700MHz设备对广播电视信号的干扰有哪些？

news2024/11/16 19:33:04

700MHz，由于其较长的波长，良好的传播与覆盖特性，不仅一直被多国用作广播电视信号频率，4G LTE和5G NR也同样看好这一频段，并在此频段上进行了相应的部署和规划。目前已经有超过45个国家和地区，将700MHz频段部署和应用于4G LTE，而在5G NR频段的部署中，由于其更加适用于Massive IoT和超可靠低时延的应用场景，越来越多的国家和地区也已将700MHz纳入5G频段规划之中。然而相互之间的干扰问题不得不作为无线标准制定的重要依据。

今天我们通过解读一份Report ITU-R BT.2215-7 (04/2018)，Measurements of protection ratios and overload thresholds for broadcast TV receivers的部分内容，了解一下700MHz的LTE设备对广播电视信号的干扰。

首先需要了解几个名词的定义：

—Radio frequency signal-to-interference ratio (S/I)
It is the ratio, generally expressed in dB, of the power of the wanted signal to the total power of interfering signals and noise, evaluated at the receiver input (see Recommendation ITU-R V.573).
The power of the wanted signal is measured in a bandwidth equal to the wanted signal bandwidth, while the total power of interfering signal and noise is measured in a bandwidth equal to the interfering signal bandwidth.

—信干比：注意这里的信干比，更像我们平时常说的载干比，因为它是在接收机的输入端口处进行评估的，两个作比值的量分别是：想要信号（本文中指电视信号）在本信道带宽内（8MHz）的总功率——比上——干扰信号（本文指作为干扰信号的LTE信号）在干扰信号带宽下（10MHz）的总功率。
—Radio frequency protection ratio (PR)
It is the minimum value of the signal-to-interference ratio required to obtain a specified reception quality under specified conditions at the receiver input (note that this differs from the definition in Recommendation ITU-R V.573). In this Report, the “specified reception quality” and the “specified conditions” have been defined separately by each entity that has undertaken measurements.
Usually, PR is specified as a function of the frequency offset between the wanted and interfering signals over a wide frequency range. In this Report, PR specified in this way is referred to as “PR curve”. PR curves show the ability of a receiver to discriminate against interfering signals on frequencies differing from that of the wanted signal.

—保护率：指接收机端口处，在特定条件下获得一定接收质量时的最小信干比的值，通常，PR会定义为在想要信号与干扰信号之间频率偏移量的函数。
—Receiver (front-end) overload threshold
Overload threshold (Oth) is the interfering signal level expressed in dBm, above which the receiver begins to lose its ability to discriminate against interfering signals at frequencies differing from that of the wanted signal (i.e. the onset of strong non-linear behaviour). Therefore, above the overload threshold the receiver will behave in a non-linear way, but does not necessarily fail immediately depending on the receiver and interference characteristics.

—接收机前端过载容限Oth：以dBm作为单位，代表接收机在收到大于此干扰信号功率时将进入非线性区，可以理解为阻塞信号造成接收机饱和，可能导致信号无法正常接收和解调。

测试框图如下图所示，总体来说都是通过信号发生器产生想要信号与干扰信号，通过滤波器、隔离器、衰减器等，合路进入到被测的电视接收机，同时用频谱仪进行观测：

报告中包含了多个实测研究结果，我们分别以Annex 2C（COMPARISON OF DVB-T2 RECEIVER PROTECTION RATIOS& OVERLOAD THRESHOLD MEASUREMENTS AT 690MHz, 754MHz & 786MHz WITH LTEBS INTERFERENCE）和Annex 2F（Measurements of DVB-T2 receiver protection ratioand overload threshold under LTE UE interference in adjacent channels）为例具体看一下使用50%业务吞吐量的LTE基站信号，和使用20Mbit/s业务loading的LTE UE信号，对DVB-T2电视接收机的干扰情况。具体的测试图设置如下：标准的用于测试的电视信号与LTE信号，均通过信号源发出并通过合路器合路后，进入到电视接收机。

测试信号和干扰信号的具体频点如下表所示：

下图可以更直观的看一下各信号频率的分布情况以及PR的定义，可知LTE作为干扰信号，其频带边缘与电视信号频谱边缘的guard band从1MHz，9MHz，17MHz......以8M递增。

报告中共对4种不同类型的DVB-T2电视接收机进行了同等条件下的测试及对比，这里我们就以CH48（690MHz）信道的测试结果为例看一下实测的数据结果：

1. 从下表看出4种接收机的同道AWGN干扰下的PR基本一致

2. 下表是针对不同的电视接收机，在不同的电视输入信号功率（C)条件下的干扰功率（I)变化情况。决定PR的方法是通过C/I测试曲线得到的，C-I的值即为PR，通过测量不同想要信号的功率等级，一般是在灵敏度基础上+5, +10, +20, +30, +40, +50, +60, +70 和+80 dB直至扩展至接收机最大动态功率。

3. 下表是不同接收机PR的结果，所以PR表面上并不取决于想要信号功率，而取决于C与I的差值，是在进入Oth之前的线性区域的差值，即想要信号较小时，干扰信号也相对较小时的取值。

4. 下表是Oth的值，由于任何接收机都不是理想的线性系统，当信号功率和干扰功率同时加大到一定程度，进入非线性区时，就得到了Oth的值。从下表可知，在guard band为1MHz时，LTE最大允许信号功率为-15～-5dBm/10MHz，换算成MHz为-25 ～ -15 dBm/MHz；在guard band为9MHz处，LTE最大允许信号功率为-5～-4dBm/10MHz，换算成MHz为-15 ～ -14 dBm/MHz。比1M间隔大致改善10dB（大多数接收机），和改善1dB（少数接收机）；在guard band大于9MHz以外的LTE信号，连续4个载波对电视接收机的影响基本保持不变。

5. 下表是LTE UE对电视干扰的Oth值：在guard band为1MHz时，LTE UE最大允许信号功率为-19～+5dBm/10MHz（根据不同的接收机），即-29 ～ -5 dBm/MHz；在guard band为9MHz处，LTE UE最大允许信号功率为-15～+8dBm/10MHz = -25 ～ -2 dBm/MHz。比1M间隔大致改善3～4dB；在guard band大于9MHz以外的LTE UE信号，连续4个载波对电视接收机的影响基本保持不变。

上述的测试结果为LTE信号对电视接收机的干扰研究，假设用它的结论去推算5G NR会有什么结果呢？按照下表5G NR的700M频段划分，使用Band28规定的频点，在guard band为1MHz时，如果不希望对上述电视接收机产生非线性，无论是下行还是上行发射功率，最大不能超过+5dBm/10MHz= +8dBm/20MHz；如果guard band为9MHz，根据不同接收机性能，则可以提高至少3dB，或者12dB的功率。但即使是干扰信号在60MHz以外，最大也不能超过+9dBm/10MHz=+12dBm/20MHz，也是挑战极大。