超宽带UWB设备与5G通信系统干扰研究

孟水仙

近年来，超宽带（USB）技术以手机为核心进行感知测距和物联网遥控的应用越来越广泛，由于其频段和5G频段部分共用，所以利用5G和UWB技术优势，有效避开两者可能的干扰，从设备端或管道传输层面两者进行融合，将会产生巨大经济和社会效益。本文从理论上对两者之间的相互影响进行了分析。

UWB的不断发展过程中，关于UWB与GSM，DS-1800，TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000共存和干扰的研究也一直在进行中。相关研究的实验室仿真，以FCC、ETSI和中国规定的UWB发射功率限值，对比分析UWB系统对各系统的影响。有文献得出结论TD-SCDMA终端抵抗UWB设备干扰的能力是最强的，WCDMA终端次之，而CDMA2000最差。中国规定的UWB设备发射功率的限值是最严格的，FCC规定的UWB发射功率的限值是最宽松的，因而符合我国规定条件下的UWB设备最不容易对3G终端造成干扰，FCC规定的反之，ETSI居中。也有研究表明同等条件下，UWB系统对DCS1800系统的影响要比GSM900的系统影响大。本文基于理论情况下，研究UWB与5G通信系统的相互影响。

工信部对5 G频段分配如下：中国移动：在2.6GHz频段上拥有2515-2675MHz的160M带宽，其中2515-2615MHz（100MHz）用于部署5G，2615-2675MHz（60MHz）将用于部署4G。中国移动还拥有4800-4900MHz（100MHz）的5G频段，或将用于5G专网等。中国电信：3.5GHz频段（3400MHz-3500MHz）。中国联通：3.5GHz频段（3500MHz-3600MHz）。中国广电：4.9GHz频段（4900MHz-5000MHz）。中国联通、中国电信、中国广电共同使用：3.3GHz频段（3300MHz-3400MHz）。其中，中国电信和中国联通的5G频段是连续的，两家已宣布将基于3400MHz-3600MHz连续的 200MHz带宽共建共享5G无线接入网。中国移动和中国广电也已宣布共享2.6GHz频段5G网络，并按1：1比例共同投资建设700MHz5G无线网络，共同所有并有权使用700MHz 5G无线网络资产。

根据规定，UMB无线电设备UWB发射信号的等效全向辐射功率谱密度限值如下表所示：

对数正态阴影衰减模型是UWB室内信道实验研究经常建立的信道模型，PL0（d0）是参考点的功率损耗，通常d0取1米， γ是路径损耗指数，Xσ是0均值高斯分布随即变量。σ是Xσ的标准差， γ和σ是信道的两个重要参数，它们由通信系统周围的环境的决定。ITU在总结了大量的统计模型的基础上，给出了一个建议。具体参数见表2。

表2上NLOS指的是存在标准的障碍物或者至少有一个障碍物，而hard NLOS指的是有大量的障碍物或者存在混凝土结构的障碍物。

UWB将自己的信号功率分配在很宽的频谱段中，而在每一个频点的功率都很小，从而避免对其他无线设备的干扰。这样做的好处是UWB可以在全球不同的地区都能普适工作，而无需担心每个地区的频谱分配。所以UWB的特征是带宽大，但是频率点功率密度小，因此传输距离通常限制在一米到数十米的范围内。在实际测试中发现，随着超宽带设备数量的增加，其累计的干扰信号功率也增加了，但总干扰功率并不是简单地线性增加，而是绝大部分的干扰功率来自距离被干扰设备最近的那个UWB设备。因此，建立单个UWB设备的干扰模型是十分必要的，也是其他模型的基础。单个UWB设备的干扰模型就是一个UWB设备辐射出的射频信号经过一段无线传播路径以后到达被干扰设备的接收天线被接收。

P0是指在自由空间中距发射机参考距离为d0，处的接收功率。d0的典型值为1m，超过距离时认为电波为非视距传播，路径损耗系数取γ=4。

目前5G干扰值是按照RB（Resource Block：频率上连续12个子载波，时域上一个slot，称为1个RB）进行统计，每个RB带宽为360KHZ，如果单个RB的干扰门限NI值超过-112.2dBm，则认为该RB上受到上行干扰。使用前面提到的路径损耗模型来计算移动台收到的UWB干扰。假设UWB路径损耗是计算落在5G移动台工作频带内的部分UWB信号频谱。因此，要计算对5G的干扰，只需考虑UWB落在5G的每个RB带宽为360KHZ信道带宽上的功率。见表3。

根据表3可知，5G频段有对UWB频段不同有两种功率限制，为了计算简化，由于高频率相对于低频率衰减得更快，我们取频段频率低端进行计算，如果低频率不会造成干扰，则高频率同样也不会造成干扰。选2515MHz和4800MHz计算，根据上面所得公式得到“超宽带（UWB ）技术频率使用规定”模板下的UWB与移动台距离在d0=1m处接收到的功率如表4所示。

根据上表计算，当超过1m时，UWB在5G所使用频段的干扰功率均小于5G通信单个RB的干扰门限NI值-112.2dBm，不会对5G通信产生干扰。

当小于1m时：

由表5分析可知，可得到5G各频段UWB设备可能产生干扰距离为表6所示。

分析可知，UWB用频与5G有一定的重合，当距离很近时，可能会产生干扰，建议使用时避开5G频段，或者有一定距离使用。实际UWB基站架设时，如架设到矿区等一些场所，目前没有覆盖5G网络，所以不會相互影响，在主城区，景点、码头等5G连续覆盖的地方，密集布设就要考虑UWB避开5G使用的频点，而一般室内布设UWB，5G基站在室外的情况下，基本不会产生影响。

作者单位：内蒙古自治区无线电监测站

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