5G試驗(yàn)網(wǎng)的頻率干擾分析

龍杰華 馮業(yè)偉

摘? 要：產(chǎn)生無線干擾的原因是多種多樣的，如不同運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)配置不合理、發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)設(shè)置、周圍環(huán)境、小區(qū)重疊及電磁兼容等。當(dāng)前全球多個國家已競相展開5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)，我國工業(yè)和信息化部于2018年12月正式發(fā)文，向中國電信、中國移動和中國聯(lián)通三家運(yùn)營商發(fā)放了5G系統(tǒng)中低頻段試驗(yàn)頻率的使用許可。5G試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)該充分考慮不同制式通信系統(tǒng)之間的天線隔離度和干擾協(xié)調(diào)，本文將針對5G試驗(yàn)網(wǎng)的頻率干擾進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：無線干擾;隔離度;5G;衛(wèi)星通信

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0053-04

Abstract：There are many reasons for wireless interference，such as? unreasonable network configuration of different operators，data setting of transmitters，surrounding environment，cell overlap and electromagnetic compatibility. At present，many countries around the world have launched the development of 5G network technology. In December 2018，the Ministry of Industry and Information Technology officially issued a paper to China Telecom，China Mobile and China Unicom to license the use of low-frequency test frequency in 5G system. The antenna isolation and interference coordination between different communication systems should be fully considered in the construction of 5G test network. The frequency interference of 5G test network is analyzed in this paper.

Keywords：wireless interference;isolation;5G;satellite communication

0? 引? 言

我國工業(yè)和信息化部于2018年12月10日正式發(fā)文向中國移動、中國聯(lián)通和中國電信三家運(yùn)營商發(fā)放5G系統(tǒng)中低頻段試驗(yàn)頻率的使用許可。其中，聯(lián)通和電信分別獲得3500MHz頻段的試驗(yàn)頻率使用許可，移動獲得了2600MHz頻段和4900MHz頻段的試驗(yàn)頻率使用許可，具體的頻率分配如表1所示。

工業(yè)和信息化部在發(fā)文中指出，將積極引導(dǎo)三家基礎(chǔ)電信運(yùn)營商做好5G系統(tǒng)試驗(yàn)的基站部署，開展5G系統(tǒng)基站與同頻段、相鄰頻段衛(wèi)星地球站等其他無線電臺站之間的干擾協(xié)調(diào)工作，保障各類無線電業(yè)務(wù)能兼容共存，促進(jìn)5G產(chǎn)業(yè)的健康及快速發(fā)展。下文針對5G試驗(yàn)網(wǎng)的頻段干擾進(jìn)行分析，分析不同制式通信系統(tǒng)之間的天線隔離度和干擾協(xié)調(diào)。

1? 5G的概念

“5G”即第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動通信技術(shù)，是由3GPP負(fù)責(zé)制定的。

5G是真正的變革到IoT的基石，服務(wù)于全聯(lián)接社會的構(gòu)筑;5G網(wǎng)絡(luò)基于云，驅(qū)動移動互聯(lián)網(wǎng)（人與人通信）與移動物聯(lián)網(wǎng)（物與物通信）的大發(fā)展;5G等于當(dāng)前技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)（LTE-A）加上革命性技術(shù)的創(chuàng)新（新空口與新架構(gòu)）;5G的關(guān)鍵是構(gòu)建基于用戶和業(yè)務(wù)導(dǎo)向的，基于大數(shù)據(jù)和云的智能IT平臺;與2G、3G、4G不同，5G并不是一個單一的無線接入技術(shù)，也不是幾個全新的無線接入技術(shù)，5G是一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò);對比2G、3G和4G，除了高容量的需求外，5G將引入超大連接數(shù)和超低時延等。

2? 5G試驗(yàn)網(wǎng)頻率的同頻、鄰頻干擾源分析

我國的移動通信系統(tǒng)目前是2G、3G、4G三代系統(tǒng)并存，所使用的頻率分布從825MHz到2655MHz，不同制式對應(yīng)的頻段如表2所示。

通過表格對比，發(fā)現(xiàn)5G試驗(yàn)網(wǎng)所用頻率的2575MHz-2635MHz頻段為現(xiàn)有中國移動TD-LTE系統(tǒng)占用的頻段。這對于5G試驗(yàn)網(wǎng)來說是潛在的同頻干源。

另外一個需重點(diǎn)關(guān)注的同頻、鄰頻干擾源是衛(wèi)星通信系統(tǒng)。根據(jù)最新的《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，S頻段、C頻段都部署著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的固定業(yè)務(wù)，占用的頻段如表3所示。

由上可知，5G試驗(yàn)網(wǎng)所用的3400MHz-3600MHz頻段跟衛(wèi)星通信系統(tǒng)所用頻段重合，所用的4800MHz-4900MHz也跟衛(wèi)星通信系統(tǒng)所用頻段相鄰。

無論是同頻干擾還是鄰頻干擾，都會不同程度上影響5G試驗(yàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與容量。因此，需要通過分析得到降低干擾甚至規(guī)避干擾的解決方案。

3? 5G頻段試驗(yàn)頻率干擾分析

3.1? 多系統(tǒng)間的干擾分析和計(jì)算方法

3.1.1? 干擾隔離度的計(jì)算方法

系統(tǒng)間干擾生成示意圖如圖1所示。

雜散干擾分析和計(jì)算公式：

雜散隔離度=干擾系統(tǒng)的雜散功率-受干擾系統(tǒng)允許的干擾信號強(qiáng)度

干擾系統(tǒng)的雜散功率與設(shè)備有關(guān)系，一般會高于協(xié)議指標(biāo)。

受干擾系統(tǒng)所允許的干擾信號強(qiáng)度計(jì)算公式：

其中，R表示低噪抬升量，Mmargin表示允許的干擾信號強(qiáng)度相對于受干擾系統(tǒng)接收機(jī)低噪的差值，單位均為dB。

阻塞干擾的分析和計(jì)算公式：

干擾系統(tǒng)的發(fā)射功率與設(shè)備的配置功率有關(guān)，一般按照推薦值給定。受干擾系統(tǒng)所允許的阻塞功率與設(shè)備有關(guān)，一般需要實(shí)際測試得到。且高于協(xié)議要求的射頻指標(biāo)。

3.2? 空間隔離距離的計(jì)算方法

空間水平隔離如圖2所示。

其中：D為兩天線之間的水平距離，單位：米;λ為自由空間波長，單位：米;Gt為發(fā)射天線增益，注意是相對接收天線方向的增益;Gr為接收天線增益，注意是相對發(fā)射天線方向的增益。

垂直隔離距離如圖3所示。

3.3? 主要的干擾規(guī)避措施

措施一：增加空間傳播的損耗并削弱到達(dá)接收機(jī)設(shè)備的干擾信號的強(qiáng)度。

措施二：接收機(jī)增加接收濾波器增強(qiáng)抗阻塞的能力，或者提高發(fā)射機(jī)濾波器的帶外抑制指標(biāo)或者串接濾波器。

措施三：調(diào)整天線的方向角及下傾角，以降低天線之間的增益。

4? 5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段與衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾分析

工信部發(fā)布的5G系統(tǒng)中低頻段試驗(yàn)頻率包括2600 MHz、3500MHz和4900MHz頻段，與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）同頻段及鄰頻段。需協(xié)調(diào)5G系統(tǒng)基站與同頻段、相鄰頻段衛(wèi)星地球站的干擾工作，保證各種無線電業(yè)務(wù)的兼容性和共存。

4.1? 5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段與衛(wèi)星地球站信號的干擾及危害

根據(jù)國際電信聯(lián)盟ITU-R S.1432-1建議書，在衛(wèi)星地球站的工作頻段及其鄰頻段范圍內(nèi)，在晴空的條件下，干擾信號限值比衛(wèi)星地球站接收系統(tǒng)的噪聲功率低12dB，超過該限值的干擾信號可能會對衛(wèi)星地球站造成有害的干擾。根據(jù)國際電信聯(lián)盟ITU-R S.2199-0報(bào)告，當(dāng)衛(wèi)星地球站接收到的干擾信號的總功率超過-60dBm時，就會發(fā)生飽和干擾，致使衛(wèi)星地球站發(fā)生故障。

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的主要器件之一是高功放，其特征是當(dāng)輸入功率幅度小于飽和點(diǎn)時，高功放則在線性區(qū)工作，如果輸入功率進(jìn)一步超過該飽和點(diǎn)時，則高功放進(jìn)入飽和區(qū)或過飽和區(qū)。在過飽和區(qū)，高功率放大器的輸出功率不僅大大減低，而且還會有大信號壓縮小信號功率現(xiàn)象出現(xiàn)。外來大強(qiáng)度信號在一定范圍內(nèi)對衛(wèi)星接收通道實(shí)行功率占用，導(dǎo)致干擾信號的場強(qiáng)遠(yuǎn)大于正常衛(wèi)星到達(dá)地面的場強(qiáng)，從而干擾衛(wèi)星信號的接收。

4.2? 5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段與衛(wèi)星地球站信號干擾規(guī)避措施

基站的部署是5G系統(tǒng)運(yùn)營的基礎(chǔ)，而解決好5G基站與其相同頻段或相鄰頻段內(nèi)的衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）之間的有害干擾，是5G基站大規(guī)模部署的前提。為確保我國5G基站的健康發(fā)展，充分、合理且有效地利用好無線電頻譜資源，解決好5G基站與衛(wèi)星地球站之間的干擾問題，規(guī)范協(xié)調(diào)管理方法，優(yōu)化5G基站的設(shè)置審批流程以提高工作效率，工業(yè)和信息化部于2018年12月印發(fā)了《3000-5000MHz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》（以下簡稱《辦法》）。

《辦法》要求，5G基站的設(shè)置和使用單位應(yīng)按照“頻帶外讓頻帶內(nèi)、次要業(yè)務(wù)讓主要業(yè)務(wù)、后用讓先用、無規(guī)劃讓有規(guī)劃”的原則來部署及規(guī)劃建設(shè)5G基站，積極開展與同頻段及相鄰頻段的合法無線電臺（站）使用單位的干擾協(xié)調(diào)工作，并主動向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理單位報(bào)告協(xié)調(diào)的進(jìn)展情況。如果與法定的無線電臺（站）使用單位無法在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)成協(xié)議時，可向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理單位提出協(xié)助請求。

5G基站的設(shè)置和使用單位需嚴(yán)格遵循所獲得的無線電頻率使用許可證所規(guī)定的各類事項(xiàng)使用無線電頻率。頻段在3300-3400MHz內(nèi)的5G基站禁止室外使用，遇到相互干擾的問題應(yīng)該向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理單位報(bào)告并尋求協(xié)調(diào)解決問題。

在干擾協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)設(shè)置和使用3300MHz-3600MHz頻段、4800MHz-5000MHz頻段的5G基站，應(yīng)與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）開展干擾協(xié)調(diào)工作，以避免對衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）的信號傳播造成有害干擾。

對于3400MHz-4200MHz頻段范圍內(nèi)依法設(shè)置的衛(wèi)星地球站，如5G基站發(fā)射信號可能會對衛(wèi)星地球站接收信號產(chǎn)生同頻干擾、鄰頻干擾或減敏干擾，建議安裝濾波器或者更換高頻頭、實(shí)行地理隔離、安裝屏蔽網(wǎng)、降低5G基站的發(fā)射功率及調(diào)整5G基站天線最大輻射方向等措施以減輕或消除5G基站對衛(wèi)星地球站的信號傳播有害干擾。

5? 移動5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段與TD-LTE（D）頻段干擾分析

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)與5G試驗(yàn)網(wǎng)有沖突的頻段為2575MHz-2635MHz，目前中國移動在該頻段上部署TD-LTE的D頻網(wǎng)絡(luò)，主要建設(shè)宏基站用于室外的信號覆蓋以及提升網(wǎng)絡(luò)容量，分3個頻點(diǎn)每個帶寬20MHz。由于該頻段的5G試驗(yàn)網(wǎng)牌照也歸屬中國移動，因此最優(yōu)的規(guī)避干擾方案就是中國移動在建設(shè)該頻段的5G試驗(yàn)網(wǎng)之前，提前對TD-LTE（D）頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行清頻處理。

首先可在5G試驗(yàn)網(wǎng)部署2515MHz-2575MHz頻段共計(jì)60MHz帶寬，同時清退TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的D1頻點(diǎn)，形成20MHz的隔離頻段。再根據(jù)5G試驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)需要擴(kuò)寬頻段，逐步清退D2、D3頻點(diǎn)，最終形成5G試驗(yàn)網(wǎng)在該頻段上獨(dú)占160MHz帶寬。

6? 結(jié)? 論

本文從5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段與同頻段、鄰頻段衛(wèi)星地球站等其他無線電臺站的干擾及移動5G試驗(yàn)網(wǎng)頻段與TD-LTE（4G）頻段干擾進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)規(guī)避措施，為后續(xù)5G試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)提供了思路。

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作者簡介：龍杰華（1984.05-），男，漢族，廣東湛江人，所長，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：通信設(shè)計(jì)及無線規(guī)劃;馮業(yè)偉（1988.07-），男，漢族，廣東德慶人，設(shè)計(jì)項(xiàng)目主管，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：通信設(shè)計(jì)及無線規(guī)劃。