超寬帶UWB設備與5G通信系統干擾研究

孟水仙

近年來，超寬帶（USB）技術以手機為核心進行感知測距和物聯網遙控的應用越來越廣泛，由于其頻段和5G頻段部分共用，所以利用5G和UWB技術優勢，有效避開兩者可能的干擾，從設備端或管道傳輸層面兩者進行融合，將會產生巨大經濟和社會效益。本文從理論上對兩者之間的相互影響進行了分析。

UWB的不斷發展過程中，關于UWB與GSM，DS-1800，TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000共存和干擾的研究也一直在進行中。相關研究的實驗室仿真，以FCC、ETSI和中國規定的UWB發射功率限值，對比分析UWB系統對各系統的影響。有文獻得出結論TD-SCDMA終端抵抗UWB設備干擾的能力是最強的，WCDMA終端次之，而CDMA2000最差。中國規定的UWB設備發射功率的限值是最嚴格的，FCC規定的UWB發射功率的限值是最寬松的，因而符合我國規定條件下的UWB設備最不容易對3G終端造成干擾，FCC規定的反之，ETSI居中。也有研究表明同等條件下，UWB系統對DCS1800系統的影響要比GSM900的系統影響大。本文基于理論情況下，研究UWB與5G通信系統的相互影響。

工信部對5 G頻段分配如下：中國移動：在2.6GHz頻段上擁有2515-2675MHz的160M帶寬，其中2515-2615MHz（100MHz）用于部署5G，2615-2675MHz（60MHz）將用于部署4G。中國移動還擁有4800-4900MHz（100MHz）的5G頻段，或將用于5G專網等。中國電信：3.5GHz頻段（3400MHz-3500MHz）。中國聯通：3.5GHz頻段（3500MHz-3600MHz）。中國廣電：4.9GHz頻段（4900MHz-5000MHz）。中國聯通、中國電信、中國廣電共同使用：3.3GHz頻段（3300MHz-3400MHz）。其中，中國電信和中國聯通的5G頻段是連續的，兩家已宣布將基于3400MHz-3600MHz連續的 200MHz帶寬共建共享5G無線接入網。中國移動和中國廣電也已宣布共享2.6GHz頻段5G網絡，并按1：1比例共同投資建設700MHz5G無線網絡，共同所有并有權使用700MHz 5G無線網絡資產。

根據規定，UMB無線電設備UWB發射信號的等效全向輻射功率譜密度限值如下表所示：

對數正態陰影衰減模型是UWB室內信道實驗研究經常建立的信道模型，PL0（d0）是參考點的功率損耗，通常d0取1米， γ是路徑損耗指數，Xσ是0均值高斯分布隨即變量。σ是Xσ的標準差， γ和σ是信道的兩個重要參數，它們由通信系統周圍的環境的決定。ITU在總結了大量的統計模型的基礎上，給出了一個建議。具體參數見表2。

表2上NLOS指的是存在標準的障礙物或者至少有一個障礙物，而hard NLOS指的是有大量的障礙物或者存在混凝土結構的障礙物。

UWB將自己的信號功率分配在很寬的頻譜段中，而在每一個頻點的功率都很小，從而避免對其他無線設備的干擾。這樣做的好處是UWB可以在全球不同的地區都能普適工作，而無需擔心每個地區的頻譜分配。所以UWB的特征是帶寬大，但是頻率點功率密度小，因此傳輸距離通常限制在一米到數十米的范圍內。在實際測試中發現，隨著超寬帶設備數量的增加，其累計的干擾信號功率也增加了，但總干擾功率并不是簡單地線性增加，而是絕大部分的干擾功率來自距離被干擾設備最近的那個UWB設備。因此，建立單個UWB設備的干擾模型是十分必要的，也是其他模型的基礎。單個UWB設備的干擾模型就是一個UWB設備輻射出的射頻信號經過一段無線傳播路徑以后到達被干擾設備的接收天線被接收。

P0是指在自由空間中距發射機參考距離為d0，處的接收功率。d0的典型值為1m，超過距離時認為電波為非視距傳播，路徑損耗系數取γ=4。

目前5G干擾值是按照RB（Resource Block：頻率上連續12個子載波，時域上一個slot，稱為1個RB）進行統計，每個RB帶寬為360KHZ，如果單個RB的干擾門限NI值超過-112.2dBm，則認為該RB上受到上行干擾。使用前面提到的路徑損耗模型來計算移動臺收到的UWB干擾。假設UWB路徑損耗是計算落在5G移動臺工作頻帶內的部分UWB信號頻譜。因此，要計算對5G的干擾，只需考慮UWB落在5G的每個RB帶寬為360KHZ信道帶寬上的功率。見表3。

根據表3可知，5G頻段有對UWB頻段不同有兩種功率限制，為了計算簡化，由于高頻率相對于低頻率衰減得更快，我們取頻段頻率低端進行計算，如果低頻率不會造成干擾，則高頻率同樣也不會造成干擾。選2515MHz和4800MHz計算，根據上面所得公式得到“超寬帶（UWB ）技術頻率使用規定”模板下的UWB與移動臺距離在d0=1m處接收到的功率如表4所示。

根據上表計算，當超過1m時，UWB在5G所使用頻段的干擾功率均小于5G通信單個RB的干擾門限NI值-112.2dBm，不會對5G通信產生干擾。

當小于1m時：

由表5分析可知，可得到5G各頻段UWB設備可能產生干擾距離為表6所示。

分析可知，UWB用頻與5G有一定的重合，當距離很近時，可能會產生干擾，建議使用時避開5G頻段，或者有一定距離使用。實際UWB基站架設時，如架設到礦區等一些場所，目前沒有覆蓋5G網絡，所以不會相互影響，在主城區，景點、碼頭等5G連續覆蓋的地方，密集布設就要考慮UWB避開5G使用的頻點，而一般室內布設UWB，5G基站在室外的情況下，基本不會產生影響。

作者單位：內蒙古自治區無線電監測站

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