6 GHz频段IMT系统对卫星固定业务干扰分析

（中国电信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

5G 的部署将在未来几年为用户带来巨大利益，同时为5G-NR 提供更多的中频带频谱，对于以经济高效的方式满足全市（城市和郊区）以及服务欠缺地区的未来容量需求至关重要，可以为社会带来巨大的收益。

在未来5G 所需的频谱中，6 GHz 频段是关键候选频段，可在广泛的5G 用例与功能的覆盖范围与容量方面实现良好的平衡。ITU-R 已开始筹备WRC-23 议题1.2[1]，以评估为IMT 分配6 425—7 125 MHz 的可行性。预计将于2021 年6 月完成技术参数和信道建模、新技术和功能，例如用于5G 有源天线系统（AAS）的精确波束方向控制，高带宽和低功率频谱密度[2]。

作为5G 中频段的有效补充频段，6 GHz 和当前中频段C-Band 频谱（上行频率范围5.925—6.425 GHz，下行频率范围3.7—4.2 GHz）类似，能够良好均衡该频段的覆盖能力和容量能力，并能实现数百兆赫兹大带宽频谱连续分配，以满足未来更大数据流量需求[3]。此外，6 GHz频段的规划有利于全球频谱资源的统一规划和使用，有利于未来移动通信产业的可持续发展。未来数年，5G 将不断发展，给移动业务和用户带来巨大的效益，将6 GHz频谱资源用于5G NR 以及后续演进技术是保证5G 业务的经济可行性、普遍可负担的关键因素之一。

频谱资源具有稀缺性[4]，频谱规划是产业的起点，也将在很大程度上决定产业的发展方向、节奏和格局。根据我国无线电频率划分规定，5 925 MHz 以上频率主要业务有固定业务、卫星固定业务（FSS,Fixed Satellite Service）和移动业务，其中5 925—7 125 MHz 频段是C-Band FSS的上行频段[5]，FSS 也是该频段实际使用最多的无线电业务。不同系统业务共用同一频段，能够提高频谱资源的利用率，为了科学、有效利用有限的频谱资源，推动频率精细化管理[6]，需要对6 GHz 频段5G IMT 系统和卫星固定（地对空）业务的频谱兼容性进行研究分析。

1 干扰场景及研究方法

（1）干扰场景

IMT 系统在6 GHz 频段下采用TDD 方式，因此FSS（地对空）受扰方分别来自IMT 基站干扰和IMT 用户干扰，如图1 所示：

图1 6 GHz频段IMT系统干扰FSS（地对空）示意图

（2）仿真方法

在每次仿真中针对每个卫星轨位，计算所有基站的集总I/N（干扰噪声比），每条干扰链路上IMT 基站或用户指向FSS 空间电台的天线增益均基于实际位置实时计算。

仿真中的主要步骤包括：

步骤1：确定仿真区域并计算仿真区域内部署的IMT基站总数；

步骤2：依据建议书ITU-R M.2101[7]的相关方法生成IMT 基站，并完成用户的接入和功控过程；

步骤3：合并IMT 基站和用户的集总I/N，给出最终的干扰结果。

通过上述3 个步骤，即可确定IMT 系统对FSS 空间电台的集总I/N。此外，由于智能制造场景包括室内和室外两种场景类型，为充分考虑未来多种不同的建网方案，该研究中将分别提供室内独立组网方案、室外独立组网方案两种不同组合方式下的仿真结果。

（3）干扰分析方法

单个5G IMT 基站对空间电台的I/N：

式(1)中，IBSn是第n个IMT基站在空间电台处产生的干扰；N是噪声；PBSn是第n个IMT基站的发射功率；GtBSn是第n个IMT基站在空间电台方向的天线增益；L为IMT基站到空间电台的路径损耗，对于室内基站场景，L包括自由空间损耗LFS和建筑穿透损耗LBuild，对于室外基站场景，L仅为自由空间损耗LFS；Gnr为空间电台天线朝IMT基站方向的增益。

建筑穿透损耗LBuild根据ITU-R P.2109 建议书[8]获得。IMT 基站到空间电台的自由空间损耗[9]为：

式(2)中f为载波所用频率，单位为MHz；r为IMT基站到空间电台的距离，单位为km。

最后，所有IMT 基站对空间电台造成的集总干扰为：

单个5G IMT 用户对空间电台的I/N：

式(2)中，IUEn是第n个IMT用户在空间电台处产生的干扰；N是噪声；PUEn是第n个IMT用户的发射功率；GtUEn是第n个IMT用户在空间电台方向的天线增益；L为IMT用户到空间电台的路径损耗（同IMT基站侧相同）；Grn为空间电台天线朝IMT用户方向的增益。

最后，所有5G 用户对空间电台造成的集总干扰为：

5G 基站采用蜂窝网络方式进行部署，而由于5G 用户位置的随机性和天线的方向性等因素，其对空间电台造成的干扰也具有随机性。因此，本文采用蒙特卡洛仿真方法，每一次仿真快照中随机部署用户，计算5G 基站和用户互相进行通信时，基站和用户对空间电台造成干扰。经过多次仿真，统计集总I/N及其累积分布函数（CDF）曲线，以分析5G IMT 系统对空间电台的干扰情况。

2 仿真参数

（1）IMT 系统仿真参数

表1 和表2 分别给出了3GPP TS38.824 A2.2 节[10]提供的6 GHz频段IMT系统智能制造场景基站侧和用户侧的仿真参数。

表1 6 GHz频段IMT系统智能制造场景基站侧仿真参数

表2 6 GHz频段IMT系统智能制造场景用户侧仿真参数

表1 中的Rc代表实际需要覆盖的面积与工业用地总面积的比值，Rd代表工业用地面积与国土面积的比值[11]，两者可以确定IMT 用于共存研究大面积部署的数量。

用于共存研究的大面积部署的数量值（Dl）根据式(5)计算：

其中，DS为智能制造室外或室内场景的基站密度，Rc为覆盖面积和工业用地占比，Rd为工业用地面积占全国国土面占比，S为国土面积。根据Rc和Rd，计算得全国总计约有8 256 万个室内基站或103.68 万个室外基站。

智能制造室内场景基站分布示意图如图2 所示。

图2 智能制造室内场景基站分布示意图

（2）FSS 空间电台仿真参数

表3 给出了5 925-7 125 MHz 频段卫星固定（地对空）业务空间电台仿真参数：

表3 5 925-7 125 MHz频段FSS空间电台仿真参数

3 仿真结果及分析

分别仿真计算卫星空间电台在不同轨位接收到的来自两种场景IMT 系统集总I/N。室内场景和室外场景下，3 个卫星轨位受到地面IMT 系统集总I/N CDF 曲线分别如图3 和图4 所示，集总I/N 干扰仿真结果分别如表4 和表5 所示，长期集总I/N 取CDF 80% 位置取值，短期集总I/N 取CDF 99.999 6% 位置取值。

图3 智能制造室内场景集总I/N CDF曲线

图4 智能制造室外场景集总I/N CDF曲线

表4 智能制造室内场景仿真结果

表5 智能制造室外场景仿真结果

在本文仿真条件下，智能制造室内独立组网时，IMT系统对空间电台无干扰，对于长期保护，还有6.97～9.26 dB的余量，对于短期保护，还有11.25～13.59 dB 的余量；智能制造室外独立组网时，IMT 系统对空间电台无干扰，对于长期保护，还有2.07～2.7 dB 的余量，对于短期保护，还有6.29～8.5 dB 的余量。

4 结束语

工业互联网作为如今工业革命的核心推动力，智能制造的实现需要工业互联网打造全新的工业生态系统。而6 GHz 作为移动宽带发展频谱使用，有利于未来5G 网络建设及产业持续健康发展。本文就6 GHz 频段5G 智能制造场景IMT 系统对FSS 空间电台集总干扰情况进行了研究，结论表明，在本文仿真条件下，对于长期保护和短期保护FSS 空间电台均不受干扰，还可以综合考虑基站数量、发射功率和下倾角等参数来使集总I/N接近保护准则，以提高IMT 系统的整体性能水平。此外，6 GHz 频段还包括固定业务，还需研究IMT 系统与固定业务的干扰共存情况。