26 GHz頻段國際移動通信應用與星間業務兼容性研究現狀分析

王洪鋒 陳軍壯 肖文飛

(北京空間信息中繼傳輸技術研究中心，北京 100094)

2015年世界無線電大會(WRC-15)通過第238號決議，即開展頻率相關問題研究，為國際移動通信確定頻段，包括可能在24.25 GHz與86 GHz之間頻率范圍內的部分頻段劃分為移動業務使用，以促進國際移動通信(IMT)在2020年及之后的發展[1]。此內容將作為2019年世界無線電大會的1.13議題。

其中26 GHz頻段作為星間業務(ISS)的主用頻段，承擔著低軌衛星跟蹤測控和數據中繼的重要業務，如果將該頻段分配給國際移動通信使用，存在著影響既有業務的風險。為此本文從該頻段應用現狀、兼容性分析的必要性等方面闡述了兼容性分析的需求與分析內容，基于國內外兼容性分析的研究初步結果開展分析，并對后續的研究方向提出建議。希望保護既有業務不受影響，并推動兼容性分析研究的進一步深入開展。

1 IMT頻段選擇國際形勢分析

WRC-15第238號決議所述各頻段可用帶寬如表1所示。

主要目的是為滿足超低時延和極高比特率的要求，需要更寬的連續大段頻譜。在2019年世界無線電大會(WRC-19)之前由國際電聯(ITU)無線電管理部門開展并及時完成適當的共用和兼容性研究，同時考慮為下述頻段的主要業務提供保護，主要包括以下11個作為主要業務得到劃分的頻段：24.25-27.5 GHz, 37-40.5 GHz，42.5-43.5 GHz，45.5-47 GHz，47.2-50.2 GHz，50.4-52.6 GHz，66-76 GHz和81-86 GHz，以及可能需要作為主要業務提供附加劃分的31.8-33.4 GHz，40.5-42.5 GHz 和 47-47.2 GHz。

其中24.25-27.5 GHz頻段(簡稱26 GHz頻段)，是WRC-19 1.13議題11個候選頻段中頻段最低的一段。在ITU《無線電規則》頻率劃分表中，該頻段將有移動業務的主要劃分。26 GHz由于頻段相對較低、帶寬較大(3250 MHz連續帶寬)等特點，在議題確立之后就被部分國家確定為優先研究并極力爭取的頻段[2]。

目前歐盟、中國和非洲地區圍繞26 GHz頻段IMT應用進行仿真分析研究，而美國、日本和韓國傾向于使用28 GHz頻段。

(1)歐洲：歐盟無線電頻譜政策工作組(RSPG)和歐洲郵電管理委員會(CEPT)將24.25-27.5 GHz、31.8-33.4 GHz、40.5-43.5 GHz作為候選頻段，并將24.25-27.5 GHz頻段作為24 GHz以上5G優先發展頻段。但也說明需要根據頻率共用研究情況，采取必要的技術和制度措施實現對數據中繼衛星系統星上接收機的保護。

表1 各劃分頻率和可用帶寬

(2)俄羅斯：為便于未來國際協調，俄聯邦將24.25-27.5 GHz、31.8-33.4 GHz、40.5-42.5 GHz和66-71 GHz作為優先研究頻段。

(3)阿拉伯地區：阿拉伯頻譜管理組織(ASMG)將對24.25-27.5 GHz、31.8-33.4 GHz、40.5-42.5 GHz和42.5-43.5 GHz四個較低頻段優先展開兼容共存分析研究。

(4)美國：美國聯邦通信委員會于2016年7月發布了美國5G頻率規劃，將28 GHz、37 GHz、39 GHz、64-71 GHz四個頻段作為5G主要頻段。目前重點研究27.5-28.35 GHz，37-40 GHz頻段，并支持1.13議題的研究工作。28 GHz頻段具備連續的850 MHz帶寬，可以容納大量的高數據速率應用，并且在世界范圍內被優先分配固定業務和移動業務，具有泛用性。美國在報告中指出，28 GHz頻段被視為5G移動通信技術的重點發展頻段，眾多工業廠商和學術組織已對其可行性進行了研究論證。雖然WRC-15并沒有將27.5-28.35 GHz頻段列入移動業務的毫米波研究名單，但是大量論證表明，28 GHz頻段十分利于發展移動業務。目前，韓國、日本、新加坡、瑞典、芬蘭、加拿大等國家，以及華為、朗訊、德國電信等知名通信公司都表示支持在該頻段發展移動業務。

(5)日本：將3600-4200 MHz、4400-4900 MHz和27.5-29.5 GHz 作為5G備選頻段，并圍繞3600-4100 MHz、4405-4895 MHz和27.5-28.28 GHz開展先期試驗研究。

(6)韓國：重點研究26.5-29.5 GHz頻段，并開展此頻段的兼容性分析工作。

世界部分國家及區域開展5G研究的重點頻段情況如圖1所示，其中綠色表示確定使用頻段、藍色表示可能使用頻段，橘色表示待定頻段。

圖1 世界部分國家及區域開展5G研究的頻段情況Fig.1 Frequency bands of 5G study in some countries and areas

2 26 GHz頻段兼容性分析需求

2.1 頻段應用現狀

26 GHz頻段存在著多種其它無線電業務的劃分和應用。其中星間業務主要用于跟蹤與數據中繼衛星系統，在航天測控和數據傳輸中發揮著重要作用[3-5]；衛星地球探測和空間研究業務主要在氣象等領域，用于衛星對地數傳、遙感觀測等；此外，鄰頻23.6-24 GHz還有無源衛星地球探測業務。我國26 GHz頻段范圍內有劃分、已規劃或部署的業務[2]如圖2所示。

圖2 26 GHz頻段無線電業務的劃分和應用現狀Fig.2 Status of allocation and applications in 26GHz

2.2 與星間業務兼容性分析

TDRSS等地球同步軌道衛星(GSO)接收天線在指向某顆非地球同步軌道衛星(NGSO)時，其天線朝向也正好指向了地面上的一片移動通信(IMT)的聚集區域，那么它很可能會接收到區域內大規模IMT系統的集總信號干擾，來源既有基站信號，也有用戶終端發出的信號，如圖3所示。為此必須通過兼容性分析研究，來確定干擾強度的大小，是否超過系統容限，兩種業務能否同時工作等[2，6-7]。

IMT系統部署也通常是全球范圍的，而非區域性的系統。同時26 GHz頻段與ISS有關的GSO軌位在全球范圍內有數十個。由于GSO指向NGSO角度變化的動態性，GSO接收天線將對全球地面區域進行“掃描”，即接收到全球范圍內的IMT信號。所以，兼容性研究不僅要考慮本國IMT系統對本國GSO的干擾，還要考慮本國IMT系統對它國的干擾，以及它國IMT系統對本國GSO的干擾[2，6-7]。

圖3 兼容性分析示意圖Fig.3 Compatibility analysis diagram

3 兼容性分析研究現狀

3.1 國外研究現狀

各國圍繞1.13議題提交給國際電聯無線電通信局第5/1工作組(ITU-R TG5/1)200多份文件，其中多份與25.25-27.5 GHz 頻段的星間業務兼容性相關。其中法國2017年9月提交的“IMT系統對25.25-27.5 GHz星間業務影響分析”[8]一文中，使用逐站分析方法，給出的干擾噪聲比(I/N)值約為-26 dB，優于國際電聯的ITU-R SA.1155建議書“數據中繼衛星系統運行相關保護標準”[9]的限值要求16 dB。英國提交了“IMT系統與星間業務在25.25-27.5 GHz頻段共存和兼容性分析”。2018年1月歐洲郵電管理委員會的“歐洲郵電管理委員會針對2019年世界無線電大會1.13議題的草案簡報”[10]中，提到英國和法國基于ITU TG5/1研究組提供的有關假定條件和技術參數，開展的IMT-2020與ISS在26 GHz兼容研究，結果表明有充足的保護裕度，在集中干擾場景下保護裕度大于16 dB，在某些配置情況下保護裕度達27 dB。

3.2 國內研究現狀

國家無線電監測中心在國家科技重大專項基金資助項目(IMT-2020 候選頻段分析與評估)的資助下，基于其多年積累的研究條件和經驗，從2016年起就開展了大量兼容性研究分析工作。2016年12月文獻[7]給出“集總干擾小于衛星的抗干擾門限，有一定的共存余量”的結論； 2017年10月文獻[6]給出仿真結論即“在25.25-27.5 GHz頻段部署IMT系統，與ISS具有兼容共存的空間”。但同時提到下一步研究重點會“集中在來自用戶終端的上行鏈路集總干擾和更復雜的傳播模型與范圍更廣的中心站分布上”。華為等有關公司也開展了類似的研究工作。

4 結束語

從國際國內形勢來看，26 GHz頻段IMT應用在相當長的一段時間內仍將是各國研究的熱點問題。其兼容性仿真分析盡管關于IMT系統條件和ISS條件都是基于ITU文件或建議書給出的數值，但與系統真實運行環境還存在著差異，仿真分析本身也還存在不全面、不準確的方面。后續,一方面要進一步深入開展理論計算和仿真分析工作，另一方面可以考慮結合實際系統，采用半實物仿真的方式，開展惡劣條件下IMT與星間和星地業務的兼容性試驗研究。