6 GHz頻段IMT系統對衛星固定業務干擾分析

（中國電信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

5G 的部署將在未來幾年為用戶帶來巨大利益，同時為5G-NR 提供更多的中頻帶頻譜，對于以經濟高效的方式滿足全市（城市和郊區）以及服務欠缺地區的未來容量需求至關重要，可以為社會帶來巨大的收益。

在未來5G 所需的頻譜中，6 GHz 頻段是關鍵候選頻段，可在廣泛的5G 用例與功能的覆蓋范圍與容量方面實現良好的平衡。ITU-R 已開始籌備WRC-23 議題1.2[1]，以評估為IMT 分配6 425—7 125 MHz 的可行性。預計將于2021 年6 月完成技術參數和信道建模、新技術和功能，例如用于5G 有源天線系統（AAS）的精確波束方向控制，高帶寬和低功率頻譜密度[2]。

作為5G 中頻段的有效補充頻段，6 GHz 和當前中頻段C-Band 頻譜（上行頻率范圍5.925—6.425 GHz，下行頻率范圍3.7—4.2 GHz）類似，能夠良好均衡該頻段的覆蓋能力和容量能力，并能實現數百兆赫茲大帶寬頻譜連續分配，以滿足未來更大數據流量需求[3]。此外，6 GHz頻段的規劃有利于全球頻譜資源的統一規劃和使用，有利于未來移動通信產業的可持續發展。未來數年，5G 將不斷發展，給移動業務和用戶帶來巨大的效益，將6 GHz頻譜資源用于5G NR 以及后續演進技術是保證5G 業務的經濟可行性、普遍可負擔的關鍵因素之一。

頻譜資源具有稀缺性[4]，頻譜規劃是產業的起點，也將在很大程度上決定產業的發展方向、節奏和格局。根據我國無線電頻率劃分規定，5 925 MHz 以上頻率主要業務有固定業務、衛星固定業務（FSS,Fixed Satellite Service）和移動業務，其中5 925—7 125 MHz 頻段是C-Band FSS的上行頻段[5]，FSS 也是該頻段實際使用最多的無線電業務。不同系統業務共用同一頻段，能夠提高頻譜資源的利用率，為了科學、有效利用有限的頻譜資源，推動頻率精細化管理[6]，需要對6 GHz 頻段5G IMT 系統和衛星固定（地對空）業務的頻譜兼容性進行研究分析。

1 干擾場景及研究方法

（1）干擾場景

IMT 系統在6 GHz 頻段下采用TDD 方式，因此FSS（地對空）受擾方分別來自IMT 基站干擾和IMT 用戶干擾，如圖1 所示：

圖1 6 GHz頻段IMT系統干擾FSS（地對空）示意圖

（2）仿真方法

在每次仿真中針對每個衛星軌位，計算所有基站的集總I/N（干擾噪聲比），每條干擾鏈路上IMT 基站或用戶指向FSS 空間電臺的天線增益均基于實際位置實時計算。

仿真中的主要步驟包括：

步驟1：確定仿真區域并計算仿真區域內部署的IMT基站總數；

步驟2：依據建議書ITU-R M.2101[7]的相關方法生成IMT 基站，并完成用戶的接入和功控過程；

步驟3：合并IMT 基站和用戶的集總I/N，給出最終的干擾結果。

通過上述3 個步驟，即可確定IMT 系統對FSS 空間電臺的集總I/N。此外，由于智能制造場景包括室內和室外兩種場景類型，為充分考慮未來多種不同的建網方案，該研究中將分別提供室內獨立組網方案、室外獨立組網方案兩種不同組合方式下的仿真結果。

（3）干擾分析方法

單個5G IMT 基站對空間電臺的I/N：

式(1)中，IBSn是第n個IMT基站在空間電臺處產生的干擾；N是噪聲；PBSn是第n個IMT基站的發射功率；GtBSn是第n個IMT基站在空間電臺方向的天線增益；L為IMT基站到空間電臺的路徑損耗，對于室內基站場景，L包括自由空間損耗LFS和建筑穿透損耗LBuild，對于室外基站場景，L僅為自由空間損耗LFS；Gnr為空間電臺天線朝IMT基站方向的增益。

建筑穿透損耗LBuild根據ITU-R P.2109 建議書[8]獲得。IMT 基站到空間電臺的自由空間損耗[9]為：

式(2)中f為載波所用頻率，單位為MHz；r為IMT基站到空間電臺的距離，單位為km。

最后，所有IMT 基站對空間電臺造成的集總干擾為：

單個5G IMT 用戶對空間電臺的I/N：

式(2)中，IUEn是第n個IMT用戶在空間電臺處產生的干擾；N是噪聲；PUEn是第n個IMT用戶的發射功率；GtUEn是第n個IMT用戶在空間電臺方向的天線增益；L為IMT用戶到空間電臺的路徑損耗（同IMT基站側相同）；Grn為空間電臺天線朝IMT用戶方向的增益。

最后，所有5G 用戶對空間電臺造成的集總干擾為：

5G 基站采用蜂窩網絡方式進行部署，而由于5G 用戶位置的隨機性和天線的方向性等因素，其對空間電臺造成的干擾也具有隨機性。因此，本文采用蒙特卡洛仿真方法，每一次仿真快照中隨機部署用戶，計算5G 基站和用戶互相進行通信時，基站和用戶對空間電臺造成干擾。經過多次仿真，統計集總I/N及其累積分布函數（CDF）曲線，以分析5G IMT 系統對空間電臺的干擾情況。

2 仿真參數

（1）IMT 系統仿真參數

表1 和表2 分別給出了3GPP TS38.824 A2.2 節[10]提供的6 GHz頻段IMT系統智能制造場景基站側和用戶側的仿真參數。

表1 6 GHz頻段IMT系統智能制造場景基站側仿真參數

表2 6 GHz頻段IMT系統智能制造場景用戶側仿真參數

表1 中的Rc代表實際需要覆蓋的面積與工業用地總面積的比值，Rd代表工業用地面積與國土面積的比值[11]，兩者可以確定IMT 用于共存研究大面積部署的數量。

用于共存研究的大面積部署的數量值（Dl）根據式(5)計算：

其中，DS為智能制造室外或室內場景的基站密度，Rc為覆蓋面積和工業用地占比，Rd為工業用地面積占全國國土面占比，S為國土面積。根據Rc和Rd，計算得全國總計約有8 256 萬個室內基站或103.68 萬個室外基站。

智能制造室內場景基站分布示意圖如圖2 所示。

圖2 智能制造室內場景基站分布示意圖

（2）FSS 空間電臺仿真參數

表3 給出了5 925-7 125 MHz 頻段衛星固定（地對空）業務空間電臺仿真參數：

表3 5 925-7 125 MHz頻段FSS空間電臺仿真參數

3 仿真結果及分析

分別仿真計算衛星空間電臺在不同軌位接收到的來自兩種場景IMT 系統集總I/N。室內場景和室外場景下，3 個衛星軌位受到地面IMT 系統集總I/N CDF 曲線分別如圖3 和圖4 所示，集總I/N 干擾仿真結果分別如表4 和表5 所示，長期集總I/N 取CDF 80% 位置取值，短期集總I/N 取CDF 99.999 6% 位置取值。

圖3 智能制造室內場景集總I/N CDF曲線

圖4 智能制造室外場景集總I/N CDF曲線

表4 智能制造室內場景仿真結果

表5 智能制造室外場景仿真結果

在本文仿真條件下，智能制造室內獨立組網時，IMT系統對空間電臺無干擾，對于長期保護，還有6.97～9.26 dB的余量，對于短期保護，還有11.25～13.59 dB 的余量；智能制造室外獨立組網時，IMT 系統對空間電臺無干擾，對于長期保護，還有2.07～2.7 dB 的余量，對于短期保護，還有6.29～8.5 dB 的余量。

4 結束語

工業互聯網作為如今工業革命的核心推動力，智能制造的實現需要工業互聯網打造全新的工業生態系統。而6 GHz 作為移動寬帶發展頻譜使用，有利于未來5G 網絡建設及產業持續健康發展。本文就6 GHz 頻段5G 智能制造場景IMT 系統對FSS 空間電臺集總干擾情況進行了研究，結論表明，在本文仿真條件下，對于長期保護和短期保護FSS 空間電臺均不受干擾，還可以綜合考慮基站數量、發射功率和下傾角等參數來使集總I/N接近保護準則，以提高IMT 系統的整體性能水平。此外，6 GHz 頻段還包括固定業務，還需研究IMT 系統與固定業務的干擾共存情況。