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

5G系统基站对FSS地球站的干扰传播发生在室外，其干扰传播机理主要包括视距传播、绕射等，根据ITU P系列建议书无线电传播模型分类，参考P.452建议书［10］和TG 5/1工作组中的Clutter Loss，计算5G系统基站到FSS地球站的传播损耗。

2 系统参数

2.1 5G系统典型参数

根据建议书ITU-R M.2101和报告书ITU-R M.2292，参考5G系统高频参数和2017年业内最新进展，3.5 GHz频段5G系统参数建议如表1。

2.2 FSS系统地球站参数

参考ITU相关建议书和CCSA前期研究情况，卫星固定业务参数建议如表2。