230MHz頻段寬帶無(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)技術(shù)要求和測(cè)試方法分析

方 箭，付 靖，潘 瑜

（1.國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037；2.國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041；3. 普天信息技術(shù)有限公司，北京 100080）

1 研究背景

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)為政府、公安、電力、石油、水利、氣象等行業(yè)部門在1GHz以下頻段規(guī)劃了多個(gè)段頻率資源，適應(yīng)了行業(yè)信息化發(fā)展的需要。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，政務(wù)網(wǎng)、公共安全，以及電力、石油等大型行業(yè)對(duì)寬帶業(yè)務(wù)、集群業(yè)務(wù)以及多媒體集群業(yè)務(wù)需求也越來(lái)越強(qiáng)烈，主要體現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)和視頻的傳輸，以及構(gòu)建于此基礎(chǔ)上的各種應(yīng)用，包括多媒體集群調(diào)度、移動(dòng)視頻監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像采集等，以提高行業(yè)生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)能力，有效降低管理和經(jīng)營(yíng)成本。以電力行業(yè)為例，電網(wǎng)的配電自動(dòng)控制、用電信息采集、精準(zhǔn)負(fù)荷控制等業(yè)務(wù)規(guī)模快速增長(zhǎng)，清潔能源、電動(dòng)汽車、分布式電源、“輸配變”機(jī)器巡檢、智能家居等新業(yè)務(wù)新應(yīng)用日趨增多，傳統(tǒng)的公眾移動(dòng)通信、電力線載波、窄帶無(wú)線系統(tǒng)較難滿足電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性及泛在性等需求。建設(shè)低時(shí)延、高可靠、承載力強(qiáng)的新一代電網(wǎng)專用寬帶無(wú)線系統(tǒng)已成為支撐我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵。

可以明顯看出，行業(yè)專網(wǎng)通信呈現(xiàn)出移動(dòng)化和寬帶化趨勢(shì)，對(duì)頻率資源的科學(xué)和精細(xì)化管理提出了更高要求。我國(guó)無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)在寬帶專網(wǎng)頻率規(guī)劃方面，積極擴(kuò)展新的頻率資源，并通過(guò)規(guī)則修訂合理優(yōu)化現(xiàn)有頻段的頻率使用方式，在擴(kuò)展增量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了盤活存量。2015年，我國(guó)將1447-1467MHz頻段規(guī)劃用于寬帶數(shù)字集群專用系統(tǒng)，并調(diào)整了1785-1805MHz頻段寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)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(jiǎn)稱“230MHz頻段”）頻率使用效率不高，同時(shí)仍有部分重要用戶在用的情況，2018年，對(duì)230MHz頻段數(shù)傳系統(tǒng)頻率使用方式進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，在原有頻率規(guī)劃框架下，通過(guò)引入載波聚合和動(dòng)態(tài)頻譜共享等新技術(shù)，明確部分頻段用于TDD方式寬帶數(shù)傳系統(tǒng)，保留部分頻段仍用于窄帶數(shù)傳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同頻段寬窄融合應(yīng)用需求。該文件對(duì)頻率、臺(tái)站、設(shè)備管理以及干擾協(xié)調(diào)等事宜進(jìn)行了規(guī)定，特別是對(duì)寬帶數(shù)傳系統(tǒng)射頻技術(shù)要求、頻譜效率等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)性規(guī)范。

2 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)分析

射頻技術(shù)要求作為頻率使用管理規(guī)定的重要內(nèi)容，通常包括工作帶寬、頻率容限、帶內(nèi)功率、帶外發(fā)射、雜散發(fā)射、頻率發(fā)射模板等，其制定通常兼顧系統(tǒng)應(yīng)用和設(shè)計(jì)需求、系統(tǒng)間電磁兼容共存要求、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)能力等諸多因素，本章將結(jié)合230MHz頻段技術(shù)要求進(jìn)行逐項(xiàng)分析。

在系統(tǒng)帶寬方面，規(guī)定寬帶數(shù)傳系統(tǒng)工作帶寬為，即最大支持約5MHz帶寬，剩余7MHz頻點(diǎn)用于窄帶數(shù)傳系統(tǒng)，兼顧兩者應(yīng)用需求；同時(shí)，考慮到該頻段區(qū)域頻點(diǎn)使用的差異性，為更好地規(guī)避占用頻點(diǎn)，明確要求系統(tǒng)在278個(gè)頻點(diǎn)任意離散載波聚合使用。

在帶內(nèi)發(fā)射功率方面，為了適應(yīng)上下行鏈路覆蓋性能的需求，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，參考原有窄帶數(shù)傳系統(tǒng)技術(shù)要求，降低窄帶數(shù)傳和寬帶數(shù)傳系統(tǒng)間阻塞干擾風(fēng)險(xiǎn)，從功率和功率譜兩個(gè)維度進(jìn)行限定。

在帶內(nèi)無(wú)用發(fā)射功率方面，寬帶數(shù)傳系利用多個(gè)窄帶、離散的單頻點(diǎn)資源整合形成寬帶頻率資源，其射頻特性相比原來(lái)窄帶數(shù)傳系統(tǒng)將發(fā)生改變，形成多載波無(wú)用發(fā)射的累積效應(yīng)（包括鄰頻、互調(diào)等），其帶內(nèi)無(wú)用發(fā)射功率對(duì)窄帶數(shù)傳系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生干擾的可能性，具體如圖1所示，故需要設(shè)計(jì)帶內(nèi)無(wú)用發(fā)射功率限值以最大程度降低干擾風(fēng)險(xiǎn)。

在帶外發(fā)射功率方面，考慮到在223MHz頻段以下劃分用于廣播業(yè)務(wù)，235MHz頻段以上劃分用于航空移動(dòng)業(yè)務(wù)，需設(shè)置合適的限值以保護(hù)兩種無(wú)線電業(yè)務(wù)，同時(shí)，兼顧設(shè)備射頻濾波器滾降特性，設(shè)置合理的頻譜模板和帶外發(fā)射實(shí)現(xiàn)有效銜接。

圖1 帶內(nèi)無(wú)用發(fā)射特性

圖2 帶外鄰頻業(yè)務(wù)情況

在其他射頻指標(biāo)方面，頻率容限、通用雜散等需符合《中華人民共和國(guó)無(wú)線電頻率劃分規(guī)定》中的相關(guān)要求。

在頻譜效率方面，為鼓勵(lì)新技術(shù)提高系統(tǒng)頻譜效率，參考LTE等公眾移動(dòng)通信設(shè)計(jì)特性，對(duì)系統(tǒng)上下行峰值頻譜效率進(jìn)行了明確要求。

在動(dòng)態(tài)頻譜率選擇方面，為避免產(chǎn)生寬帶數(shù)傳系統(tǒng)對(duì)窄帶數(shù)傳系統(tǒng)同頻干擾，除通過(guò)頻率許可時(shí)實(shí)現(xiàn)，也要求系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)頻率選擇功能，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)避讓。

3 測(cè)試方法

為更好反應(yīng)和驗(yàn)證230MHz頻段寬帶數(shù)傳系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)要求，《230MHz頻段寬帶無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的射頻技術(shù)要求及測(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn)在制定過(guò)程中。本章對(duì)部分重要的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試進(jìn)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(fā)送功率、帶內(nèi)無(wú)用發(fā)射、帶外發(fā)射、發(fā)射機(jī)雜散發(fā)射、峰值頻譜效率、機(jī)箱端口輻射雜散的測(cè)試方法。

3.1 射頻技術(shù)要求測(cè)試方法

關(guān)于測(cè)試配置方面，特別是針對(duì)有關(guān)發(fā)射功率等測(cè)試項(xiàng)目的方案制定，綜合考慮此類寬帶設(shè)備最大支持載波數(shù)量多、任意載波間組合和配置情況復(fù)雜等技術(shù)特性，結(jié)合測(cè)試本身的可執(zhí)行性等因素，若測(cè)試方案中遍歷上述所有情形是難以實(shí)現(xiàn)的，為了盡可能反映該類型寬帶數(shù)傳設(shè)備的極限射頻特性，設(shè)計(jì)以下四種測(cè)試場(chǎng)景：一是單載波以最大功率發(fā)射；二是滿帶寬時(shí)最大功率發(fā)射（即278個(gè)載波同時(shí)發(fā)射）；三是最大功率譜和最大功率發(fā)射，即配置M個(gè)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(xù)分布 ；四是任意載波配置發(fā)射，產(chǎn)生隨機(jī)正整數(shù)N1（M≤N1＜N，N為設(shè)備支持的最大信道數(shù)，M由上述公式確定）作為發(fā)送信道個(gè)數(shù)，產(chǎn)生長(zhǎng)度為N1的隨機(jī)正整數(shù)序列Qi{Q1，Q2......Qi}（其中：1≤i≤N1；1≤Qi≤278；隨機(jī)序列任意兩個(gè)元素取值不相等，且必滿足至少存在相鄰的兩個(gè)元素取值不連續(xù)）。

射頻技術(shù)要求測(cè)試圖連接如圖3所示，在校準(zhǔn)線路完成后，按上述不同的配置情況下，設(shè)置合理的頻譜儀參數(shù)配置，對(duì)待測(cè)設(shè)備的性能進(jìn)行評(píng)估。需要說(shuō)明的是：在多載波系統(tǒng)配置測(cè)量時(shí)，分辨率帶寬（RBW）設(shè)置需要充分考慮帶內(nèi)功率發(fā)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(dǎo)致RBW設(shè)置過(guò)大將帶內(nèi)信號(hào)未能完整濾波引入帶內(nèi)測(cè)試，從而導(dǎo)致測(cè)試不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

圖3 射頻技術(shù)要求測(cè)試拓?fù)鋱D

3.2 頻譜效率測(cè)試方法

由于頻譜效率的測(cè)試是首次引入，并且按峰值效率衡量，一般測(cè)試僅在最高階調(diào)制方式（例如：64QAM）下進(jìn)行。具體測(cè)試拓?fù)鋱D見(jiàn)圖4（以下行為例），使用數(shù)據(jù)測(cè)試工具進(jìn)行下行灌包，接入設(shè)備在工作業(yè)務(wù)帶寬下發(fā)送下行信號(hào)；傳輸發(fā)起并穩(wěn)定后，在接收側(cè)使用速率測(cè)試軟件統(tǒng)計(jì)測(cè)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(shí)際發(fā)送時(shí)間占無(wú)線幀長(zhǎng)的比例和工作業(yè)務(wù)帶寬折算出峰值頻譜效率，計(jì)算方法如下：

下行峰值頻譜效率=下行峰值速率/工作業(yè)務(wù)帶寬/實(shí)際發(fā)送時(shí)間占無(wú)線幀長(zhǎng)的比例

圖4 接入設(shè)備下行峰值頻譜效率測(cè)試拓?fù)鋱D

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)230MHz頻段寬帶數(shù)傳系統(tǒng)技術(shù)要求制定的依據(jù)和具體相關(guān)要求進(jìn)行分析和闡述，并對(duì)其對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法開(kāi)展了分析和示例，重點(diǎn)說(shuō)明了測(cè)試中所注意的測(cè)試配置問(wèn)題。相關(guān)內(nèi)容可為無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)的測(cè)試和設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)制造提供參考和借鑒。