5G试验网的频率干扰分析

龙杰华 冯业伟

摘  要：产生无线干扰的原因是多种多样的，如不同运营商的网络配置不合理、发射机的数据设置、周围环境、小区重叠及电磁兼容等。当前全球多个国家已竞相展开5G网络技术开发，我国工业和信息化部于2018年12月正式发文，向中国电信、中国移动和中国联通三家运营商发放了5G系统中低频段试验频率的使用许可。5G试验网建设应该充分考虑不同制式通信系统之间的天线隔离度和干扰协调，本文将针对5G试验网的频率干扰进行分析。

关键词：无线干扰;隔离度;5G;卫星通信

中图分类号：TN929.5      文献标识码：A 文章编号：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

我国工业和信息化部于2018年12月10日正式发文向中国移动、中国联通和中国电信三家运营商发放5G系统中低频段试验频率的使用许可。其中，联通和电信分别获得3500MHz频段的试验频率使用许可，移动获得了2600MHz频段和4900MHz频段的试验频率使用许可，具体的频率分配如表1所示。

工业和信息化部在发文中指出，将积极引导三家基础电信运营商做好5G系统试验的基站部署，开展5G系统基站与同频段、相邻频段卫星地球站等其他无线电台站之间的干扰协调工作，保障各类无线电业务能兼容共存，促进5G产业的健康及快速发展。下文针对5G试验网的频段干扰进行分析，分析不同制式通信系统之间的天线隔离度和干扰协调。

1  5G的概念

“5G”即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，是由3GPP负责制定的。

5G是真正的变革到IoT的基石，服务于全联接社会的构筑;5G网络基于云，驱动移动互联网（人与人通信）与移动物联网（物与物通信）的大发展;5G等于当前技术的持续演进（LTE-A）加上革命性技术的创新（新空口与新架构）;5G的关键是构建基于用户和业务导向的，基于大数据和云的智能IT平台;与2G、3G、4G不同，5G并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，5G是一个真正意义上的融合网络;对比2G、3G和4G，除了高容量的需求外，5G将引入超大连接数和超低时延等。

2  5G试验网频率的同频、邻频干扰源分析

我国的移动通信系统目前是2G、3G、4G三代系统并存，所使用的频率分布从825MHz到2655MHz，不同制式对应的频段如表2所示。

通过表格对比，发现5G试验网所用频率的2575MHz-2635MHz频段为现有中国移动TD-LTE系统占用的频段。这对于5G試验网来说是潜在的同频干源。

另外一个需重点关注的同频、邻频干扰源是卫星通信系统。根据最新的《中华人民共和国无线电频率划分规定》，S频段、C频段都部署着卫星通信系统的固定业务，占用的频段如表3所示。

由上可知，5G试验网所用的3400MHz-3600MHz频段跟卫星通信系统所用频段重合，所用的4800MHz-4900MHz也跟卫星通信系统所用频段相邻。

无论是同频干扰还是邻频干扰，都会不同程度上影响5G试验网的网络质量与容量。因此，需要通过分析得到降低干扰甚至规避干扰的解决方案。

3  5G频段试验频率干扰分析

3.1  多系统间的干扰分析和计算方法

3.1.1  干扰隔离度的计算方法

系统间干扰生成示意图如图1所示。

杂散干扰分析和计算公式：

杂散隔离度=干扰系统的杂散功率-受干扰系统允许的干扰信号强度

干扰系统的杂散功率与设备有关系，一般会高于协议指标。

受干扰系统所允许的干扰信号强度计算公式：

其中，R表示低噪抬升量，Mmargin表示允许的干扰信号强度相对于受干扰系统接收机低噪的差值，单位均为dB。

阻塞干扰的分析和计算公式：

干扰系统的发射功率与设备的配置功率有关，一般按照推荐值给定。受干扰系统所允许的阻塞功率与设备有关，一般需要实际测试得到。且高于协议要求的射频指标。

3.2  空间隔离距离的计算方法

空间水平隔离如图2所示。

其中：D为两天线之间的水平距离，单位：米;λ为自由空间波长，单位：米;Gt为发射天线增益，注意是相对接收天线方向的增益;Gr为接收天线增益，注意是相对发射天线方向的增益。

垂直隔离距离如图3所示。

3.3  主要的干扰规避措施

措施一：增加空间传播的损耗并削弱到达接收机设备的干扰信号的强度。

措施二：接收机增加接收滤波器增强抗阻塞的能力，或者提高发射机滤波器的带外抑制指标或者串接滤波器。

措施三：调整天线的方向角及下倾角，以降低天线之间的增益。

4  5G试验网频段与卫星通信系统干扰分析

工信部发布的5G系统中低频段试验频率包括2600 MHz、3500MHz和4900MHz频段，与卫星地球站等无线电台（站）同频段及邻频段。需协调5G系统基站与同频段、相邻频段卫星地球站的干扰工作，保证各种无线电业务的兼容性和共存。

4.1  5G试验网频段与卫星地球站信号的干扰及危害

根据国际电信联盟ITU-R S.1432-1建议书，在卫星地球站的工作频段及其邻频段范围内，在晴空的条件下，干扰信号限值比卫星地球站接收系统的噪声功率低12dB，超过该限值的干扰信号可能会对卫星地球站造成有害的干扰。根据国际电信联盟ITU-R S.2199-0报告，当卫星地球站接收到的干扰信号的总功率超过-60dBm时，就会发生饱和干扰，致使卫星地球站发生故障。

卫星转发器的主要器件之一是高功放，其特征是当输入功率幅度小于饱和点时，高功放则在线性区工作，如果输入功率进一步超过该饱和点时，则高功放进入饱和区或过饱和区。在过饱和区，高功率放大器的输出功率不仅大大减低，而且还会有大信号压缩小信号功率现象出现。外来大强度信号在一定范围内对卫星接收通道实行功率占用，导致干扰信号的场强远大于正常卫星到达地面的场强，从而干扰卫星信号的接收。

4.2  5G试验网频段与卫星地球站信号干扰规避措施

基站的部署是5G系统运营的基础，而解决好5G基站与其相同频段或相邻频段内的卫星地球站等无线电台（站）之间的有害干扰，是5G基站大规模部署的前提。为确保我国5G基站的健康发展，充分、合理且有效地利用好无线电频谱资源，解决好5G基站与卫星地球站之间的干扰问题，规范协调管理方法，优化5G基站的设置审批流程以提高工作效率，工业和信息化部于2018年12月印发了《3000-5000MHz频段第五代移动通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调管理办法》（以下简称《办法》）。

《办法》要求，5G基站的设置和使用单位应按照“频带外让频带内、次要业务让主要业务、后用让先用、无规划让有规划”的原则来部署及规划建设5G基站，积极开展与同频段及相邻频段的合法无线电台（站）使用單位的干扰协调工作，并主动向当地无线电管理单位报告协调的进展情况。如果与法定的无线电台（站）使用单位无法在规定的时间内达成协议时，可向当地无线电管理单位提出协助请求。

5G基站的设置和使用单位需严格遵循所获得的无线电频率使用许可证所规定的各类事项使用无线电频率。频段在3300-3400MHz内的5G基站禁止室外使用，遇到相互干扰的问题应该向当地无线电管理单位报告并寻求协调解决问题。

在干扰协调区域内设置和使用3300MHz-3600MHz频段、4800MHz-5000MHz频段的5G基站，应与卫星地球站等无线电台（站）开展干扰协调工作，以避免对卫星地球站等无线电台（站）的信号传播造成有害干扰。

对于3400MHz-4200MHz频段范围内依法设置的卫星地球站，如5G基站发射信号可能会对卫星地球站接收信号产生同频干扰、邻频干扰或减敏干扰，建议安装滤波器或者更换高频头、实行地理隔离、安装屏蔽网、降低5G基站的发射功率及调整5G基站天线最大辐射方向等措施以减轻或消除5G基站对卫星地球站的信号传播有害干扰。

5  移动5G试验网频段与TD-LTE（D）频段干扰分析

TD-LTE网络与5G试验网有冲突的频段为2575MHz-2635MHz，目前中国移动在该频段上部署TD-LTE的D频网络，主要建设宏基站用于室外的信号覆盖以及提升网络容量，分3个频点每个带宽20MHz。由于该频段的5G试验网牌照也归属中国移动，因此最优的规避干扰方案就是中国移动在建设该频段的5G试验网之前，提前对TD-LTE（D）频网络进行清频处理。

首先可在5G试验网部署2515MHz-2575MHz频段共计60MHz带宽，同时清退TD-LTE网络的D1频点，形成20MHz的隔离频段。再根据5G试验网的建设需要扩宽频段，逐步清退D2、D3频点，最终形成5G试验网在该频段上独占160MHz带宽。

6  结  论

本文从5G试验网频段与同频段、邻频段卫星地球站等其他无线电台站的干扰及移动5G试验网频段与TD-LTE（4G）频段干扰进行了分析，提出了相关规避措施，为后续5G试验网建设提供了思路。

参考文献：

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[3] 蔡海俊，林椿皓.LTE TDD与FDD共址建设干扰及隔离方法分析 [J].数字通信世界，2015（9）：66+69.

作者简介：龙杰华（1984.05-），男，汉族，广东湛江人，所长，工程师，工学学士，研究方向：通信设计及无线规划;冯业伟（1988.07-），男，汉族，广东德庆人，设计项目主管，工程师，工学学士，研究方向：通信设计及无线规划。