超寬帶UWB設(shè)備與5G通信系統(tǒng)干擾研究

孟水仙

近年來，超寬帶（USB）技術(shù)以手機為核心進行感知測距和物聯(lián)網(wǎng)遙控的應(yīng)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(shù)優(yōu)勢，有效避開兩者可能的干擾，從設(shè)備端或管道傳輸層面兩者進行融合，將會產(chǎn)生巨大經(jīng)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(fā)展過程中，關(guān)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(guān)研究的實驗室仿真，以FCC、ETSI和中國規(guī)定的UWB發(fā)射功率限值，對比分析UWB系統(tǒng)對各系統(tǒng)的影響。有文獻得出結(jié)論TD-SCDMA終端抵抗UWB設(shè)備干擾的能力是最強的，WCDMA終端次之，而CDMA2000最差。中國規(guī)定的UWB設(shè)備發(fā)射功率的限值是最嚴格的，F(xiàn)CC規(guī)定的UWB發(fā)射功率的限值是最寬松的，因而符合我國規(guī)定條件下的UWB設(shè)備最不容易對3G終端造成干擾，F(xiàn)CC規(guī)定的反之，ETSI居中。也有研究表明同等條件下，UWB系統(tǒng)對DCS1800系統(tǒng)的影響要比GSM900的系統(tǒng)影響大。本文基于理論情況下，研究UWB與5G通信系統(tǒng)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?qū)⒂糜?G專網(wǎng)等。中國電信：3.5GHz頻段（3400MHz-3500MHz）。中國聯(lián)通：3.5GHz頻段（3500MHz-3600MHz）。中國廣電：4.9GHz頻段（4900MHz-5000MHz）。中國聯(lián)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(lián)通的5G頻段是連續(xù)的，兩家已宣布將基于3400MHz-3600MHz連續(xù)的 200MHz帶寬共建共享5G無線接入網(wǎng)。中國移動和中國廣電也已宣布共享2.6GHz頻段5G網(wǎng)絡(luò)，并按1：1比例共同投資建設(shè)700MHz5G無線網(wǎng)絡(luò)，共同所有并有權(quán)使用700MHz 5G無線網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)。

根據(jù)規(guī)定，UMB無線電設(shè)備UWB發(fā)射信號的等效全向輻射功率譜密度限值如下表所示：

對數(shù)正態(tài)陰影衰減模型是UWB室內(nèi)信道實驗研究經(jīng)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(shù)，Xσ是0均值高斯分布隨即變量。σ是Xσ的標(biāo)準(zhǔn)差， γ和σ是信道的兩個重要參數(shù)，它們由通信系統(tǒng)周圍的環(huán)境的決定。ITU在總結(jié)了大量的統(tǒng)計模型的基礎(chǔ)上，給出了一個建議。具體參數(shù)見表2。

表2上NLOS指的是存在標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(shè)備的干擾。這樣做的好處是UWB可以在全球不同的地區(qū)都能普適工作，而無需擔(dān)心每個地區(qū)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(shù)十米的范圍內(nèi)。在實際測試中發(fā)現(xiàn)，隨著超寬帶設(shè)備數(shù)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(shè)備最近的那個UWB設(shè)備。因此，建立單個UWB設(shè)備的干擾模型是十分必要的，也是其他模型的基礎(chǔ)。單個UWB設(shè)備的干擾模型就是一個UWB設(shè)備輻射出的射頻信號經(jīng)過一段無線傳播路徑以后到達被干擾設(shè)備的接收天線被接收。

P0是指在自由空間中距發(fā)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(shù)取γ=4。

目前5G干擾值是按照RB（Resource Block：頻率上連續(xù)12個子載波，時域上一個slot，稱為1個RB）進行統(tǒng)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(shè)UWB路徑損耗是計算落在5G移動臺工作頻帶內(nèi)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(jù)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?nèi)☆l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(jù)上面所得公式得到“超寬帶（UWB ）技術(shù)頻率使用規(guī)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(jù)上表計算，當(dāng)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(chǎn)生干擾。

當(dāng)小于1m時：

由表5分析可知，可得到5G各頻段UWB設(shè)備可能產(chǎn)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(dāng)距離很近時，可能會產(chǎn)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(shè)時，如架設(shè)到礦區(qū)等一些場所，目前沒有覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，所以不會相互影響，在主城區(qū)，景點、碼頭等5G連續(xù)覆蓋的地方，密集布設(shè)就要考慮UWB避開5G使用的頻點，而一般室內(nèi)布設(shè)UWB，5G基站在室外的情況下，基本不會產(chǎn)生影響。

作者單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)無線電監(jiān)測站

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