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25.5-27GHz频段卫星地球探测业务数传接收站隔离保护方法浅析

国家无线电频谱管理研究所 西安 | 顾 娜,田 伟,林 源

  摘要:本文通过分析恶劣情况下单个IMT基站对EESS数传接收站的干扰情况,采用划定隔离保护距离的方法,实现了对现有及规划数传接收站的充分保护。

  关键词:国际移动通信(IMT)系统;卫星地球探测业务(EESS)

  1 研究背景

  在国际移动通信(IMT)系统飞速发展的大背景下,为了满足IMT系统的频谱需求,在世界无线电大会(WRC-15)及大会筹备会议(CPM19-1)上确立了议题1.13,旨在从24.25-86GHz频段范围的11个子频段内为未来国际移动通信(IMT)系统发展寻求可用的频谱资源。

  在1.13议题候选的25.5-27GHz频段,主要包括卫星间业务(ISS)、卫星地球探测业务(EESS)、空间研究业务(SRS)以及卫星标准频率和时间信号等四种空间业务类型。其中SRS(空对地)已部署探月系统,EESS(空对地)有我国气象等多个系列卫星的数传接收站,后续还将有更多的系统规划部署,这些应用对国家安全和发展具有重大的战略意义。考虑到IMT系统部署范围广,用户数量巨大,如果在相关频段部署地面IMT系统,将会对关键卫星系统的用频安全产生严重的潜在影响。因此需要在该频段开展深入的技术分析和规则研究。

  本文主要分析了相对恶劣情况下,25.5-27GHz频段单个IMT基站对EESS数传接收站的干扰情况,采用划定保护距离的方法,实现对现有及规划数传接收站的充分保护。

  2 干扰场景

  目前,25.5-27GHz频段内的EESS数传接收站主要包括固定站和车载站两类,其中固定站主要为北京站、喀什站和佳木斯站,车载站的数量若干。

  25.5-27GHz频段的数传接收站不仅接收静止轨道(GSO)卫星的数据,也接收从非静止轨道卫星下传的数据。考虑到星地几百至近四万千米的传输距离,信号损耗很大,到达卫星地球站的接收信号非常微弱,链路比较敏感,受干扰的可能性也大大增加。根据国际电联ITU-R P.2108建议书 [1] ,在计算IMT基站集总干扰时,需根据基站的地域百分比叠加由于地形、建筑物等造成的遮挡损耗,即clutter loss,从而完全忽略了IMT基站到数传接收站之间无遮挡的直射路径情况。事实上,无遮挡直射路径并非绝对不存在,而是出现概率很小,我们将单个IMT基站到数传接收站之间无遮挡的直射路径定义为相对恶劣场景,本文重点分析相对恶劣场景下,单个IMT基站对GSO卫星数传接收站的干扰情况,如图1所示。


图1 单个IMT基站对GSO卫星数传接收站的干扰情况

 

  3 系统特性

  系统参数分为GSO卫星数传接收站参数、GSO卫星系统参数和相应的链路设置参数。

  3.1 EESS系统特性参数

  在国际电联7B工作组(WP7B)提供给TG5/1任务组的联络函(5-1/28)中,指出在开展1.13议题IMT与EESS之间兼容性分析时,EESS和GSO系统的特性参数可参考WP7B正在制定的研究报告ITU-RSA.[EESS-METSAT CHAR ][2] 。我国EESS数传接收站既包括固定站,也包括车载站,本文参考已在国际电联注册的地球站信息,选取北京、喀什和佳木斯站作为研究对象。表1是本文兼容性分析选用的GSO卫星系统及其地面数传接收站特性参数。


表1 兼容性分析中选用的GSO卫星和EESS地球站特性参数

 

  其中,EESS数传接收站的天线口径在3米到7.3米之间,本文选择的天线口径是6m,且始终指向GSO卫星。IMT基站天线主瓣水平方向指向EESS地球站,垂直方向固定机械下倾角-10度,电子下倾角在0-15度的范围内随机变化,因仿真考虑相对恶劣情况,参考欧空局(ESA)的仿真设置 [5] ,IMT基站下倾角在-2至-3度范围内随机取值。

  3.2 干扰保护标准

  根据ITU-R SA 1160建议书 [6] ,EESS静止轨道卫星空对地数据传输链路的干扰保护标准如表2所示。


表2 GSO EESS系统的干扰保护标准

 

  3.3 IMT系统特性参数

  根据ITU-R M.2101建议书 [7] ,仿真过程中IMT基站的参数设置如表3所示。


表3 IMT基站参数设置

 

  3.4 传播模型

  基站地面链路传播模型选择ITU-R P.452 [8] 和大气损耗模型ITU-R P.676 [9] ,不考虑clutter loss。星地链路传播模型采用自由空间模型ITU-R P.525 [10] 、大气损耗模型ITU-R P.676和雨衰模型ITU-R P.618 [11] 。

  4 分析方法

  以IMT基站发射链路为干扰链路,以GSO卫星对EESS地球站的下行链路为被干扰链路,分析EESS数传接收链路受IMT基站的单入干扰情况。

  采用Visualyse软件中的Area Analysis工具,以某一固定位置的EESS数传接收站为分析对象,考虑在其周边区域即“Area Analysis”区域内存在惟一IMT基站,通过遍历IMT基站的位置,对应计算在不同位置时,IMT基站对EESS数传接收站的干扰强度,绘出满足EESS数传接收站干扰保护门限的区域边界,取该边界到EESS数传接收站的最远距离为保护距离。


图2 单入干扰分析场景(采用Area Analysis分析工具)

 

  在该保护距离内,任一满足直射路径的IMT基站对EESS数传接收站的干扰都是不可容忍的。其中,计算IMT基站对EESS数传接收站的干扰强度时,考虑最恶劣情况,即基站主瓣水平方向指向EESS数传接收站,且无clutter loss的直射路径情况。

  5 分析结论


图3 区域分析结果——北京站(长期干扰保护标准(A),短期干扰保护标准(B))

 


图4区域分析结果——佳木斯站(长期干扰保护标准(A),短期干扰保护标准(B))

 


图5 区域分析结果——喀什站(长期干扰保护标准(A),短期干扰保护标准(B))

 

  根据仿真结果,分别得出北京、佳木斯和喀什数传接收站的保护距离如表4所示。


表4 EESS数传接收站的保护距离

 

  6 结束语

综上,根据卫星数传接收站的地理位置和系统参数,通过划定相应的隔离保护距离,可实现在25.5-27GHz频段内EESS数传接收站与IMT系统的共存。

参考文献

[1] ITU-R P.2108, “Prediction of Clutter Loss”, 20 June 2017.

[2] ITU-R SA.[EESS-METSAT CHAR], “Characteristics to be used for assessing interference to systems operating in the Earth exploration-satellite and meteorological-satellite services, and for conducting sharing studies”.

[3] ITU-R S.580, “Radiation diagrams for use as design objectives for antennas of earth stations operating with geostationary satellites”, 6 January 2004.

[4] ITU-R S.672, “Satellite antenna radiation pattern for use as a design objective in the fixed-satellite service employing geostationary satellites”,18 September 1997.

[5] Document 5-1/406-E,Task Group 5/1 Chairman’s Report-“SHARING AND COMPATIBILITY STUDIES OF IMT SYSTEMS IN THE 24.25 27.5 GHZ FREQUENCY RANGE”, 22 May 2018.

[6] ITU-R SA.1160, “INTERFERENCE CRITERIA FOR DATA DISSEMINATION AND DIRECT DATA READOUT SYSTEMS IN THE EARTH EXPLORATION-SATELLITE AND METEOROLOGICAL-SATELLITE SERVICES USING SATELLITES IN THE GEOSTATIONARY ORBIT”, 5 July 2017.

[7] ITU-R M.2101, “Modelling and simulation of IMT networks and systems for use in sharing and compatibility studies”, 9 February 2017.

[8] ITU-R P.452, “Prediction procedure for the evaluation of interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0.1GHz”, 29 July 2015.

[9] ITU-R P.676, “Attenuation by atmospheric gases”, 30 September 2016.

[10] ITU-R P.525, “CALCULATION OF FREE-SPACE ATTENUATION”,23 November 2016.

[11] ITU-R P.618, “Propagation data and prediction methods required for the design of Earth-space telecommunication systems”, 4 December 2017.

 
 
 
 
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