230MHz頻段寬帶無線數傳系統技術要求和測試方法分析

方 箭，付 靖，潘 瑜

（1.國家無線電監測中心，北京 100037；2.國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041；3. 普天信息技術有限公司，北京 100080）

1 研究背景

自20世紀90年代以來，我國無線電管理機構為政府、公安、電力、石油、水利、氣象等行業部門在1GHz以下頻段規劃了多個段頻率資源，適應了行業信息化發展的需要。近年來，隨著社會經濟的不斷發展，政務網、公共安全，以及電力、石油等大型行業對寬帶業務、集群業務以及多媒體集群業務需求也越來越強烈，主要體現在高速數據和視頻的傳輸，以及構建于此基礎上的各種應用，包括多媒體集群調度、移動視頻監控、現場視頻圖像采集等，以提高行業生產安全性、生產效率和競爭能力，有效降低管理和經營成本。以電力行業為例，電網的配電自動控制、用電信息采集、精準負荷控制等業務規模快速增長，清潔能源、電動汽車、分布式電源、“輸配變”機器巡檢、智能家居等新業務新應用日趨增多，傳統的公眾移動通信、電力線載波、窄帶無線系統較難滿足電網企業的經濟性、安全性、可靠性、實時性及泛在性等需求。建設低時延、高可靠、承載力強的新一代電網專用寬帶無線系統已成為支撐我國能源互聯網發展的關鍵。

可以明顯看出，行業專網通信呈現出移動化和寬帶化趨勢，對頻率資源的科學和精細化管理提出了更高要求。我國無線電管理機構在寬帶專網頻率規劃方面，積極擴展新的頻率資源，并通過規則修訂合理優化現有頻段的頻率使用方式，在擴展增量的同時，實現了盤活存量。2015年，我國將1447-1467MHz頻段規劃用于寬帶數字集群專用系統，并調整了1785-1805MHz頻段寬帶無線接入系統的頻率使用方法，可靈活支持多種帶寬配置。考慮到223-235MHz頻段（簡稱“230MHz頻段”）頻率使用效率不高，同時仍有部分重要用戶在用的情況，2018年，對230MHz頻段數傳系統頻率使用方式進行了調整和優化，在原有頻率規劃框架下，通過引入載波聚合和動態頻譜共享等新技術，明確部分頻段用于TDD方式寬帶數傳系統，保留部分頻段仍用于窄帶數傳系統，實現同頻段寬窄融合應用需求。該文件對頻率、臺站、設備管理以及干擾協調等事宜進行了規定，特別是對寬帶數傳系統射頻技術要求、頻譜效率等技術指標進行了系統性規范。

2 關鍵技術指標分析

射頻技術要求作為頻率使用管理規定的重要內容，通常包括工作帶寬、頻率容限、帶內功率、帶外發射、雜散發射、頻率發射模板等，其制定通常兼顧系統應用和設計需求、系統間電磁兼容共存要求、產品實現能力等諸多因素，本章將結合230MHz頻段技術要求進行逐項分析。

在系統帶寬方面，規定寬帶數傳系統工作帶寬為，即最大支持約5MHz帶寬，剩余7MHz頻點用于窄帶數傳系統，兼顧兩者應用需求；同時，考慮到該頻段區域頻點使用的差異性，為更好地規避占用頻點，明確要求系統在278個頻點任意離散載波聚合使用。

在帶內發射功率方面，為了適應上下行鏈路覆蓋性能的需求，根據網絡設計經驗，同時，參考原有窄帶數傳系統技術要求，降低窄帶數傳和寬帶數傳系統間阻塞干擾風險，從功率和功率譜兩個維度進行限定。

在帶內無用發射功率方面，寬帶數傳系利用多個窄帶、離散的單頻點資源整合形成寬帶頻率資源，其射頻特性相比原來窄帶數傳系統將發生改變，形成多載波無用發射的累積效應（包括鄰頻、互調等），其帶內無用發射功率對窄帶數傳系統會產生干擾的可能性，具體如圖1所示，故需要設計帶內無用發射功率限值以最大程度降低干擾風險。

在帶外發射功率方面，考慮到在223MHz頻段以下劃分用于廣播業務，235MHz頻段以上劃分用于航空移動業務，需設置合適的限值以保護兩種無線電業務，同時，兼顧設備射頻濾波器滾降特性，設置合理的頻譜模板和帶外發射實現有效銜接。

圖1 帶內無用發射特性

圖2 帶外鄰頻業務情況

在其他射頻指標方面，頻率容限、通用雜散等需符合《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》中的相關要求。

在頻譜效率方面，為鼓勵新技術提高系統頻譜效率，參考LTE等公眾移動通信設計特性，對系統上下行峰值頻譜效率進行了明確要求。

在動態頻譜率選擇方面，為避免產生寬帶數傳系統對窄帶數傳系統同頻干擾，除通過頻率許可時實現，也要求系統具備動態頻率選擇功能，以實現動態避讓。

3 測試方法

為更好反應和驗證230MHz頻段寬帶數傳系統設備技術要求，《230MHz頻段寬帶無線數據傳輸系統的射頻技術要求及測試方法》標準在制定過程中。本章對部分重要的技術指標測試進行分析，主要包括頻率容限、頻率范圍、工作帶寬、占用帶寬、端口發送功率、帶內無用發射、帶外發射、發射機雜散發射、峰值頻譜效率、機箱端口輻射雜散的測試方法。

3.1 射頻技術要求測試方法

關于測試配置方面，特別是針對有關發射功率等測試項目的方案制定，綜合考慮此類寬帶設備最大支持載波數量多、任意載波間組合和配置情況復雜等技術特性，結合測試本身的可執行性等因素，若測試方案中遍歷上述所有情形是難以實現的，為了盡可能反映該類型寬帶數傳設備的極限射頻特性，設計以下四種測試場景：一是單載波以最大功率發射；二是滿帶寬時最大功率發射（即278個載波同時發射）；三是最大功率譜和最大功率發射，即配置M個載波，其中信道[M/2]和[M/2]+1間隔25kHz，1～[M/2]和（[M/2]+1）～M信道連續分布 ；四是任意載波配置發射，產生隨機正整數N1（M≤N1＜N，N為設備支持的最大信道數，M由上述公式確定）作為發送信道個數，產生長度為N1的隨機正整數序列Qi{Q1，Q2......Qi}（其中：1≤i≤N1；1≤Qi≤278；隨機序列任意兩個元素取值不相等，且必滿足至少存在相鄰的兩個元素取值不連續）。

射頻技術要求測試圖連接如圖3所示，在校準線路完成后，按上述不同的配置情況下，設置合理的頻譜儀參數配置，對待測設備的性能進行評估。需要說明的是：在多載波系統配置測量時，分辨率帶寬（RBW）設置需要充分考慮帶內功率發射情況以及儀表中頻濾波器特性而引入的鄰道選擇性影響，以避免導致RBW設置過大將帶內信號未能完整濾波引入帶內測試，從而導致測試不準確的現象。

圖3 射頻技術要求測試拓撲圖

3.2 頻譜效率測試方法

由于頻譜效率的測試是首次引入，并且按峰值效率衡量，一般測試僅在最高階調制方式（例如：64QAM）下進行。具體測試拓撲圖見圖4（以下行為例），使用數據測試工具進行下行灌包，接入設備在工作業務帶寬下發送下行信號；傳輸發起并穩定后，在接收側使用速率測試軟件統計測試終端處空口物理層的下行峰值速率；利用下行峰值速率、實際發送時間占無線幀長的比例和工作業務帶寬折算出峰值頻譜效率，計算方法如下：

下行峰值頻譜效率=下行峰值速率/工作業務帶寬/實際發送時間占無線幀長的比例

圖4 接入設備下行峰值頻譜效率測試拓撲圖

4 結束語

本文對230MHz頻段寬帶數傳系統技術要求制定的依據和具體相關要求進行分析和闡述，并對其對應的測試方法開展了分析和示例，重點說明了測試中所注意的測試配置問題。相關內容可為無線電管理機構的測試和設備生產企業的生產制造提供參考和借鑒。