IMT系統(tǒng)對1 518～1 525 MHz頻段衛(wèi)星移動系統(tǒng)的干擾

韓銳 ，張曉燕 ，劉暢 ，王冠

（1.國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037；2.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

IMT系統(tǒng)對1 518～1 525 MHz頻段衛(wèi)星移動系統(tǒng)的干擾

韓銳1，張曉燕1，劉暢1，王冠2

（1.國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037；2.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

為分析在1 518～1 525 MHz頻段附近部署IMT系統(tǒng)的可行性，在梳理了國際電信聯(lián)盟建議書和《無線電規(guī)則》的基礎上，通過理論分析和仿真計算等手段，就1 492～1 518 MHz頻段IMT系統(tǒng)對1 518～1 525 MHz頻段衛(wèi)星移動系統(tǒng)的干擾問題進行了深入分析。針對IMT系統(tǒng)基站對衛(wèi)星移動系統(tǒng)終端在不同場景下的干擾鏈路，采用蒙特卡洛仿真方法對阻塞干擾與鄰頻干擾進行計算仿真。仿真結果給出了不同場景下的阻塞干擾概率以及兩個系統(tǒng)鄰頻共存的條件。研究結果可為我國無線電管理部門對該頻段鄰頻的未來規(guī)劃提供理論支撐。

衛(wèi)星移動系統(tǒng)；IMT系統(tǒng)；干擾分析；頻譜管理

1 引言

2003年的世界無線電大會延續(xù)了上屆大會的1.9議題以及第226、227號決議，最終確定1 518～1 525 MHz頻段作為衛(wèi)星移動業(yè)務（mobile satellite service，MSS）的主要業(yè)務劃分［1］。而根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》（2014年），上述頻段在我國作為次要業(yè)務劃分給衛(wèi)星移動 業(yè) 務［2］。

考慮到在目前的《無線電規(guī)則》（2012年）中，移動業(yè)務在1 492～1 518 MHz頻段是主要業(yè)務，并且該頻段傳播特性良好，有利于 IMT（international mobile telecommunications）系統(tǒng)的部署，因此已成為IMT的熱門候選頻段，是ITU-R（ITU Radiocommunication Sector）和 ITU-R 4～7 聯(lián)合工作組以及其他各區(qū)域組織的研究熱點。3GPP規(guī)范已把該頻段列入LTE-FDD的候選頻段，規(guī)劃為2段，標識為Band11和 Band21，Band11 的頻率為 1 427.9～1 447.9 MHz／1 475.9～1 495.9 MHz，共 2×20 MHz；Band21 的頻率為 1 447.9～1 462.9 MHz／1 495.9～1 510.9 MHz，共 2×15 MHz。

在國際衛(wèi)星頻率及空間軌位資源競爭日趨激烈的今天，適合我國建立全球衛(wèi)星移動系統(tǒng)的優(yōu)質頻率資源已少之又少，并且我國還未有自主研發(fā)的衛(wèi)星移動系統(tǒng)。當前在野外勘探、海上應用、災難應急等領域，只能依賴國外衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)［3］。因此研究 1 518～1 525 MHz頻段衛(wèi)星移動系統(tǒng)與鄰頻的IMT系統(tǒng)之間的兼容共存十分重要。參考文獻［4］研究了在1.4 GHz頻段附近部署TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)時，與衛(wèi)星廣播業(yè)務（broadcasting satellite service，BSS）兼容共存的情況，通過仿真評估了兩系統(tǒng)在不同地球站仰角下需要的最小保護距離。參考文獻［5］討論了在1 427～1 518 MHz頻段內(nèi)IMT系統(tǒng)與同頻的航空遙測以及鄰頻的衛(wèi)星移動的兼容性問題，但并未考慮IMT系統(tǒng)中的衛(wèi)星移動系統(tǒng)終端在同一地理區(qū)域共存時的干擾情況。針對衛(wèi)星移動系統(tǒng)的上行頻段，參考文獻［6］分析了在1 668～1 675 MHz頻段衛(wèi)星移動系統(tǒng)與無線電探空系統(tǒng)共存的可行性。

上述參考文獻圍繞1.5 GHz附近相關頻段衛(wèi)星移動業(yè)務或廣播業(yè)務與其他業(yè)務之間的共存問題進行了研究，但在 1 492～1 518 MHz頻段，IMT 系統(tǒng)對 1 518～1 525 MHz頻段衛(wèi)星移動業(yè)務系統(tǒng)間的干擾問題還需進一步研究。因此，本文針對上述頻段衛(wèi)星移動業(yè)務系統(tǒng)與其鄰頻的IMT系統(tǒng)間的阻塞干擾和鄰頻干擾問題展開了研究，以期為我國無線電管理部門對相關頻段的業(yè)務規(guī)劃提供理論支撐。

2 頻率劃分概述

依據(jù) 《無線電規(guī)則》，1 492～1 525 MHz頻段在國際電信聯(lián)盟的劃分情況見表1。在1 492～1 518 MHz頻段中，固定業(yè)務、移動業(yè)務為主要業(yè)務，其中一區(qū)的移動業(yè)務不包括航空移動業(yè)務。在1 518～1 525 MHz頻段中，固定業(yè)務、移動業(yè)務和衛(wèi)星移動業(yè)務為主要業(yè)務，其中一區(qū)的移動業(yè)務不包括航空移動業(yè)務。

表1 國際1 492～1 525 MHz頻率劃分情況

在國內(nèi)，依據(jù) 《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，1 492～1 525 MHz頻段的劃分情況見表 2。在 1 492～1 518 MHz頻段中，中國大陸的主要業(yè)務包括固定業(yè)務和移動業(yè)務，次要業(yè)務包括無線電定位；香港地區(qū)未做出劃分；澳門地區(qū)主要業(yè)務包括固定業(yè)務和移動業(yè)務。在1 518～1 525 MHz頻段中，中國大陸的主要業(yè)務包括固定業(yè)務和移動業(yè)務，次要業(yè)務包括無線電定位和衛(wèi)星移動業(yè)務；香港地區(qū)主要業(yè)務包括固定業(yè)務和衛(wèi)星移動業(yè)務；澳門地區(qū)主要業(yè)務包括固定業(yè)務、移動業(yè)務和衛(wèi)星移動業(yè)務。

表2 我國1 492～1 525 MHz頻率劃分情況

總體來看，要在1 492～1 518 MHz頻段內(nèi)部署IMT系統(tǒng)，需要考慮其與鄰頻的衛(wèi)星移動系統(tǒng)的兼容共存問題，尤其是具有較大發(fā)射功率的IMT基站對具有全向接收特性的衛(wèi)星移動系統(tǒng)終端的干擾。下文將對兩系統(tǒng)間潛在的干擾進行分析，并最終通過仿真得到IMT基站對衛(wèi)星移動業(yè)務終端造成的阻塞干擾概率以及IMT系統(tǒng)與衛(wèi)星移動業(yè)務共存所需的隔離度。

3 潛在干擾分析

衛(wèi)星移動系統(tǒng)在1 518～1 525 MHz被分配為地對空頻段，即衛(wèi)星的下行鏈路。IMT系統(tǒng)在與其相鄰的1 492～1518 MHz頻段上可以進行雙向通信，即IMT系統(tǒng)的基站與終端都有收發(fā)信息的可能。因此，兩系統(tǒng)間的干擾鏈路主要可分為IMT系統(tǒng)終端發(fā)射對衛(wèi)星移動系統(tǒng)手持終端接收的干擾和IMT系統(tǒng)基站發(fā)射對衛(wèi)星移動系統(tǒng)手持終端接收的干擾，干擾鏈路如圖1所示。由于IMT基站的發(fā)射功率要遠遠高于IMT終端，并且為了滿足覆蓋與服務要求，需要一直保持在工作狀態(tài)，并且IMT終端同時發(fā)送數(shù)據(jù)的概率較低，因此本文主要分析IMT基站發(fā)射對衛(wèi)星移動手持終端接收的干擾鏈路。

圖1 干擾鏈路示意

在后續(xù)的干擾仿真計算中，主要分析鄰頻的IMT基站對衛(wèi)星移動手持終端產(chǎn)生的阻塞干擾與鄰頻干擾。IMT系統(tǒng)的參數(shù)主要使用ITU-R WP5D 16次會議中輸出的聯(lián)合工作組主席報告［7］以及3GPP關于IMT基站的技術報告［8］。因 1 518～1 525 MHz頻段目前并未開展衛(wèi)星移動業(yè)務，因此衛(wèi)星移動手持終端參數(shù)的選取參考緊鄰該頻段的1 525～1 559 MHz頻段中衛(wèi)星移動手持終端參數(shù)?？紤]到1 518～1 525 MHz頻段的傳播特性以及IMT基站在市區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村3種典型部署場景，選取國際電信聯(lián)盟推薦的 ITU-R P.1546-5［9］作為仿真分析使用的傳播模型。

4 算法及仿真分析

4.1 IMT系統(tǒng)對衛(wèi)星移動系統(tǒng)的阻塞干擾

阻塞干擾是指干擾信號在接收機的相鄰頻段產(chǎn)生強度較大的干擾信號，使得受干擾接收機的非線性器件產(chǎn)生失真甚至飽和，從而造成受干擾接收機靈敏度降低，無法正常接收有用信號。本文首先考慮在IMT基站與衛(wèi)星移動手持終端最小路徑損耗的條件下，基于最小耦合損耗（minimum coupling loss，MCL）計算 IMT基站對衛(wèi)星移動手持終端的阻塞干擾功率，之后通過衛(wèi)星移動手持終端在IMT不同部署場景下的位置分布，仿真計算衛(wèi)星移動手持終端在該阻塞干擾功率下的阻塞干擾概率。

4.1.1 仿真場景及計算

（1）基于MCL方法的阻塞干擾計算：

其中，Iblocking是衛(wèi)星移動系統(tǒng)終端接收到的阻塞干擾功率，TxPower是IMT基站發(fā)射機的最大發(fā)射功率，MCL是IMT基站與衛(wèi)星移動手持終端之間的最小耦合損耗，包含最小路損、插入損耗、天線增益。本文選取3GPP技術報告建 議 的 典 型 值［10］。

（2）基于位置分布的阻塞干擾計算，可分析系統(tǒng)可用度。

其中，GTX是IMT基站的最大發(fā)射天線增益，GRX是衛(wèi)星移動手持終端的接收天線增益，LTX是IMT基站的饋線損耗，PL是IMT基站到MES之間的路徑損耗。

在仿真拓撲結構中，采用3GPP技術報告中的仿真場景［8］，IMT系統(tǒng)的拓撲結構采用19小區(qū)57扇區(qū)的拓撲結構，如圖2所示。仿真場景考慮IMT基站部署在市區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村3種場景中。

系統(tǒng)仿真參數(shù)見表3。

圖2 IMT基站位置拓撲

表3 仿真參數(shù)設置

4.1.2 仿真結果與分析

（1）基于MCL方法的計算

基于MCL方法的計算結果見表4。

表4 基于MCL的阻塞干擾計算

由此可見，在最小耦合損耗的條件下，IMT基站對衛(wèi)星移動手持終端的干擾功率譜密度不應當超過-97dBm／Hz，否則會使衛(wèi)星移動手持終端的放大器進入飽和區(qū)，無法正常工作。

（2）基于位置分布的仿真結果

衛(wèi)星移動手持終端隨機分布于IMT系統(tǒng)的中心小區(qū)，通過多次仿真快照的方式來統(tǒng)計衛(wèi)星移動手持終端受到IMT基站的阻塞干擾概率。3種不同場景下的阻塞電平門限值為-97 dBm／Hz，考慮衛(wèi)星移動手持終端位置分布的隨機性對仿真的影響，每種場景仿真1 000次。

從圖3可以看出，在農(nóng)村場景下，由于IMT基站之間距離很遠，因此衛(wèi)星移動手持終端出現(xiàn)在基站下方的概率非常低，系統(tǒng)的阻塞干擾概率為0；在郊區(qū)場景下，系統(tǒng)的阻塞干擾概率上升至2.6%；在城區(qū)場景下，由于基站間的站間距較為緊湊，衛(wèi)星移動手持終端受到的阻塞干擾概率大幅增加至13.1%。仿真結果說明，當基站分布密度變大時，衛(wèi)星移動手持終端會以較大概率分布在基站附近，導致手持終端受到基站阻塞干擾的概率增加，降低了衛(wèi)星移動系統(tǒng)的可用性。

4.2 IMT系統(tǒng)對衛(wèi)星移動系統(tǒng)的鄰頻干擾

IMT系統(tǒng)對衛(wèi)星移動系統(tǒng)的鄰頻干擾由IMT基站的鄰道泄露比（adjacent channel leakage ration，ACLR）和衛(wèi)星移動手持終端接收機的鄰道選擇性 （adjacent channel selection，ACS）共同決定。發(fā)射端的ACLR和接收端的ACS共同作用的結果可以用鄰道干擾比 （adjacent channel interference ratio，ACIR）表示，定義為干擾系統(tǒng)發(fā)送的總功率與被干擾系統(tǒng)接收的總干擾功率的比例。因此ACIR可以認為是兩個系統(tǒng)間設備本身帶來的系統(tǒng)隔離度，ACIR越大，則兩個系統(tǒng)共存的可能性越高。

圖3 不同場景下衛(wèi)星移動終端受到的阻塞干擾概率

4.2.1 仿真場景及計算

在IMT系統(tǒng)中，第i個基站對衛(wèi)星移動手持終端產(chǎn)生的鄰頻干擾表示為：

其中，TxPower是IMT基站發(fā)射機的最大發(fā)射功率；GTX與GRX分別是IMT基站的發(fā)射天線增益和衛(wèi)星移動手持終端的接收天線增益；LTX是IMT基站的饋線損耗，表示IMT基站到衛(wèi)星移動手持終端的路徑損耗；ACIR是鄰道干擾比，表示系統(tǒng)間設備本身帶來的系統(tǒng)隔離度。在19小區(qū)的仿真場景中，IMT基站對衛(wèi)星移動終端產(chǎn)生的集總干擾為：

因此，系統(tǒng)所需的額外隔離度表示為：

其中，Isolation是系統(tǒng)共存所需要的額外隔離度，Ith是衛(wèi)星移動手持終端接收機的干擾門限值。

衛(wèi)星移動手持終端的干擾保護準則借鑒ITU-R建議的長期干擾標準［11］，同時參考我國目前終端設備的制造水平，采用的干擾保護準則。用I作為手持終端接收機的接收干擾門限值；N為衛(wèi)星移動手持終端接收機噪聲電平；通過廠商調研，選取手持終端的噪聲溫度T=26 dBK。

針對ACIR已知的情況，通過式（3）～式（5）可以計算衛(wèi)星移動手持終端在每次仿真中所需的額外隔離度。當仿真完成時，取所需額外隔離度CDF曲線上95%處的值作為系統(tǒng)共存所需要的額外隔離度。在計算過程中，假設衛(wèi)星移動手持終端具有理想的鄰道選擇性，因此ACIR的取值可由ACLR計算得到。IMT系統(tǒng)與衛(wèi)星移動系統(tǒng)在保護帶寬條件下的ACLR取值可由3GPP相關技術標準［12］中的發(fā)射機頻譜發(fā)射模板計算獲得。

針對ACIR可以提高的情況，在仿真計算中將ACIR的取值范圍設置為30～90 dB，間隔10 dB取值。通過式（5）可以得到衛(wèi)星移動手持終端在每次仿真中所需的額外隔離度。當仿真完成時，同樣取所需額外隔離度CDF曲線上95%處的值作為系統(tǒng)共存所需的額外隔離度。

IMT系統(tǒng)的拓撲結構如圖2所示，采用每小區(qū)3扇區(qū)共19小區(qū)的結構。衛(wèi)星移動手持終端在IMT系統(tǒng)服務區(qū)內(nèi)隨機撒點，通過多次快照的方式分析IMT基站對衛(wèi)星移動手持終端的集總干擾。

4.2.2 仿真結果與分析

表5給出了通過參考文獻［10］中的IMT基站頻譜發(fā)射模板計算出的不同保護帶寬間隔條件下，衛(wèi)星移動手持終端與IMT基站之間的ACLR取值，從而通過第4.2.1節(jié)的假設得到兩系統(tǒng)間的ACIR值。

表5 不同保護帶寬間隔條件下衛(wèi)星移動手持終端與IMT基站之間的ACIR取值

圖4給出的是通過1 000次獨立仿真，根據(jù)目前技術條件下的ACIR取值，在不同場景的基站部署情況下兩系統(tǒng)共存所需的額外隔離度與保護帶寬之間的關系。從圖4可以看出，在3種不同的場景下，兩系統(tǒng)在不需要保護帶寬時，共存所需的額外隔離度分別為0、20 dB和30 dB，因此僅在農(nóng)村場景中不需要保護帶寬即可保證IMT系統(tǒng)不對衛(wèi)星移動系統(tǒng)產(chǎn)生鄰頻干擾。在郊區(qū)和城區(qū)場景下，由于基站分布相對較密，衛(wèi)星移動手持終端受到的鄰頻干擾變大，即使劃分10 MHz的保護帶寬，依然分別需要10 dB與17 dB的系統(tǒng)額外隔離度才能保證衛(wèi)星移動系統(tǒng)不受鄰頻IMT系統(tǒng)的干擾。

圖4 不同場景下系統(tǒng)共存所需額外隔離度與保護帶寬之間的關系

假設ACIR可以通過技術進步而提高，不同場景下衛(wèi)星移動系統(tǒng)不受IMT系統(tǒng)鄰頻干擾所需的額外隔離度與ACIR之間的關系如圖5所示。從圖5中可以看出，當ACIR取值37.7 dB時，衛(wèi)星手持移動終端僅在農(nóng)村場景下不受IMT基站的鄰頻干擾。根據(jù)仿真可知，如果在3種場景下都不需要額外的系統(tǒng)隔離度，那么ACIR值需要提升至70 dB才能保證兩系統(tǒng)共存。提升系統(tǒng)本省的隔離度，一方面需要基站發(fā)射端具有更小的鄰道泄露特性，以提高鄰道泄露比；另一方面也需要終端接收機具有更好的鄰道選擇特性，提高對鄰道干擾功率的衰減能力。

圖5 不同場景下系統(tǒng)共存所需額外隔離度與ACIR之間的關系

5 結束語

本文針對我國1 518～1 525 MHz頻段附近IMT系統(tǒng)與衛(wèi)星移動系統(tǒng)間的干擾進行了研究，通過理論分析和仿真計算等方法，研究了IMT系統(tǒng)基站對衛(wèi)星移動系統(tǒng)終端在不同場景下的阻塞干擾與鄰頻干擾。仿真結果表明，在基于最小耦合損耗計算得到的阻塞電平值下，衛(wèi)星移動手持終端在城區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村場景下受到IMT基站阻塞干擾的概率分別為13.1%、2.6%、0。在農(nóng)村場景條件下，當前ACIR指標可以保證衛(wèi)星移動手持終端不需要保護帶寬即可不受IMT基站的鄰頻干擾，而在另外兩種場景下，即使在兩系統(tǒng)間分配10 MHz的保護帶寬也無法避免IMT基站的鄰頻干擾；另一方面，如果通過技術手段將ACIR提高至70 dB，即使在基站分布密度最大的城市場景，也可保證兩系統(tǒng)的共存。本文的研究結果具有一定的參考性與實用性，可為我國無線電管理部門對該頻段相關業(yè)務的劃分提供理論支撐。

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Interference from IMT system to mobile satellite system in 1 518～1 525 MHz band

HAN Rui1，ZHANG Xiaoyan1，LIU Chang1，WANG Guan2
1.State Radio Monitoring Center，Beijing 100037，China 2.Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China

In order to analyze the feasibility of deploying mobile satellite system below 1 518～1 525 MHz band，the interference from the IMT system in 1 492～1 518 MHz band to the mobile satellite system in 1 518～1 525 MHz band wasstudied in detailvia theoreticalanalysisand simulationsbased on thecombingofthe ITU recommendations and radio regulation.Aiming at the interference link from IMT base station to the terminal of mobile satellite system in different scenarios，the Monte Carlo simulation method was used to calculate the blocking and the adjacent channel interference.The interference blocking probability and the coexisting conditions between the two systems in adjacent band were given in the simulation results.The conclusion can be used to support the planning of adjacent band by national radio management department.

mobile satellite system，IMT system，interference analysis，spectrum management

2015-11-08；

2015-12-31

TN927

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016046

韓銳（1984-），男，博士，國家無線電監(jiān)測中心工程師，主要研究方向為無線通信和電磁兼容。

張曉燕（1982-），女，博士，國家無線電監(jiān)測中心工程師，主要研究方向為電波傳播、無線通信和電磁兼容。

劉暢（1987-），女，國家無線電監(jiān)測中心工程師，主要研究方向為無線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源管理、衛(wèi)星頻率國際協(xié)調、兼容共存。

王冠（1985-），女，環(huán)境保護部核與輻射安全中心工程師，主要研究方向為電磁兼容與環(huán)境影響評價。