900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究.pdf

2024/01/DTPT收稿日期：2023-12-120 引言鉴于904915 MHz和949960 MHz频率资源重耕后可能用于5G NR FDD，本文对5G NR与紧邻频9601 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-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。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-体制定位方案，该方案被普遍使用。900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究Coexistence Study of 900 MHz Band 5G NR System and Adjacent DME关键词：5G NR系统；DME系统；兼容共存；干扰仿真doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2024.01.014文章编号：1007-3043（2024）01-0066-04中图分类号：TN929.5文献标识码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：摘要：面向900 MHz频段NR网络重耕演进，进行了该频段5G NR系统与邻频DME系统的共存分析。首先介绍了系统干扰模型，而后阐述了系统干扰仿真的实现，包括使用的仿真参数、传播模型及仿真拓扑，并给出了仿真分析结果，最后针对分析结果给出了相关建议。Abstract：Aiming at the refarming evolution of 900 MHz band，it analyzes the coexistence of 5G NR system and adjacent frequency Dis-tance Measure Equipment（DME）system in this band.Firstly，the system interference model is introduced，and then the real-ization of system interference simulation is described，including the simulation parameters，propagation model and simulationtopology，and the simulation analysis results are given.Finally，some suggestions are given according to the analysis results.Keywords：5G NR system；DME system；Compatible coexistence；Interference simulation牛憶莹，周瑶，李福昌（中国联通研究院，北京 100048）Niu Yiying，Zhou Yao，Li Fuchang（China Unicom Research Institute，Beijing 100048，China）牛憶莹，周瑶，李福昌900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究网络优化Network Optimization引用格式：牛憶莹，周瑶，李福昌.900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究 J.邮电设计技术，2024（1）：66-69.66邮电设计技术/2024/01c）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：Ireceive=Pt+Gt+Gr-Gloss-PL式中：IreceiveNR系统基站对DME接收机的干扰功率（dBm/MHz）PtNR系统基站的发射功率（dBm/MHz）GtNR系统基站天线发射增益（dBi）GrDME天线接收增益（dBi）Gloss其他损耗（dB）PLNR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。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。2.1.2 5G系统参数5G NR 宏蜂窝系统的参数来源于 ITU-R WP5D38e 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。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：Lbf=32.4+20lg(f)+20lg(d)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图1DME/DME使用方案表1DME系统基本参数图2-900仰角范围内DME天线增益参数发射端接收端电台名称信号类型信道间隔/MHz接收电台工作频段/MHz距地面高度/mDME最大天线增益/dBi极化方式馈线损耗/dB最大可接收干扰电平值/（dBW/MHz）取值信标脉冲式1机载电台9621 213 20 8805.4垂直极化2-129注：表中的保护标准是针对非脉冲信号的，如果是脉冲信号，尚需深入研究。NVOR/DMEDME 1DME 2飞机（a）DME/DME使用方案（b）DME/VOR使用方案仰角/-90-80-70-60-50-40-30-20-10-5-3-2-10Extract from Rec.ITU-R M.1642Antenna gain（Gr/Gr，max）/dB-17.22-14.04-10.51-8.84-5.40-3.13-0.57-1.080-1.21-1.71-1.95-2.19-2.43Elevation angle definition0-90牛憶莹，周瑶，李福昌900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究网络优化Network Optimization672024/01/DTPT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（R15 km）为城区场景，五环到六环为郊区场景（15 kmR25 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。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。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 00020 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。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9501 300 m的情况下飞机受到的干扰功率。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图3DME航线导航的平稳飞行场景图4DME机场导航的起飞降落场景图5飞机平稳飞行中的干扰示意表2NR FDD宏蜂窝系统参数表3NR基站带外频谱发射模板参数基站类型小区半径/km天线高度/m扇区化天线下倾角/频率复用天线模型天线极化屋顶以下天线部署馈线损耗/dB典型信道带宽/MHz基站最大发射功率基站最大天线增益/dBiACLR/dB网络负载因子TDD/FDD/SDL取值城区/郊区宏站城区：1.5；郊区：3303扇区31ITU-R F.1336建议书（3.1节），ka=0.7，kp=0.7，kh=0.7，kv=0.3，水平3 dB波束宽度为65，垂直3 dB波束宽度为30线性/45城区：20%/郊区：0%3146 dBm/10 MHz154520%，50%FDD/SDL测量频带中心频点的偏移量（f_offset）/MHz0.05f_offset 5.055.05 f_offset min（10.05，f_offsetmax）10.05f_offset f_offsetmax发射限值/dBm-7-（7/5）（f_offset-0.05）-14-13测量带宽/kHz100100100通信链路干扰链路水平线5G终端5G基站着陆点3VOR/DMENh干扰功率干扰门限-98-100-102-104-106-108-11010121416182022干扰功率/（dBm/MHz）飞机高度/km牛憶莹，周瑶，李福昌900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究网络优化Network Optimization68邮电设计技术/2024/01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0800 m的情况下飞行器受到的干扰情况。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9601 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图6飞机出发和到达流程中的干扰示意图7飞机出发和到达流程中的干扰示意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。参考文献：1 邓卫军.DME频谱指标及测量 J.民航管理，2016（3）：61-65.2 金辽.论全向信标和测距仪的信号覆盖 C/中国航空学会第七届通讯导航技术学术研讨会.上海：中国航空学会，2003：49-53.3 何例鸿.浅谈DME测距仪日常维护及常见故障案例 J.信息通信，2020（7）：102-103.4 International Telecommunication Union.Technical characteristics of，and protection criteria for non-ICAO aeronautical radionavigationsystems，operating around 1 GHz：ITU-R M.2013 S.Geneva：ITU-R，2012.5International Telecommunication Union.Methodology for assessingthe maximum aggregate equivalent power flux-density at an aeronautical radionavigation service station from all radionavigation-satelliteservice systems operating in the 1 164-1 215 MHz band：ITU-RM.1642-2 S.Geneva：ITU-R，2007.6 International Telecommunication Union.Characteristics of terrestrialcomponent of IMT for sharing and compatibility studies in preparation for WRC-23R/OL.2023-07-10.https：/www.itu.int/md/R19-WP5D-C-0716/en.7 International Telecommunication Union.Reference radiation patternsof omnidirectional，sectoral and other antennas for the fixed and mobile services for use in sharing studies in the frequency range from400 MHz to about 70 GHz：ITU-R F.1336-5 S.Geneva：ITU-R，2019.8 3GPP.NR；Base Station（BS）radio transmission and reception：3GPPTR 38.104 S/OL.2023-06-25.ftp：/ftp.3gpp.org/Specs/.9 International Telecommunication Union.Calculation of free-space attenuation：ITU-R P.525-4 S.Geneva：ITU-R，2019.10中国民用航空局.民用机场飞行区技术标准：MH 5001-2021 S.北京：中国民航出版社，2021.作者简介：牛憶莹，工程师，硕士，主要研究方向为移动通信频率研究、频率规划、系统仿真平台搭建等；周瑶，高级工程师，硕士，主要研究方向为移动通信频率研究、频率规划、频率策略研究等；李福昌，教授级高级工程师，博士，主要研究方向为无线、网络技术创新、5G网络架构设计与标准化等。0 m100 m200 m300 m400 m500 m600 m700 m800 m干扰门限-100-110-120-130-140-150-160-900干扰功率/（dBm/MHz）0.51.01.52.02.53.0飞机与着陆点的水平距离/km0 m100 m200 m300 m400 m500 m600 m700 m800 m干扰门限-100-110-120-130-140-150-160-900干扰功率/（dBm/MHz）0.51.01.52.02.53.0飞机与着陆点的水平距离/km-100-110-120-130-140-150-160-900干扰功率/（dBm/MHz）0.51.01.52.02.53.0飞机与着陆点的水平距离/km0 m100 m200 m300 m400 m500 m600 m700 m800 m干扰门限（a)100 m垂直距离（b)50 m垂直距离（c)10 m垂直距离950 m1 000 m1 050 m1 100 m1 150 m1 200 m1 250 m1 300 m干扰门限-100-110-120-130-140-150-160-9000.51.01.52.02.53.0飞机与着陆点的水平距离/km干扰功率/（dBm/MHz）牛憶莹，周瑶，李福昌900 MHz频段5G NR与邻频DME系统共存研究网络优化Network Optimization69