固定無線接入系統對衛星地球站的干擾分析

摘 要:為了使共用同一頻段的3.5 GHz固定無線接入系統(FWA)和C波段固定衛星業務(FSS)實現共存，就需要對這兩個系統間的干擾進行分析。采用確定性計算方法主要研究了在建筑物密集但排列比較整齊的地形中3.5 GHz固定無線接入系統對C波段衛星地球站產生的同頻干擾，給出了同頻干擾的計算方法，并進行了仿真分析，從而驗證了在這種地形下實現兩系統干擾共存的可行性。

關鍵詞:固定無線接入; 固定衛星業務; 同頻干擾; 干擾共存

中圖分類號:TN927+.21 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0014-03

Analysis of Interference Caused by Fixed Wireless Access System on

Satellite Communication Earth Station

WANG Jun-tao1， LIN Min2， WANG Zeng-he3

(1. Postgraduate Team 3， Institute of Communication Engineering， PLA University of Science and Technology， Nanjing 210007， China;

2. 63rd Research Institute of PLA General Staff Headquarters， Nanjing 210007， China;

3. Institute of Communication Engineering， PLA University of Science and Technology， Nanjing 210007， China)

Abstract: To realize the coexistence of 3.5 GHz fixed wireless access(FWA) system and C-band fixed satellite service(FSS)， the interference between the two system needs to be analyzed， which are sharing the same band of frequencies. The co-frequency interference caused by 3.5 GHz FWA on C-Band satellite communication earth station is researched with the detesministic algorithm. The algosithm for dealing with the co-frequence interfesence is given and simulated. It is supposed that the location is filled with intensively and evenly arranged buildings.The possibility of the interfersence coexistence between the two systems in such environment is verified.

Key words: fixed wireless access; fixed satellite service; co-frequency interference; interference coexistence

0 引 言

根據信息產業部無線電管理局信無(2000)88號文件要求，3 400~3 430 MHz/3 500~3 530 MHz的2×30 MHz的頻率提供給FDD方式中的高速無線接入網使用。一方面，FWA對于不便鋪設光纜、相對分散鋪設光纜不經濟以及對開通緊迫性很強的用戶，引入固定無線接入系統可為用戶提供急需的接入服務，對解決“最后一公里”接入網的瓶頸問題，起到了有力的補充作用;另一方面，3 400~4 200 MHz也劃分給衛星固定業務(FSS)(空對地)使用，使得3.5 GHz頻段無線接入系統(FWA)對衛星地球站造成干擾。產生的干擾主要有三種[1，2]:同頻干擾(co-frequency emissions from FWA causing in-band interference to FSS)、來自FWA的帶外發射干擾(out-of-band emission from FWA)、使衛星地球站的接收機飽和(signals from nearby FWA transmitters causing receiver saturation of FSS systems)，但如果在地球站接收端的天線和LNA/LNB之間添加帶通濾波器及使用高性能的LNA/LNB，只需0.5 km的距離就可消除后兩種干擾的影響。本文主要研究了在周圍建筑比較密集，排列比較整齊，高度一致的地形中FWA對衛星地球站的同頻干擾，給出了同頻干擾的計算方法，并進行了仿真分析，為以后更進一步的研究打下了基礎，對規劃建設、實現兩系統的干擾共存具有較好的參考價值。

1 衛星地面站接收機輸入端的干擾允許值的計算

1.1 干擾允許值的計算

根據GB13615-92《地球站電磁環境保護要求》，衛星地球站接收機輸入端的干擾允許值[3]可由式(1)計算得到。

I0=C-(C/I)0

(1)

式中:

I0為干擾允許值，單位:dBm;C為地球站接收機輸入端載波信號功率，單位:dBm;

(C/I)0為對應于某一誤碼率的載干比理論值，單位:dB。

1.2 地球站接收機輸入端載波信號功率的計算

如果在衛星通信系統設計中已經給出到達地球站接收系統的載波信號電平值，則可以直接引用，否則需要計算載波信號功率。載波信號功率C的計算公式[4]為:

C=C/N+10lg(kTB)

(2)

式中:C/N為平均載波功率與平均噪聲功率之比，單位:dB，它與信噪比的關系為:

C/N=(Eb/N0)thlog2 M;

T為接收系統等效噪聲溫度，單位:K;

k為波爾茲曼常數，k=1.23×10-23(J/K);

B為信道帶寬，單位:Hz。

1.3 確定地球站所需的載干比

地球站的載波功率與干擾信號功率之比即載干比[4]，可由式(3)得到:

(C/I)0=C/N+10

(3)

2 固定無線接入系統對衛星地球站干擾電平的計算

2.1 干擾信號電平值的計算

固定無線接入系統對地球站的干擾信號電平值I的計算公式[5，6]為:

I=PI+GI(φ1)+GR(φ2)-L

(4)

式中:

PI為干擾發信機輸出端信號功率，單位:dBm;

L為路徑傳輸損耗，單位:dB;

GI(φ1)為衛星地球站天線在干擾站方向的天線增益，單位:dB;

GR(φ2)為FWA天線在被干擾站方向的天線增益，單位:dB;

φ1為干擾站天線主波束與干擾站和被干擾站連線的夾角，即干擾站在被干擾站方向的離軸角;

φ2為被干擾站天線主波束與干擾站和被干擾站連線的夾角，即被干擾站在干擾方向的離軸角。

2.2 天線模型的選取

根據CCITT對天線方向圖特性的規定，文中天線的增益[7，8]由式(8)～式(15)求出:

設天線直徑為D，單位:m;波長為λ，單位:m。

當D/λ>100時:



G(φ)=Gmax-2.5×10-3(φD/λ)2，0°≤φ<φm(5)

G(φ)=G1， φm≤φ<φr(6)

G(φ)=32-25lg φ， φr≤φ<48°(7)

G(φ)=-10， 48°≤φ≤180°(8)

當D/λ≤100時:



G(φ)=Gmax-2.5×10-3(φD/λ)2，

0°≤φ<φm(9)

G(φ)=G1， φm≤φ<100λ/D(10)

G(φ)=52-10lg(D/λ)-25lg φ ， 100λ/D≤φ<48°(11)

G(φ)=10-10lg(D/λ)， 48°≤φ≤180°

(12)

式中:

Gmax為天線主瓣增益，單位:dB;

G1為天線第一旁瓣電平，單位:dB;

G1=2+15lg(D/λ);

φ為離軸角;

φm=(20λ/D)Gmax-G1;

φr=15.85(D/λ)-0.6。

2.3 傳輸損耗的計算

現在不管在農村或在郊區，還是在城市，由于房屋建設規劃比較好，房屋建得比較整齊，且高度和間距都比較統一，可以認為房屋高度與間距均一致[9，10]，則傳輸損耗可計算為:

L=110.62+30lg f+20lg R+20lg(HB-hm)-

10lg ρ-20lg(Q(gp))

(13)

式中:

R為距離，單位:km;

f為頻率，單位:GHz;

HB為建筑物高度，單位:m;

hm為接收機天線高度，單位:m;

ρ為從衍射邊緣到接收機的距離，單位:m，

ρ=(HB-hm)2+r2。

Q(gp)為穩定場幅值(無量綱)為:

Q(gp)0.1gp0.030.9， 0.01

式中:gp=sin αd/λ(hBS-HB)/Rd/λ;

d為建筑物的排距，單位:m;

hBS為發射天線高度，單位:m;

r為接收天線到房屋的距離，單位:m;

α為掠射角，如圖1所示。

圖1 掠射角

3 仿真分析

取地形中建筑物高度為20 m，間距為32 m，無線接入系統基站的發射天線高度為30 m，地球站接收天線高度為12 m，地球站接收天線在干擾方向上距建筑物的距離為15 m，地球站相對于干擾方向的離軸角為32°，地球站接收機的各參數設置如表1所示，固定無線接入系統基站的各參數設置如表2所示。

使用Matlab進行仿真的結果如圖2~圖4所示。

由圖2可知，在建筑物比較密集，排列比較整齊的地形中，如果沒有人為地屏蔽(文中為20 dB)，單個FWA基站與地球站共存需要10 km的距離隔離，而如果人為地設置屏蔽，則兩站共存只需要不到3 km的距離。

表1 地球站接收機的參數設置

名稱地球站接收機

工作頻段 /GHz3.4~4.2

信道帶寬 /kHz153.6

噪聲溫度 /K114.8

天線增益 /dBi38

天線直徑 /m3.0

接收仰角 /(°)30

表2 固定無線接入系統基站的參數設置

名稱中心站終端站

發射頻率 /MHz3 500~3 5303 400~3 430

信道帶寬 /MHz3.53.5

發射功率 /dBm3627

天線增益 /dBi1815

多址方式TDMATDMA

調制方式π/4 DQPSKπ/4 DQPSK

雙工方式FDDFDD

接收機靈敏度 /dBm-102-102

圖2 干擾信號功率與距離的關系

(FWA相對于地球站方向的離軸角為26°)

圖3 干擾信號功率與離軸角的關系(距離為2.8 km)

由圖3可知，在文中所述地形中，兩站距離為2.8 km時，如果沒有人為的屏蔽時，兩站將不能共存，如果人為設置20 dB的屏蔽，則離軸角最小可為25°。

圖4 距離與離軸角的關系

由圖4可以看出，如果不采取一定的防護措施，FWA基站和FSS地球站實現共存，這對兩站的距離和離軸角要求比較高，不利于在實際環境中實現兩站共存。

4 結 語

經過上述計算和仿真可以看出:

(1) 衛星地球站和FWA基站在文中所述地形中要實現共存就要采取相應的防護措施，如將FWA基站的最大發射功率限制在一個適當的范圍，在地球站周圍人為地設置障礙物進行屏蔽，在地球站的射頻接收端添加性能優良的帶通濾波器以及使用高性能的LNA或LNB等，從而降低FWA基站對地球站的干擾。

(2) 在采用防護措施后，對于單個FWA基站來說，在較小的隔離距離和較小的離軸角的情況下就可實現兩站共存。

(3) 在實際中，樹木的遮擋會削弱電磁信號，在仿真中，沒有考慮樹木等遮擋的影響，這將在下一步的工作中予以考慮并進行更深入的分析。

前人對FWA和地球站的干擾研究較多，但對文中所述地形中FWA對地球站的干擾研究較少。本文正是對這一地形中的情況進行了研究分析，對于以后在城市或農村規劃建設FWA基站和衛星地球站時具有較好的參考價值，同時也對下一步的深入研究具有很好的借鑒作用。

參考文獻

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