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.
