5G試驗網的頻率干擾分析

龍杰華 馮業偉

摘? 要：產生無線干擾的原因是多種多樣的，如不同運營商的網絡配置不合理、發射機的數據設置、周圍環境、小區重疊及電磁兼容等。當前全球多個國家已競相展開5G網絡技術開發，我國工業和信息化部于2018年12月正式發文，向中國電信、中國移動和中國聯通三家運營商發放了5G系統中低頻段試驗頻率的使用許可。5G試驗網建設應該充分考慮不同制式通信系統之間的天線隔離度和干擾協調，本文將針對5G試驗網的頻率干擾進行分析。

關鍵詞：無線干擾;隔離度;5G;衛星通信

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0053-04

Abstract：There are many reasons for wireless interference，such as? unreasonable network configuration of different operators，data setting of transmitters，surrounding environment，cell overlap and electromagnetic compatibility. At present，many countries around the world have launched the development of 5G network technology. In December 2018，the Ministry of Industry and Information Technology officially issued a paper to China Telecom，China Mobile and China Unicom to license the use of low-frequency test frequency in 5G system. The antenna isolation and interference coordination between different communication systems should be fully considered in the construction of 5G test network. The frequency interference of 5G test network is analyzed in this paper.

Keywords：wireless interference;isolation;5G;satellite communication

0? 引? 言

我國工業和信息化部于2018年12月10日正式發文向中國移動、中國聯通和中國電信三家運營商發放5G系統中低頻段試驗頻率的使用許可。其中，聯通和電信分別獲得3500MHz頻段的試驗頻率使用許可，移動獲得了2600MHz頻段和4900MHz頻段的試驗頻率使用許可，具體的頻率分配如表1所示。

工業和信息化部在發文中指出，將積極引導三家基礎電信運營商做好5G系統試驗的基站部署，開展5G系統基站與同頻段、相鄰頻段衛星地球站等其他無線電臺站之間的干擾協調工作，保障各類無線電業務能兼容共存，促進5G產業的健康及快速發展。下文針對5G試驗網的頻段干擾進行分析，分析不同制式通信系統之間的天線隔離度和干擾協調。

1? 5G的概念

“5G”即第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，是由3GPP負責制定的。

5G是真正的變革到IoT的基石，服務于全聯接社會的構筑;5G網絡基于云，驅動移動互聯網（人與人通信）與移動物聯網（物與物通信）的大發展;5G等于當前技術的持續演進（LTE-A）加上革命性技術的創新（新空口與新架構）;5G的關鍵是構建基于用戶和業務導向的，基于大數據和云的智能IT平臺;與2G、3G、4G不同，5G并不是一個單一的無線接入技術，也不是幾個全新的無線接入技術，5G是一個真正意義上的融合網絡;對比2G、3G和4G，除了高容量的需求外，5G將引入超大連接數和超低時延等。

2? 5G試驗網頻率的同頻、鄰頻干擾源分析

我國的移動通信系統目前是2G、3G、4G三代系統并存，所使用的頻率分布從825MHz到2655MHz，不同制式對應的頻段如表2所示。

通過表格對比，發現5G試驗網所用頻率的2575MHz-2635MHz頻段為現有中國移動TD-LTE系統占用的頻段。這對于5G試驗網來說是潛在的同頻干源。

另外一個需重點關注的同頻、鄰頻干擾源是衛星通信系統。根據最新的《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》，S頻段、C頻段都部署著衛星通信系統的固定業務，占用的頻段如表3所示。

由上可知，5G試驗網所用的3400MHz-3600MHz頻段跟衛星通信系統所用頻段重合，所用的4800MHz-4900MHz也跟衛星通信系統所用頻段相鄰。

無論是同頻干擾還是鄰頻干擾，都會不同程度上影響5G試驗網的網絡質量與容量。因此，需要通過分析得到降低干擾甚至規避干擾的解決方案。

3? 5G頻段試驗頻率干擾分析

3.1? 多系統間的干擾分析和計算方法

3.1.1? 干擾隔離度的計算方法

系統間干擾生成示意圖如圖1所示。

雜散干擾分析和計算公式：

雜散隔離度=干擾系統的雜散功率-受干擾系統允許的干擾信號強度

干擾系統的雜散功率與設備有關系，一般會高于協議指標。

受干擾系統所允許的干擾信號強度計算公式：

其中，R表示低噪抬升量，Mmargin表示允許的干擾信號強度相對于受干擾系統接收機低噪的差值，單位均為dB。

阻塞干擾的分析和計算公式：

干擾系統的發射功率與設備的配置功率有關，一般按照推薦值給定。受干擾系統所允許的阻塞功率與設備有關，一般需要實際測試得到。且高于協議要求的射頻指標。

3.2? 空間隔離距離的計算方法

空間水平隔離如圖2所示。

其中：D為兩天線之間的水平距離，單位：米;λ為自由空間波長，單位：米;Gt為發射天線增益，注意是相對接收天線方向的增益;Gr為接收天線增益，注意是相對發射天線方向的增益。

垂直隔離距離如圖3所示。

3.3? 主要的干擾規避措施

措施一：增加空間傳播的損耗并削弱到達接收機設備的干擾信號的強度。

措施二：接收機增加接收濾波器增強抗阻塞的能力，或者提高發射機濾波器的帶外抑制指標或者串接濾波器。

措施三：調整天線的方向角及下傾角，以降低天線之間的增益。

4? 5G試驗網頻段與衛星通信系統干擾分析

工信部發布的5G系統中低頻段試驗頻率包括2600 MHz、3500MHz和4900MHz頻段，與衛星地球站等無線電臺（站）同頻段及鄰頻段。需協調5G系統基站與同頻段、相鄰頻段衛星地球站的干擾工作，保證各種無線電業務的兼容性和共存。

4.1? 5G試驗網頻段與衛星地球站信號的干擾及危害

根據國際電信聯盟ITU-R S.1432-1建議書，在衛星地球站的工作頻段及其鄰頻段范圍內，在晴空的條件下，干擾信號限值比衛星地球站接收系統的噪聲功率低12dB，超過該限值的干擾信號可能會對衛星地球站造成有害的干擾。根據國際電信聯盟ITU-R S.2199-0報告，當衛星地球站接收到的干擾信號的總功率超過-60dBm時，就會發生飽和干擾，致使衛星地球站發生故障。

衛星轉發器的主要器件之一是高功放，其特征是當輸入功率幅度小于飽和點時，高功放則在線性區工作，如果輸入功率進一步超過該飽和點時，則高功放進入飽和區或過飽和區。在過飽和區，高功率放大器的輸出功率不僅大大減低，而且還會有大信號壓縮小信號功率現象出現。外來大強度信號在一定范圍內對衛星接收通道實行功率占用，導致干擾信號的場強遠大于正常衛星到達地面的場強，從而干擾衛星信號的接收。

4.2? 5G試驗網頻段與衛星地球站信號干擾規避措施

基站的部署是5G系統運營的基礎，而解決好5G基站與其相同頻段或相鄰頻段內的衛星地球站等無線電臺（站）之間的有害干擾，是5G基站大規模部署的前提。為確保我國5G基站的健康發展，充分、合理且有效地利用好無線電頻譜資源，解決好5G基站與衛星地球站之間的干擾問題，規范協調管理方法，優化5G基站的設置審批流程以提高工作效率，工業和信息化部于2018年12月印發了《3000-5000MHz頻段第五代移動通信基站與衛星地球站等無線電臺（站）干擾協調管理辦法》（以下簡稱《辦法》）。

《辦法》要求，5G基站的設置和使用單位應按照“頻帶外讓頻帶內、次要業務讓主要業務、后用讓先用、無規劃讓有規劃”的原則來部署及規劃建設5G基站，積極開展與同頻段及相鄰頻段的合法無線電臺（站）使用單位的干擾協調工作，并主動向當地無線電管理單位報告協調的進展情況。如果與法定的無線電臺（站）使用單位無法在規定的時間內達成協議時，可向當地無線電管理單位提出協助請求。

5G基站的設置和使用單位需嚴格遵循所獲得的無線電頻率使用許可證所規定的各類事項使用無線電頻率。頻段在3300-3400MHz內的5G基站禁止室外使用，遇到相互干擾的問題應該向當地無線電管理單位報告并尋求協調解決問題。

在干擾協調區域內設置和使用3300MHz-3600MHz頻段、4800MHz-5000MHz頻段的5G基站，應與衛星地球站等無線電臺（站）開展干擾協調工作，以避免對衛星地球站等無線電臺（站）的信號傳播造成有害干擾。

對于3400MHz-4200MHz頻段范圍內依法設置的衛星地球站，如5G基站發射信號可能會對衛星地球站接收信號產生同頻干擾、鄰頻干擾或減敏干擾，建議安裝濾波器或者更換高頻頭、實行地理隔離、安裝屏蔽網、降低5G基站的發射功率及調整5G基站天線最大輻射方向等措施以減輕或消除5G基站對衛星地球站的信號傳播有害干擾。

5? 移動5G試驗網頻段與TD-LTE（D）頻段干擾分析

TD-LTE網絡與5G試驗網有沖突的頻段為2575MHz-2635MHz，目前中國移動在該頻段上部署TD-LTE的D頻網絡，主要建設宏基站用于室外的信號覆蓋以及提升網絡容量，分3個頻點每個帶寬20MHz。由于該頻段的5G試驗網牌照也歸屬中國移動，因此最優的規避干擾方案就是中國移動在建設該頻段的5G試驗網之前，提前對TD-LTE（D）頻網絡進行清頻處理。

首先可在5G試驗網部署2515MHz-2575MHz頻段共計60MHz帶寬，同時清退TD-LTE網絡的D1頻點，形成20MHz的隔離頻段。再根據5G試驗網的建設需要擴寬頻段，逐步清退D2、D3頻點，最終形成5G試驗網在該頻段上獨占160MHz帶寬。

6? 結? 論

本文從5G試驗網頻段與同頻段、鄰頻段衛星地球站等其他無線電臺站的干擾及移動5G試驗網頻段與TD-LTE（4G）頻段干擾進行了分析，提出了相關規避措施，為后續5G試驗網建設提供了思路。

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作者簡介：龍杰華（1984.05-），男，漢族，廣東湛江人，所長，工程師，工學學士，研究方向：通信設計及無線規劃;馮業偉（1988.07-），男，漢族，廣東德慶人，設計項目主管，工程師，工學學士，研究方向：通信設計及無線規劃。