900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究

牛憶莹，周 瑶，李福昌（中国联通研究院，北京 100048）

0 引言

鉴于904～915 MHz和949～960 MHz频率资源重耕后可能用于5G NR FDD，本文对5G NR 与紧邻频960～1 215 MHz 测距仪（Distance Measure Equipment，DME）的兼容共存开展了先期研究，主要针对单向链路上5G NR 对DME 系统的干扰影响进行了分析，对未来该段频谱资源的重耕规划具有一定参考价值。

1 系统干扰模型

1.1 干扰场景

DME 系统作为飞机无线电导航广泛使用的一种近程导航设备，既可用作导航设备也可用作机场导航设备。可与其他近程导航和着陆设备如甚高频全向信标（VHF omnidirectional radio range，VOR）和仪表着陆系统（Instrument Landing System，ILS）相配合使用，有如下几种使用方案［1-2］。

a）DME/DME 使用方案〔见图1（a）〕。该方案常用于航线导航和机场导航，飞机分别测得至2 个航线DME 地面信标台的距离来确定飞机的位置，构成ρ-ρ体制定位方案。为了提高定位精确度，在实践中也可同时利用3个航线地面信标台所提供的距离信息进行定位。

图1 DME/DME使用方案

b）DME/VOR 使用方案〔见图1（b）〕。该方案常用于航线导航和机场导航，在此定位方案中，飞机可同时接受来自VOR 提供的以磁北为基准的方位信息和来自DME 地面信标的距离信息，用以确定飞机的位置，构成ρ-θ体制定位方案，该方案被普遍使用。

c）DME/ILS 使用方案。该方案常用于机场导航，在某些不便于安装指点标的机场内，常由DME 系统地面信标与ILS 相配合。其中ILS 提供航向道和下滑道指引，DME提供飞机相对跑道入口的距离信息。

基于上述使用方案信息，本文将5G NR 对邻频DME系统的干扰场景分为2种。即飞机平稳飞行状态下机载DME 用于航线导航，统计地面覆盖NR 基站的干扰影响；飞机起飞降落状态下机载DME 用于机场导航，统计机场部署NR基站的干扰影响［3］。

1.2 干扰分析数学模型

IMT 系统对机载DME 接收机的干扰可以通过下式进行计算：

式中：

Ireceive——NR 系统基站对DME 接收机的干扰功率（dBm/MHz）

Pt——NR系统基站的发射功率（dBm/MHz）

Gt——NR系统基站天线发射增益（dBi）

Gr——DME天线接收增益（dBi）

Gloss——其他损耗（dB）

PL——NR系统基站到DME的传播损耗（dB）

2 仿真实现

基于DME 系统和5G 系统的典型特性参数，采用蒙特卡洛模拟仿真进行半静态干扰分析。

2.1 仿真参数

2.1.1 DME系统参数

根据ITU-R M.2013 建议书，地对空方向机载DME询问器的系统参数如表1所示［4］。

表1 DME系统基本参数

DME 机载天线特性参考ITU-R M.1642-1，图2 提供［-90°，0°］仰角范围内的天线增益［5］。对于仰角范围中未给出增益的仰角，使用线性插值的方式获得天线增益，对于所有方位角来说，仰角与天线增益间关系是相同的。

图2 -90°～0°仰角范围内DME天线增益

2.1.2 5G系统参数

5G NR 宏蜂窝系统的参数来源于ITU-R WP5D 38e Chairman’s Report（Annex 4.4 to 5D/716），具体如表2 所示［6-7］。5G NR 系统基站的带外发射模板和ACLR参考3GPP TS 38.104，如表3所示［8］。

表2 NR FDD宏蜂窝系统参数

2.1.3 传播模型

NR 系统基站到DME 机载的干扰链路传播损耗计算采用自由空间模型（参考ITU-R P.525 建议书），自由空间基本传输损耗公式为［9］：

式中：

Lbf——传播损耗值（dB）

f——频率（MHz）

d——距离（km）

2.2 仿真拓扑

根据1.1 节，建立DME 航线导航和机场导航的仿真拓扑。

当DME用于航线导航时，以DME/VOR 方案为例。参考中国典型一线大城市（北京），假设城市为圆形，仿真总区域为6 环内，半径为25 km，其中五环内（R＜15 km）为城区场景，五环到六环为郊区场景（15 km＜R＜25 km）。考虑网络负载因子为50%，计算飞机下方该面积范围内的所有5G 基站对机载DME 的集总干扰。仿真拓扑如图3所示。

图3 DME航线导航的平稳飞行场景

当DME 用于机场导航时，以DME/ILS 方案为例。飞机处于起飞或降落状态，沿着3°下滑台运行，此时飞机高度较低，考虑覆盖的单个5G 基站对机载DME的干扰。仿真拓扑如图4所示。

图4 DME机场导航的起飞降落场景

3 仿真分析结果

3.1 DME用于航线导航

假设飞机飞行高度在10 000～20 880 m，考虑基站对飞机器的干扰情况。图5 为机载DME 受到的干扰功率示意。

图5 飞机平稳飞行中的干扰示意

由图5可知，DME用于航线导航时，在平稳飞行场景下，不论飞行高度在何位置，地面基站对DME 的集总干扰功率皆小于干扰门限值。

3.2 DME用于机场导航

假设基站位于跑道中心延长线上，考虑基站对飞机器的干扰情况。根据《民用机场飞行区技术标准》（MH5001-2021）中对机场跑道外延长线有关障碍物保护面要求，由于仿真假设使用的900 MHz 基站天线挂高为30 m，按照标准要求，机场跑道沿线外929 m以内范围不允许设置30 m 高度建筑物，以保证飞机下滑安全着落［10］。图6给出了基站部署在距离飞机着陆点950～1 300 m的情况下飞机受到的干扰功率。

图6 飞机出发和到达流程中的干扰示意

假设基站位于跑道中心延长线侧边，考虑基站对飞机器的干扰情况。图7给出了基站位于飞机跑道中心延长线距离10、50、100 m 3 种情况下，5G 基站部署在距离飞机着陆点0～800 m 的情况下飞行器受到的干扰情况。

图7 飞机出发和到达流程中的干扰示意

由图7可知，DME用于机场导航时，在起飞降落场景下不论BS 部署在何位置，其对DME 的干扰功率皆小于干扰门限值。

4 结束语

本文研究了900 MHz 频段上NR FDD 系统与960～1 215 MHz 频段DME 系统的干扰共存情况，分析了DME 的不同使用方案对平稳飞行和起飞降落两大场景下的系统干扰的影响。研究结论显示，5G NR 系统与DME 系统间可以实现邻频共存，无需额外的隔离措施保护。