3.5 GHz频段上5G系统基站对FSS地面接收站的干扰分析研究
为保障第五代移动通信(5G)技术在我国的研发与测试,保护3.5 GHz频段上卫星固定业务(FSS)的正常工作,运用最新5G系统参数和国际电信联盟(ITU)相关建议书提供的仿真方法,开展了3.5 GHz频段上5G系统基站与FSS系统的共存研究。结果表明,3.5 GHz频段上5G系统基站对FSS地球站同频干扰较大,难以实现两系统同频共存,邻频部署时可通过一定的措施实现两系统共存。
目前,我国正在北京地区开展3 400-3 600 MHz频段的第五代移动通信(the fifth generation mobile communication,5G)技术研发与测试试验。然而,C频段与扩展C频段(3 400-4 200 MHz)一直是我国和亚洲地区卫星通信产业的传统核心频段[1]。与其他频段相比,我国C频段卫星系统使用地位更高,部署和应用范围更广,并体现在我国重大卫星工程、行业卫星通信应用、航天卫星研制、国际卫星出口等多个领域[2]。为保证5G系统与卫星固定业务(Fixed Satellite Service,FSS)的兼容共用,避免对在轨及计划使用的卫星系统产生有害干扰,本文开展了该频段上5G系统基站对FSS地面接收站(地球站)的干扰分析研究,为该频段未来规划奠定基础。
1 干扰场景与分析方法
1.1 干扰场景
由于扩展C频段是我国固定卫星业务的下行频段,所以5G系统与FSS系统的干扰主要有4种:5G基站对FSS地球站的干扰、5G用户对FSS地球站的干扰、FSS卫星对5G基站的干扰、FSS卫星对5G用户的干扰。本文主要研究在城区和郊区两种场景下,5G基站对FSS地球站的干扰场景。
3.5 GHz频段上的5G系统主要用于广域覆盖,故3.5 GHz频段上5G系统基站均采用三扇区宏站,蜂窝组网。共存研究时,5G基站与FSS地球站部署在同一地理区域,假设存在一个FSS地球站,5G系统基站呈环状部署在地球站周围[3],其共存拓扑模型如图1所示。其中,Dprotection表示两系统共存时所需的保护距离,Dintersite表示两个基站之间的距离。
单个5G系统基站发射机对FSS地球站的干扰模型如图2所示。其中,O为FSS地球站所在位置,OP为地球站主轴方向,A为5G基站发射天线所在位置,AO为5G基站发射机对FSS地球站的干扰方向;α为地球站天线主轴与其在水平面的投影构成的角度,即地球站的仰角;5G5-gs1-x1.gif为干扰方向与地球站主轴方向的空间离轴角[4]。
1.2 干扰分析方法
5G系统基站对FSS系统主要考虑同频干扰和邻频干扰[5]。具体造成干扰的程度主要取决于FSS地球站的仰角、所接收到的5G系统的集总干扰功率等。
若只考虑一个5G基站的干扰时,则地球站接收到的干扰功率可由式(1)计算:
其中,IIMT为FSS地球站接收机输入端接收到的1 MHz带宽内的干扰功率(dBm),PIMT为5G系统基站每MHz带宽的发射功率(dBm),GIMT(γ,β)为5G系统基站的天线增益(dB),GFFS(5G5-gs1-x1.gif)为FSS地球站接收天线增益(dB),L(f,d)为大范围的路径损耗(dB),CL(d)为周围物体的散射损耗(dB),ACLR为邻信道泄露比(dB)。
5G系统基站对FSS地球站的集总干扰可由式(2)计算:
其中,Iagg为到达卫星地球站接收机输入端的集总干扰功率谱密度(dBm/MHz),In为第n个5G基站对卫星地球站的干扰功率谱密度(dBm/MHz)。
(1)5G系统天线模型
5G系统将使用大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)天线,大规模MIMO天线利用其波束赋形技术可以形成方向性极强的窄波束,从而在目标方向波束增益最大,而在干扰和无用方向产生零陷,增益最小[6-7],天线模型参考ITU-R M.2101建议书[8]。
(2)FSS地球站接收天线模型
卫星地球站天线的增益与离轴角的关系参考ITU-R S.465建议书[9],如式(3)、式(4)所示:
(3)传播模型
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