《电子技术应用》

4 400~4 500 MHz频段5G系统对无线电高度表干扰分析

2018年电子技术应用第9期
贾 迪1,李景春2,杨文翰2,鲍 尧2
(1.河北工业大学 电子信息工程学院,天津300401;2 .国家无线电监测中心,北京100037)
摘要: 以第五代移动通信(5G)系统和无线电高度表的参数和特性为基础,采用国际电信联盟 (ITU)相关建议书提供的天线模型和传播模型,通过蒙特卡洛仿真,开展了4 400~4 500 MHz频段5G系统和4 200~4 400 MHz频段航空无线电导航业务(无线电高度表)的共存研究。结果表明,在相关频段5G系统不会对航空无线电导航业务(无线电高度表)造成有害干扰。
中图分类号: TN929.5
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.181905
中文引用格式: 贾迪,李景春,杨文翰,等. 4 400~4 500 MHz频段5G系统对无线电高度表干扰分析[J].电子技术应用,2018,44(9):5-8.
英文引用格式: Jia Di,Li Jingchun,Yang Wenhan,et al. Interference analysis of 5G system in 4 400~4 500 MHz frequency band to radio altimeter[J]. Application of Electronic Technique,2018,44(9):5-8.

Interference analysis of 5G system in 4 400~4 500 MHz frequency band to radio altimeter

Jia Di1,Li Jingchun2,Yang Wenhan2,Bao Yao2
(1.School of Information Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China; 2.The State Radio Monitoring Center,Beijing 100037,China)
Abstract: Based on the parameters and characteristics of the fifth generation mobile communication(5G)system and the radio altimeter, this paper uses the antenna model and propagation model provided by the International Telecommunication Union(ITU) related proposals. Through Monte Carlo simulation, the coexistence of the 4 400~4 500 MHz band 5G system and the 4 200~4 400 MHz band radio navigation service(radio altimeter) is carried out. The results show that the 5G system does not cause harmful interference to the radio navigation service(radio altimeter) in the relevant frequency band.

0 引言

    我国已研究将3 300~3 400 MHz、4 400~4 500 MHz、4 800~4 990 MHz、24.25~27.5 GHz、37~43.5 GHz频段用于第五代移动通信(The Fifth Generation Mobile Communication,5G)。然而,将5G频段部署在4 400~4 500 MHz频段上却带来了一定的风险,可能对4 200~4 400 MHz频段的航空无线电导航业务(无线电高度表)造成干扰。无线电高度表的指示性能也关系到设备的准确性,关系着飞机的正常运行。本文开展了相关频段上5G系统基站对无线电高度表的干扰分析研究,为该频段未来规划奠定基础。

1 相关设备技术特性

    本节介绍共存研究所需的具体技术参数。

1.1 IMT系统参数

    根据建议书ITU-R M.2101[1]和报告书ITU-R M.2292[2],参考3~6 GHz频段5G系统IMT系统参数,4 400~4 500 MHz频段5G系统参数建议如表1所示。

5G2-b1.gif

1.2 航天无线电导航系统参数

    参考建议书ITU-R M.2059[3],航天无线电导航(无线电高度表)业务参数建议如表2所示。

5G2-b2.gif

2 IMT系统与无线电高度表的共存研究

2.1 IMT系统对无线电高度表干扰场景

    在4 400~4 500 MHz频段上的5G系统主要用于广域覆盖,故该频段上5G系统基站均采用三扇区宏站,蜂窝组网。共存研究时,假设IMT基站分布于一个城区半径10 km、郊区半径20 km的城市中。5G用户随机生成。其中网络负载因子取50%,暂不考虑热点地区占城市面积比例。飞机分别在50 m、100 m、500 m、1 000 m的高度下,从城市中心飞往城市边缘,计算飞机上无线电高度表收到的干扰是否符合干扰保护标准。

2.2 IMT系统天线模型

    根据建议书ITU-R M.2101,IMT系统天线模型如下:如图1所示,辐射元件在y-z平面分布,x-y平面表示水平面。信号方向的方位角表示为5G2-b2-x1.gif(限定在-180°和180°之间),仰角表示为θ(限定在0°和180°之间,90°代表与阵列天线孔径垂直的角)。

5G2-t1.gif

    天线阵列模型的单元水平方向增益:

5G2-gs1-6.gif

2.3 无线电高度表天线模型

    根据建议书ITU-R M.2059,如果传播路径是在一个正交于飞机底部的矢量的±30°之内,应该使用无线电高度仪天线的峰值增益。共享和兼容性研究应该考虑到飞机角位置在横滚中能够达到±45°,而在俯仰中能够达到±20°。在此角度范围之外,无线电高度仪的增益应该基于天线的特性。

    本报告考虑最恶劣情况,全部使用无线电高度仪天线的峰值增益。

2.4 无线电波传播模型

    本报告飞机最低高度50 m,IMT基站高度20 m(郊区25 m),本报告考虑最坏情况,假设城市郊区没有高层建筑物隔档,采用自由传播模型。

    根据建议书ITU-R P.525-3[4],自由传播模型如下:

    5G2-gs7.gif

其中,Lbf为路径损耗,λ为波长,d为路径距离。

2.5 干扰功率计算

    5G系统基站对无线电高度表主要考虑邻频干扰。具体造成干扰的程度主要取决于飞行高度、5G基站发射功率等。

    若只考虑一个5G基站的干扰,则无线电高度表接收到的干扰功率可由式(8)[5]计算:

    5G2-gs8.gif

式中,IIMT为无线电高度表收单个基站的干扰功率;PIMT为基站信号发射功率;GIMT为基站对无线电高度表方向的发射天线增益;GIF为无线电高度表接收端的天线增益;L为基站到无线电高度表之间的路径损耗;ACLR为相邻频道泄漏比。

    无线电高度表受到的5G基站总干扰功率可以由公式(9)计算:

    5G2-gs9.gif

式中,Iagg是到达无线电高度接收机输入端的集总干扰功率谱密度,In是第n个IMT基站对无线电高度接收机的干扰功率谱密度。

2.6 无线电高度表保护标准

2.6.1 接收机前端过载

    对无线电高度仪前端的潜在干扰不能超过接收机前端过载发生的输入功率门限,必须满足:

    5G2-gs10.gif

式中,PT,RF为无线电高度表接收到的IMT基站干扰总功率,IRF为接收机前端过载门限。

2.6.2 接收机灵敏度下降

    为保证接收机灵敏度,必须满足如下公式:

5G2-gs11-12.gif

式中,BR,IF是无线电高度仪的IF带宽(MHz),NF是接收机输入处的噪声指数(dB)。

2.6.3 虚假高度报告

    在采用调频连续波调制的无线电高度仪的情况下,当对干扰信号在整个IF带宽的频谱频率分析期间被作为频率分量检测时,就将发生虚假高度报告。

    如果在检测器处的干扰功率超过了保护门限IT,FA,将在其接收机信号处理链中引起虚假目标频谱分量。其中,IT,FA=-143 dBm/100 Hz。

3 仿真结果

    仿真结果如图2~图4所示。图2是基站分布仿真图,图中黑色部分表示城市基站覆盖范围,灰色部分表示郊区基站覆盖范围。一共部署44层 IMT基站,前22层为城市基站,后22层为郊区基站。假设飞机在某一高度不变,从坐标原点(0,0)沿着x轴直线飞到点(40 000,0)。其无线电高度表受到的干扰如图3、图4所示。不同线性的曲线分别是当飞行高度50 m、100 m、500 m和1 000 m时无线电高度表受到的干扰。

5G2-t2.gif

5G2-t3.gif

5G2-t4.gif

    图3显示在接收机在4 200~4 400 MHz频段内受到的干扰,两条直线分别代表虚假高度报告保护门限(-83 dBm/100 MHz)和接收机灵敏度下降保护门限(-90 dBm/100 MHz)。图4显示接收机受到的总干扰,直线是接收机前端过载保护门限(-30 dBm/100 MHz)。

    从图3、图4的仿真结果可以看出,飞机受到干扰始终没有超过接收机灵敏度下降保护门限、虚假高度保护门限和接收机前端过载保护门限,所以4 400~4 500 MHz频段5G系统不会对无线电高度表产生干扰。

4 结束语

    本文就4 400~4 500 MHz频段5G系统和4 200~4 400 MHz频段航空无线电导航业务(无线电高度表)的干扰共存问题进行了蒙特卡洛仿真。仿真结果表明,无论在城市还是郊区环境下,即使在高度50 m时,接收机受到干扰也满足无线电高度表的保护标准。因此,4 400~4 500 MHz频段5G系统不会对无线电高度表产生有害干扰,相关设备无需保护措施就可以兼容共用。

参考文献

[1] Recommendation ITU-R M.2101.Modelling and simulation of IMT networks for use in sharing and compatibility studies[S].Geneva:ITU,2017.

[2] Recommendation ITU-R M.2292.Characteristics of terrestrial IMT-Advanced systems for frequency sharing/interference analyses[S].Geneva:ITU,2013.

[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,杨文翰,等.3.5 GHz频段5G系统基站对FSS地球站的干扰分析[J].电子技术应用,2017,43(8):21-24.



作者信息:

贾  迪1,李景春2,杨文翰2,鲍  尧2

(1.河北工业大学 电子信息工程学院,天津300401;2 .国家无线电监测中心,北京100037)

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