230MHz頻段寬帶無線數(shù)傳系統(tǒng)技術要求和測試方法分析

方 箭，付 靖，潘 瑜

（1.國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037；2.國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041；3. 普天信息技術有限公司，北京 100080）

1 研究背景

自20世紀90年代以來，我國無線電管理機構為政府、公安、電力、石油、水利、氣象等行業(yè)部門在1GHz以下頻段規(guī)劃了多個段頻率資源，適應了行業(yè)信息化發(fā)展的需要。近年來，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，政務網(wǎng)、公共安全，以及電力、石油等大型行業(yè)對寬帶業(yè)務、集群業(yè)務以及多媒體集群業(yè)務需求也越來越強烈，主要體現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)和視頻的傳輸，以及構建于此基礎上的各種應用，包括多媒體集群調度、移動視頻監(jiān)控、現(xiàn)場視頻圖像采集等，以提高行業(yè)生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)效率和競爭能力，有效降低管理和經(jīng)營成本。以電力行業(yè)為例，電網(wǎng)的配電自動控制、用電信息采集、精準負荷控制等業(yè)務規(guī)?？焖僭鲩L，清潔能源、電動汽車、分布式電源、“輸配變”機器巡檢、智能家居等新業(yè)務新應用日趨增多，傳統(tǒng)的公眾移動通信、電力線載波、窄帶無線系統(tǒng)較難滿足電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟性、安全性、可靠性、實時性及泛在性等需求。建設低時延、高可靠、承載力強的新一代電網(wǎng)專用寬帶無線系統(tǒng)已成為支撐我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵。

可以明顯看出，行業(yè)專網(wǎng)通信呈現(xiàn)出移動化和寬帶化趨勢，對頻率資源的科學和精細化管理提出了更高要求。我國無線電管理機構在寬帶專網(wǎng)頻率規(guī)劃方面，積極擴展新的頻率資源，并通過規(guī)則修訂合理優(yōu)化現(xiàn)有頻段的頻率使用方式，在擴展增量的同時，實現(xiàn)了盤活存量。2015年，我國將1447-1467MHz頻段規(guī)劃用于寬帶數(shù)字集群專用系統(tǒng)，并調整了1785-1805MHz頻段寬帶無線接入系統(tǒng)的頻率使用方法，可靈活支持多種帶寬配置。考慮到223-235MHz頻段（簡稱“230MHz頻段”）頻率使用效率不高，同時仍有部分重要用戶在用的情況，2018年，對230MHz頻段數(shù)傳系統(tǒng)頻率使用方式進行了調整和優(yōu)化，在原有頻率規(guī)劃框架下，通過引入載波聚合和動態(tài)頻譜共享等新技術，明確部分頻段用于TDD方式寬帶數(shù)傳系統(tǒng)，保留部分頻段仍用于窄帶數(shù)傳系統(tǒng)，實現(xiàn)同頻段寬窄融合應用需求。該文件對頻率、臺站、設備管理以及干擾協(xié)調等事宜進行了規(guī)定，特別是對寬帶數(shù)傳系統(tǒng)射頻技術要求、頻譜效率等技術指標進行了系統(tǒng)性規(guī)范。

2 關鍵技術指標分析

射頻技術要求作為頻率使用管理規(guī)定的重要內(nèi)容，通常包括工作帶寬、頻率容限、帶內(nèi)功率、帶外發(fā)射、雜散發(fā)射、頻率發(fā)射模板等，其制定通常兼顧系統(tǒng)應用和設計需求、系統(tǒng)間電磁兼容共存要求、產(chǎn)品實現(xiàn)能力等諸多因素，本章將結合230MHz頻段技術要求進行逐項分析。

在系統(tǒng)帶寬方面，規(guī)定寬帶數(shù)傳系統(tǒng)工作帶寬為，即最大支持約5MHz帶寬，剩余7MHz頻點用于窄帶數(shù)傳系統(tǒng)，兼顧兩者應用需求；同時，考慮到該頻段區(qū)域頻點使用的差異性，為更好地規(guī)避占用頻點，明確要求系統(tǒng)在278個頻點任意離散載波聚合使用。

在帶內(nèi)發(fā)射功率方面，為了適應上下行鏈路覆蓋性能的需求，根據(jù)網(wǎng)絡設計經(jīng)驗，同時，參考原有窄帶數(shù)傳系統(tǒng)技術要求，降低窄帶數(shù)傳和寬帶數(shù)傳系統(tǒng)間阻塞干擾風險，從功率和功率譜兩個維度進行限定。

在帶內(nèi)無用發(fā)射功率方面，寬帶數(shù)傳系利用多個窄帶、離散的單頻點資源整合形成寬帶頻率資源，其射頻特性相比原來窄帶數(shù)傳系統(tǒng)將發(fā)生改變，形成多載波無用發(fā)射的累積效應（包括鄰頻、互調等），其帶內(nèi)無用發(fā)射功率對窄帶數(shù)傳系統(tǒng)會產(chǎn)生干擾的可能性，具體如圖1所示，故需要設計帶內(nèi)無用發(fā)射功率限值以最大程度降低干擾風險。

在帶外發(fā)射功率方面，考慮到在223MHz頻段以下劃分用于廣播業(yè)務，235MHz頻段以上劃分用于航空移動業(yè)務，需設置合適的限值以保護兩種無線電業(yè)務，同時，兼顧設備射頻濾波器滾降特性，設置合理的頻譜模板和帶外發(fā)射實現(xiàn)有效銜接。

圖1 帶內(nèi)無用發(fā)射特性

圖2 帶外鄰頻業(yè)務情況

在其他射頻指標方面，頻率容限、通用雜散等需符合《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》中的相關要求。

在頻譜效率方面，為鼓勵新技術提高系統(tǒng)頻譜效率，參考LTE等公眾移動通信設計特性，對系統(tǒng)上下行峰值頻譜效率進行了明確要求。

在動態(tài)頻譜率選擇方面，為避免產(chǎn)生寬帶數(shù)傳系統(tǒng)對窄帶數(shù)傳系統(tǒng)同頻干擾，除通過頻率許可時實現(xiàn)，也要求系統(tǒng)具備動態(tài)頻率選擇功能，以實現(xiàn)動態(tài)避讓。

3 測試方法

為更好反應和驗證230MHz頻段寬帶數(shù)傳系統(tǒng)設備技術要求，《230MHz頻段寬帶無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的射頻技術要求及測試方法》標準在制定過程中。本章對部分重要的技術指標測試進行分析，主要包括頻率容限、頻率范圍、工作帶寬、占用帶寬、端口發(fā)送功率、帶內(nèi)無用發(fā)射、帶外發(fā)射、發(fā)射機雜散發(fā)射、峰值頻譜效率、機箱端口輻射雜散的測試方法。

3.1 射頻技術要求測試方法

關于測試配置方面，特別是針對有關發(fā)射功率等測試項目的方案制定，綜合考慮此類寬帶設備最大支持載波數(shù)量多、任意載波間組合和配置情況復雜等技術特性，結合測試本身的可執(zhí)行性等因素，若測試方案中遍歷上述所有情形是難以實現(xiàn)的，為了盡可能反映該類型寬帶數(shù)傳設備的極限射頻特性，設計以下四種測試場景：一是單載波以最大功率發(fā)射；二是滿帶寬時最大功率發(fā)射（即278個載波同時發(fā)射）；三是最大功率譜和最大功率發(fā)射，即配置M個載波，其中信道[M/2]和[M/2]+1間隔25kHz，1～[M/2]和（[M/2]+1）～M信道連續(xù)分布 ；四是任意載波配置發(fā)射，產(chǎn)生隨機正整數(shù)N1（M≤N1＜N，N為設備支持的最大信道數(shù)，M由上述公式確定）作為發(fā)送信道個數(shù)，產(chǎn)生長度為N1的隨機正整數(shù)序列Qi{Q1，Q2......Qi}（其中：1≤i≤N1；1≤Qi≤278；隨機序列任意兩個元素取值不相等，且必滿足至少存在相鄰的兩個元素取值不連續(xù)）。

射頻技術要求測試圖連接如圖3所示，在校準線路完成后，按上述不同的配置情況下，設置合理的頻譜儀參數(shù)配置，對待測設備的性能進行評估。需要說明的是：在多載波系統(tǒng)配置測量時，分辨率帶寬（RBW）設置需要充分考慮帶內(nèi)功率發(fā)射情況以及儀表中頻濾波器特性而引入的鄰道選擇性影響，以避免導致RBW設置過大將帶內(nèi)信號未能完整濾波引入帶內(nèi)測試，從而導致測試不準確的現(xiàn)象。

圖3 射頻技術要求測試拓撲圖

3.2 頻譜效率測試方法

由于頻譜效率的測試是首次引入，并且按峰值效率衡量，一般測試僅在最高階調制方式（例如：64QAM）下進行。具體測試拓撲圖見圖4（以下行為例），使用數(shù)據(jù)測試工具進行下行灌包，接入設備在工作業(yè)務帶寬下發(fā)送下行信號；傳輸發(fā)起并穩(wěn)定后，在接收側使用速率測試軟件統(tǒng)計測試終端處空口物理層的下行峰值速率；利用下行峰值速率、實際發(fā)送時間占無線幀長的比例和工作業(yè)務帶寬折算出峰值頻譜效率，計算方法如下：

下行峰值頻譜效率=下行峰值速率/工作業(yè)務帶寬/實際發(fā)送時間占無線幀長的比例

圖4 接入設備下行峰值頻譜效率測試拓撲圖

4 結束語

本文對230MHz頻段寬帶數(shù)傳系統(tǒng)技術要求制定的依據(jù)和具體相關要求進行分析和闡述，并對其對應的測試方法開展了分析和示例，重點說明了測試中所注意的測試配置問題。相關內(nèi)容可為無線電管理機構的測試和設備生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)制造提供參考和借鑒。