4400MHz—4500MHz頻段IMT與航空無線電導航業務共存研究

王寶聰 張炎炎 李欣 劉娜 石會鵬

【摘? 要】WRC-15為國際移動通信系統新增了三段頻率，對于其中的4 400 MHz—4 500 MHz頻段，工作在該頻段的IMT系統與4 200 MHz—4 400 MHz頻段的航空無線電導航業務會存在共存的問題。針對兩種業務的鄰頻共存干擾情況進行研究，研究結果表明：在飛機平穩飛行狀態下二者可以共存，但是在起飛降落狀態下需要保證基站距離飛機著陸點至少2.1 km。

【關鍵詞】IMT-2020;無線電高度計;共存與兼容性研究

1? ?引言

2015年，國際電信聯盟正式定義了5G的三大類應用場景和八項能力指標。5G的愿景是實現萬物互聯，未來5G對普通用戶的改變將體現在社會生活的方方面面。國務院于2017年8月24日發布了《關于進一步擴大和升級信息消費持續釋放內需潛力的指導意見》，打算進一步擴大和升級信息消費，充分釋放發展活力和內需潛力。其中，重點任務之一即為加快第五代移動通信標準研究、技術試驗和產業推進，力爭2020年啟動商用，為了實現這一任務，頻譜保證是關鍵。

在2015年世界無線電大會（World Radiocomunica-tion Conferences， WRC-15）中，在3 GHz—6 GHz頻段范圍，國際移動通信（IMT）系統新增加了3 300 MHz—3 400 MHz、4 400 MHz—4 500 MHz、4 800 MHz —4 990 MHz這三個頻段。在5G系統高低頻統籌的情況下，低頻段將被用于進行覆蓋。

根據2018年7月1日起施行的《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》，4 400 MHz—4 500 MHz頻段的移動業務可用于IMT系統。IMT系統不得對4 200 MHz—4 400 MHz頻段的航空無線電導航業務造成有害干擾，在相關兼容共存條件確定前IMT系統不能投入使用。因此本文主要針對4 400 MHz—4 500 MHz頻段IMT系統對航空無線電導航業務的干擾進行分析，研究該頻段用于IMT系統的合規性。

2? ?系統參數

2.1? IMT-2020系統參數

根據ITU-R M.2101建議書和ITU-R M.2292報告書，參考5G系統高頻參數和業內最新進展，3 GHz—6 GHz頻段IMT系統參數、部署模型建議如表1所示。

2.2? 航空無線電導航業務系統參數

在我國，4 200 MHz—4 400 MHz頻段范圍內重要的應用之一為無線電高度計。無線電高度計主要用來測量飛機到地面垂直距離的機載無線電設備，是重要的飛行器儀表之一。

ITU-R M.2059建議書中給出了模擬無線電高度計和數字無線電高度計的技術參數，用于共存研究的參數如表2所示。

此外，ITU-R M.2319中給出了無線電高度計的天線方向圖模型，如公式（1）所示。

其中，3dB為無線電高度計天線的3 dB波瓣寬度，單位是度;GRA，dBi為無線電高度計天線的最大天線增益，單位為dBi。

3? ?兼容性分析建模與干擾分析方法

3.1? 兼容性分析建模

根據無線電高度計的使用場景，其與IMT系統的共存場景可分為兩種：平穩飛行場景和起飛降落場景。

（1）平穩飛行場景

在平穩飛行場景中，飛機處于巡航狀態。此時，無線電高度計基本處于同一高度，考慮到無線電高度計天線為垂直向下的，僅需考慮無線電高度計正下方一定范圍內的IMT基站的干擾即可。干擾場景示意圖如圖1所示。

在該場景中考慮飛機巡航高度即為無線電高度計工作高度。地面IMT部署區域參照國內某大城市建成區的面積，考慮半徑為15 km的圓形區域。

（2）起飛降落場景

起飛降落場景的功勛場景是如圖2所示：

在圖2中下滑臺是一條通過地面發射的無線電信號對飛機進行指引而建立的一條由跑道指向空中的虛擬路徑，幫助飛機在地面氣象條件不佳的情況下近著陸。在飛機降落過程中需沿著下滑臺進行飛行。假設基站部署在下滑臺的下劃線正下方，基站天線面板背向飛機著陸點。根據國際民航組織相關說明，下滑臺仰角為3°。

3.2? 干擾分析方法

根據無線電高度計的自身特點，這里分析三種類型的干擾：接收機前端過載、接收機靈敏度降低、錯誤報告高度。接收機前端過載為一個干擾信號的功率大到足以使一個無線電高度計的前端飽和，進而引起非線性特性的固有效應的時候發生的干擾。接收機靈敏度降低則是由于干擾信號落入高度計中頻帶寬內所導致的干擾。錯誤報告高度干擾則發生在對干擾信號在整個IF帶寬的頻譜頻率分析期間被作為頻率分量檢測的情況下。

對于三種干擾類型，干擾強度可通過下式進行計算：

其中，Pt表示IMT系統的發射功率，單位為dBm，Gt表示IMT系統發射機發射天線增益，單位為dBi，GR表示無線電高度計接收機接收天線增益，單位為dBi，Lt表示IMT系統發射機饋線損耗/人體損耗，單位為dB，LR表示無線電高度計接收機饋線損耗，單位為dB，PL表示IMT系統與無線電高度計接收機之間的傳播損耗，單位為dB，d表示IMT系統與無線電高度計接收機之間的隔離距離。ACLR為IMT系統發射機的鄰頻泄露比。在對接收機前端過載干擾進行分析時，不需要考慮該參數。

4? ?干擾分析結果

4.1? 平穩飛行場景干擾分析結果

（1）不考慮ACLR時的干擾分析結果

在不考慮ACLR等因素的情況下，各系統仿真結果如表3所示：

（2）接收機前端過載

接收機前端過載仿真結果如表4所示：

根據以上各高度計前端過載仿真結果可以得出，干擾余量在15 dB～26 dB之間，干擾余量較大。

（3）接收機靈敏度降低

接收機靈敏度降低結果如表5所示。

根據以上接收機靈敏度仿真結果可以得出，某些高度計系統與IMT系統可以共存，某些高度計則不能共存，干擾余量在4 dB～15 dB之間。

（4）錯誤報告高度

錯誤報告高度仿真結果如表6所示：

根據以上仿真結果可以得出，干擾余量在12 dB～23 dB之間，尚有一定干擾余量。

4.2? 起飛降落階段干擾仿真結果

選取基站距離飛機著陸點1 500 m、1 800 m、2 100 m三個場景，將基站對四種無線電高度計的干擾進行仿真，結果如圖3～圖6所示。

根據上述仿真結果，在接收機前端過載場景中，對于四種無線電高度計基站與飛機著陸點之間的隔離距離需求分別為1.8 km、1.5 km、1.5 km和2.1 km才能保證二者共存，結果如圖7～圖10所示。

根據上述結果，在靈敏度降低的場景中，對于四種無線電高度計，在基站與飛機著陸點之間的隔離距離為1.5 km的情況下即可保證二者共存，且存在一定干擾余量。

由于錯誤報告高度干擾的分析方法與靈敏度降低干擾分析方法相同，但是對A4和D4兩種無線電高度計而言不存在該類干擾。對于A3和A4兩種無線電高度計，在基站與飛機著陸點之間的隔離距離為1.5 km的情況下即可保證二者共存，且存在一定干擾余量。

5? ?結束語

在當前階段，4 400 MHz—4 500 MHz頻段并未作為分配給5G系統使用的中頻候選頻段。但是該頻段作為WRC-15新增的用于IMT的頻段之一，在未來5G中頻段頻率可能存在不足的情況下，仍具備劃分給5G系統使用的可能性。本文針對該頻段內5G系統與無線電高度計之間的共存情況進行了分析和仿真，通過本文的研究為未來可能的5G頻率分配提供了技術依據。

參考文獻：

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