調(diào)的內(nèi)容，對文件中沒有涉及的2 600 MHz頻譜的干擾協(xié)調(diào)也做了分析，給出了干擾緩解工程措施。本文的結論可以為5G頻譜干擾協(xié)調(diào)工作提供參考。

需要說明的是，本文的結論主要基于理論分析，后續(xù)需要在現(xiàn)網(wǎng)中進行實際測試，以進一步驗證干擾隔離要求和干擾緩解工程措施的合理性和有效性。

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