超宽带对卫星地球站的电磁干扰分析

吴 昊，张 毅，王思思

（1.南京电讯技术研究所，江苏南京 210007；2.73681部队，江苏南京 210016）

超宽带对卫星地球站的电磁干扰分析

吴 昊1，张 毅1，王思思2

（1.南京电讯技术研究所，江苏南京 210007；2.73681部队，江苏南京 210016）

针对UWB与卫星地球站之间的兼容性问题，重点分析UWB在工作频段以及带外辐射频段对典型卫星地球站的干扰情况，给出分析方法和初步研究结果，并提出对卫星地球站进行相关保护的建议和措施。

超宽带；干扰分析；灵敏度；射频保护比

蓝牙、IEEE802.11无线局域网以及超宽带（Ultra-Wide Band）为代表的无牌移动接入技术的突飞猛进，使得短距离无线通信的地位日益重要，它正如一种数字化的神经末梢将各种终端设备连接在一起和骨干网络共同形成一个无缝的连接。其中，UWB具有高速率、低成本、低功耗的特点，工作频段为（3.1～10.6）GHz，传输速率高达几百Mbps，传输距离为10 m左右，使得其成为下一代短距离高速率无线通信的最佳候选技术。UWB的特性可使其广泛应用于商业多媒体、汽车短距离雷达、医疗成像设备、家庭和个人网络、智能交通系统等诸多领域。

由于UWB采用扩频技术，工作带宽超过500 MHz，发射功率较低，因而可满足与多数无线电系统兼容性要求，但是由于卫星地球站接收系统的噪声功率水平更低，仅为每兆赫兹－120 dBmW，即使超宽带发射功率为每兆赫兹－43.1 dBmW，仍然容易对其产生干扰。目前许多文献［1－4］都研究了UWB与 WiMaX，IMT-2000 FDD，UMTS，IEEE 802.11a WLAN等系统的兼容性问题，且均进行了前瞻性分析。本文重点分析UWB在工作频段以及10.6 GHz以上的带外辐射频段对典型卫星地球站的同频干扰情况，并给出分析方法和初步研究结果。

1 UWB发射功率限值规定

目前，不同国家对UWB发射功率和杂散功率限值均不同，其中欧盟要求如果有LDC（Low Duty Cycle）技术，在（3.4～4.2）GHz频段允许最大发射功率谱密度为－41.3 dBm W／MHz，不发牌照且只限室内使用，室外使用不可以附加天线；美国对超宽带发射功率也有严格要求，且只限室内使用，室外使用不可以附加天线；日本规定在工作频段，要求如果有DAA（Detect and Avoid）技术，在（3.4～4.2）GHz频段允许最大发射功率谱密度为－41.3 d Bm W／MHz；所有国家允许的最大发射功率谱密度均不超过－41 d Bm W／MHz。

中国对超宽带设备的发射功率要求是由工信部2008［354］号文所规定的，图1与图2所示为工信部对超宽带发射功率以及窄带杂散辐射的限值。其中规定，在2010年12月31日之后，（4.2～4.8）GHz频段上的UWB设备必须采取信号检测避让等干扰缓解技术。此外，在（1～40）GHz频段内、测试带宽为1 MHz时，超宽带发射设备窄带杂散辐射限值在工作状态和待机状态时的功率值分别为－30 d Bm W，－47 d Bm W。

2 UWB对卫星地球站干扰分析方法

2.1 UWB对用频台站干扰分析一般步骤

通信设备的灵敏度如式（1）所示。

图1 工信部对超宽带设备发射功率的要求

图2 工信部对超宽带发射设备窄带杂散辐射限值

干扰信号由传播路径，通过通信设备天线接收后，信号功率值只要小于灵敏度－射频保护比，即认为不对通信造成影响。因此当干扰ERIP，通信设备接收天线增益、各种调制方式的射频保护比及灵敏度已知后，就可以确定路径损耗，随之也就确定了传播距离，只要干扰设备与通信接收设备距离大于此距离即可。干扰概算基本关系参见图3。

这里定义保护距离为，在指定灵敏度和射频保护比条件下，干扰设备以一定功率工作时与通信接收设备的最小距离。具体计算可参照式（1）。

为了确保干扰设备不对通信设备造成干扰，需要对通信设备提供尽可能大的保护，因此做以下约定，以得到合适的保护距离。

传播模型选择为自由空间传播模型（只要自由空间能满足，其他传播条件也必然能满足）。

有多个灵敏度时，取高灵敏度。

计算路径损耗时，在通信设备工作频段内，取干扰强度大、频率数值小的工作频率（在频率低路径损耗小的情况下若能满足干扰保护要求，则在相同条件下，高频段一定能满足干扰保护要求）。

具有跳频、直扩功能等抗干扰能力的设备仅考虑抗干扰能力相对较弱的常规定频工作方式。

2.2 UWB对卫星地球站的干扰分析步骤

根据ITU建议ITU-R S.1432，对于固定业务UWB干扰不能超过系统噪声1%的要求，干扰保护标准为

因此，UWB对卫星地球站的干扰分析与2.1节所述方法不同。考虑最坏的干扰情况。

①假设UWB从地球站接收天线主瓣方向进入；

②天线增益及G／T根据YD5050－2005取标准值；

③传播模型选择自由空间传播模型。

具体分析方法如下：

图3 干扰概算基本关系示意图

根据G／T、天线增益以及噪声功率计算公式N＝k TB，得到卫星地球站接收系统的噪声功率Nsat；UWB对接收系统产生的干扰功率IUWB＝干扰EIRP－路径损耗＋卫星地球站接收天线增益。

根据干扰保护标准式（2）计算需要采取的保护距离。

3 干扰分析及结论

待分析的地面站参数是根据《国内卫星通信地球站工程设计规范》［5］（YD5050－2005）获得典型值，主要分析UWB对C波段和Ku波段固定业务的干扰情况，根据2.2节考虑最坏条件，并根据ITU建议ITU-R S.1432即对固定业务的干扰不应超过1%，即［IUWB／Nsat］dB≤－20 dB，分析计算UWB对卫星地面站的干扰情况。其中表1所示的是C波段和Ku波段典型卫星地面站的参数，表2为UWB的发射功率参数及计算干扰后所得到的保护距离。

表1 典型卫星地球站的参数

表2 UWB对卫星固定业务的干扰计算

根据表2分析结果，以及亚太通信卫星有限公司利用UWB以偏离主瓣一定的夹角（10°，30°，60°）进入卫星接收系统，实测得到换算后的保护距离为509 m～29.8 km之间，而超宽带的传输距离为10 m，可见在10 m范围内干扰非常严重，可抬起卫星接收系统噪声5到10 dB。因此可得到如下结论。

UWB在－70 d Bm W／Hz的发射功率应略为降低，降低约为7 d B，即发射功率为－77 dBm W／Hz左右。

或者，对于地面站I，当UWB发射功率工作在－70 dBmW／Hz时，必须保证UWB从旁瓣进入接收系统且旁瓣增益不大于38 d B（实际中，由于地面站的技术参数不同，该值会略有变化），即可保证不对卫星接收系统造成影响，此时保护距离可缩小至0 m。

UWB的－41 d Bm W／Hz的发射功率谱密度应大幅降低，大约降低36 dB，即发射功率谱密度为－77 dBmW／Hz左右；这与亚太通信卫星有限公司实测的结论几乎一致（其要求降低29.5 dB）。

或者，如果UWB发射功率为－41 d Bm W／Hz，对于地面站II，必须保证UWB从旁瓣进入接收系统且旁瓣增益不大于12 dB（实际中，由于地面站的技术参数不同，该值会略有变化），即可保证不对卫星接收系统造成影响，此时保护距离可缩小至0 m。

UWB在－85 dBmW／Hz的发射功率谱密度满足要求，即不会对地面站产生干扰影响，保护距离为0 m。

实际中，考虑UWB进入接收系统的方向不同以及传播环境的影响，可在所得结论的限制条件基础上适当提高UWB发射功率。

4 结 语

本文通过分析各国对UWB设备发射功率限制情况，提出UWB对一般用频台站的干扰分析步骤，重点分析UWB对卫星地球站的电磁干扰分析情况，通过计算机仿真，给出UWB对卫星地球站的保护距离，并结合亚太通信卫星有限公司对卫星地面站实测结果，可知，在10 m范围内，UWB对卫星地面站的电磁干扰十分严重，并且建议降低UWB工作频段的发射功率。本文的研究结果，可为中国参加ITU会议提供依据。

［1］ 张翔宇，宋琦军，张洪顺.超宽带对卫星通信业务的干扰分析［J］.舰船电子工程，2009，29（1）：88-91.

［2］ 于学禹，邹卫霞，周 正.UWB对IEEE 802.11a WLAN的电磁干扰分析［J］.无线电工程，2007，37（11）：39-42.

［3］ 黄 韬，腾颖蕾，吴树兴，等.UWB与蜂窝网络干扰分析及共存研究［J］.移动通信，2008，32（6）：18-21.

［4］ 陆 音，吴常国，朱洪波.脉冲 UWB系统对 UMTS系统的干扰分析［J］.南京邮电大学学报，2010，30（3）：5-9.

［5］ YD5050—2005，国内卫星通信地球站工程设计规范［S］.

TN850.8

A

1008-1542（2011）07-0056-03

2011-06-20；责任编辑:王士忠

吴 昊（1983-），男，安徽霍邱人，工程师，主要从事电磁频谱管理方面的研究。