26 GHz频段国际移动通信应用与星间业务兼容性研究现状分析

王洪锋 陈军壮 肖文飞

(北京空间信息中继传输技术研究中心，北京 100094)

2015年世界无线电大会(WRC-15)通过第238号决议，即开展频率相关问题研究，为国际移动通信确定频段，包括可能在24.25 GHz与86 GHz之间频率范围内的部分频段划分为移动业务使用，以促进国际移动通信(IMT)在2020年及之后的发展[1]。此内容将作为2019年世界无线电大会的1.13议题。

其中26 GHz频段作为星间业务(ISS)的主用频段，承担着低轨卫星跟踪测控和数据中继的重要业务，如果将该频段分配给国际移动通信使用，存在着影响既有业务的风险。为此本文从该频段应用现状、兼容性分析的必要性等方面阐述了兼容性分析的需求与分析内容，基于国内外兼容性分析的研究初步结果开展分析，并对后续的研究方向提出建议。希望保护既有业务不受影响，并推动兼容性分析研究的进一步深入开展。

1 IMT频段选择国际形势分析

WRC-15第238号决议所述各频段可用带宽如表1所示。

主要目的是为满足超低时延和极高比特率的要求，需要更宽的连续大段频谱。在2019年世界无线电大会(WRC-19)之前由国际电联(ITU)无线电管理部门开展并及时完成适当的共用和兼容性研究，同时考虑为下述频段的主要业务提供保护，主要包括以下11个作为主要业务得到划分的频段：24.25-27.5 GHz, 37-40.5 GHz，42.5-43.5 GHz，45.5-47 GHz，47.2-50.2 GHz，50.4-52.6 GHz，66-76 GHz和81-86 GHz，以及可能需要作为主要业务提供附加划分的31.8-33.4 GHz，40.5-42.5 GHz 和 47-47.2 GHz。

其中24.25-27.5 GHz频段(简称26 GHz频段)，是WRC-19 1.13议题11个候选频段中频段最低的一段。在ITU《无线电规则》频率划分表中，该频段将有移动业务的主要划分。26 GHz由于频段相对较低、带宽较大(3250 MHz连续带宽)等特点，在议题确立之后就被部分国家确定为优先研究并极力争取的频段[2]。

目前欧盟、中国和非洲地区围绕26 GHz频段IMT应用进行仿真分析研究，而美国、日本和韩国倾向于使用28 GHz频段。

(1)欧洲：欧盟无线电频谱政策工作组(RSPG)和欧洲邮电管理委员会(CEPT)将24.25-27.5 GHz、31.8-33.4 GHz、40.5-43.5 GHz作为候选频段，并将24.25-27.5 GHz频段作为24 GHz以上5G优先发展频段。但也说明需要根据频率共用研究情况，采取必要的技术和制度措施实现对数据中继卫星系统星上接收机的保护。

表1 各划分频率和可用带宽

(2)俄罗斯：为便于未来国际协调，俄联邦将24.25-27.5 GHz、31.8-33.4 GHz、40.5-42.5 GHz和66-71 GHz作为优先研究频段。

(3)阿拉伯地区：阿拉伯频谱管理组织(ASMG)将对24.25-27.5 GHz、31.8-33.4 GHz、40.5-42.5 GHz和42.5-43.5 GHz四个较低频段优先展开兼容共存分析研究。

(4)美国：美国联邦通信委员会于2016年7月发布了美国5G频率规划，将28 GHz、37 GHz、39 GHz、64-71 GHz四个频段作为5G主要频段。目前重点研究27.5-28.35 GHz，37-40 GHz频段，并支持1.13议题的研究工作。28 GHz频段具备连续的850 MHz带宽，可以容纳大量的高数据速率应用，并且在世界范围内被优先分配固定业务和移动业务，具有泛用性。美国在报告中指出，28 GHz频段被视为5G移动通信技术的重点发展频段，众多工业厂商和学术组织已对其可行性进行了研究论证。虽然WRC-15并没有将27.5-28.35 GHz频段列入移动业务的毫米波研究名单，但是大量论证表明，28 GHz频段十分利于发展移动业务。目前，韩国、日本、新加坡、瑞典、芬兰、加拿大等国家，以及华为、朗讯、德国电信等知名通信公司都表示支持在该频段发展移动业务。

(5)日本：将3600-4200 MHz、4400-4900 MHz和27.5-29.5 GHz 作为5G备选频段，并围绕3600-4100 MHz、4405-4895 MHz和27.5-28.28 GHz开展先期试验研究。

(6)韩国：重点研究26.5-29.5 GHz频段，并开展此频段的兼容性分析工作。

世界部分国家及区域开展5G研究的重点频段情况如图1所示，其中绿色表示确定使用频段、蓝色表示可能使用频段，橘色表示待定频段。

图1 世界部分国家及区域开展5G研究的频段情况Fig.1 Frequency bands of 5G study in some countries and areas

2 26 GHz频段兼容性分析需求

2.1 频段应用现状

26 GHz频段存在着多种其它无线电业务的划分和应用。其中星间业务主要用于跟踪与数据中继卫星系统，在航天测控和数据传输中发挥着重要作用[3-5]；卫星地球探测和空间研究业务主要在气象等领域，用于卫星对地数传、遥感观测等；此外，邻频23.6-24 GHz还有无源卫星地球探测业务。我国26 GHz频段范围内有划分、已规划或部署的业务[2]如图2所示。

图2 26 GHz频段无线电业务的划分和应用现状Fig.2 Status of allocation and applications in 26GHz

2.2 与星间业务兼容性分析

TDRSS等地球同步轨道卫星(GSO)接收天线在指向某颗非地球同步轨道卫星(NGSO)时，其天线朝向也正好指向了地面上的一片移动通信(IMT)的聚集区域，那么它很可能会接收到区域内大规模IMT系统的集总信号干扰，来源既有基站信号，也有用户终端发出的信号，如图3所示。为此必须通过兼容性分析研究，来确定干扰强度的大小，是否超过系统容限，两种业务能否同时工作等[2，6-7]。

IMT系统部署也通常是全球范围的，而非区域性的系统。同时26 GHz频段与ISS有关的GSO轨位在全球范围内有数十个。由于GSO指向NGSO角度变化的动态性，GSO接收天线将对全球地面区域进行“扫描”，即接收到全球范围内的IMT信号。所以，兼容性研究不仅要考虑本国IMT系统对本国GSO的干扰，还要考虑本国IMT系统对它国的干扰，以及它国IMT系统对本国GSO的干扰[2，6-7]。

图3 兼容性分析示意图Fig.3 Compatibility analysis diagram

3 兼容性分析研究现状

3.1 国外研究现状

各国围绕1.13议题提交给国际电联无线电通信局第5/1工作组(ITU-R TG5/1)200多份文件，其中多份与25.25-27.5 GHz 频段的星间业务兼容性相关。其中法国2017年9月提交的“IMT系统对25.25-27.5 GHz星间业务影响分析”[8]一文中，使用逐站分析方法，给出的干扰噪声比(I/N)值约为-26 dB，优于国际电联的ITU-R SA.1155建议书“数据中继卫星系统运行相关保护标准”[9]的限值要求16 dB。英国提交了“IMT系统与星间业务在25.25-27.5 GHz频段共存和兼容性分析”。2018年1月欧洲邮电管理委员会的“欧洲邮电管理委员会针对2019年世界无线电大会1.13议题的草案简报”[10]中，提到英国和法国基于ITU TG5/1研究组提供的有关假定条件和技术参数，开展的IMT-2020与ISS在26 GHz兼容研究，结果表明有充足的保护裕度，在集中干扰场景下保护裕度大于16 dB，在某些配置情况下保护裕度达27 dB。

3.2 国内研究现状

国家无线电监测中心在国家科技重大专项基金资助项目(IMT-2020 候选频段分析与评估)的资助下，基于其多年积累的研究条件和经验，从2016年起就开展了大量兼容性研究分析工作。2016年12月文献[7]给出“集总干扰小于卫星的抗干扰门限，有一定的共存余量”的结论； 2017年10月文献[6]给出仿真结论即“在25.25-27.5 GHz频段部署IMT系统，与ISS具有兼容共存的空间”。但同时提到下一步研究重点会“集中在来自用户终端的上行链路集总干扰和更复杂的传播模型与范围更广的中心站分布上”。华为等有关公司也开展了类似的研究工作。

4 结束语

从国际国内形势来看，26 GHz频段IMT应用在相当长的一段时间内仍将是各国研究的热点问题。其兼容性仿真分析尽管关于IMT系统条件和ISS条件都是基于ITU文件或建议书给出的数值，但与系统真实运行环境还存在着差异，仿真分析本身也还存在不全面、不准确的方面。后续,一方面要进一步深入开展理论计算和仿真分析工作，另一方面可以考虑结合实际系统，采用半实物仿真的方式，开展恶劣条件下IMT与星间和星地业务的兼容性试验研究。