76-81GHz车载雷达与业余无线电共存研究

房 骥，林 磊，刘瑞婷，许瑞琛，彭 潇，刘晓勇

（国家无线电监测中心检测中心，北京　100041）

1　引言

随着高级辅助驾驶系统（ADAS，Advanced Driver Assistance Systems）产业和无人驾驶行业的快速发展，国际主要发达国家和国际标准组织均投入了大量的精力研究车载雷达。作为最核心的传感器之一，车载雷达推动了智能汽车和智慧交通行业的发展。目前车载雷达使用的频率主要包括：24GHz ISM频段（24-24.25GHz）、24GHz 超宽带频段（24.25-26.65GHz）、76GHz频段（76-77GHz）和79GHz频段（77-81GHz）。

在世界无线电大会WRC-15之前，车载雷达尚没有全球统一的频率划分，77.5-78GHz频段并没有被分配给无线电定位业务。工作在77-81GHz的汽车雷达仅被视为某种设备，属于次要业务，须接受来自其他业务的干扰并且不能对其他业务造成干扰。WRC-15期间，1.18议题确定将77.5-78GHz频段被分配给无线定位业务，至此77-81GHz频段被全球统一划分为无线电定位业务，可用于汽车雷达，并且在76-81GHz之间的汽车雷达被定为主要业务。目前，欧盟、美国、智利、俄罗斯、白俄罗斯、新加坡、越南、马来西亚、日本、中国香港等国家和地区已将77-81GHz频段划分给汽车雷达定位业务。

随着全球5G系统的规划与发展，毫米波频段作为5G峰值流量的候选频段，国际电信联盟（ITU）为2019年世界无线电通信大会（WRC-19）专设了1.13议题，针对24.25-86GHz频段范围的11 个候选频段开展研究。欧盟委员会无线频谱政策组（RSPG）于2016年11月发布了欧洲5G频谱战略，将24.25-27.5GHz频段作为欧洲5G先行频段。日本计划将27.5-29.5GHz用于5G。韩国计划将26.5-29.5GHz频段用于5G；针对WRC-19，支持优先研究24.25-27.5GHz，31.8-33.4GHz和37-40.5GHz频段。我国工业和信息化部于2017年6月8日发布公告《公开征集在毫米波频段规划第五代国际移动通信系统（5G）使用频率的意见》，征求意见中包含24.75-27.5GHz频段，与目前我国24GHz车载雷达频段24.25-26.65 GHz有重合。从全球车载雷达发展趋势来看，未来24GHz车载雷达将逐步过渡到79GHz频段。

为配合我国77-81GHz频谱划分工作顺利开展，需要前期开展77-81GHz频段车载雷达与现有无线电业务之间共存研究工作，为频谱划分提供理论依据。根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》（2014版）[1]，在76-81GHz频段内现有无线电业务包括：无线电定位、射电天文、业余、卫星业余和空间研究（空对地）。本文主要分析76-81GHz频段车载雷达与业余无线电业务之间共存情况，通过仿真计算得到车载雷达与业余无线电台之间共存所需的保护距离。

2　76-81GHz频段业余无线电业务频率划分情况

根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》（2014版），76-81GHz频段的业余无线电业务主要分布在：76-77.5GHz、77.5-78GHz、78-79GHz、79-81GHz，其中77.5-78GHz频段的业余无线电业务为主要业务，其他频段的业余无线电业务为次要业务，具体见表1。

表1　76-81GHz频段业余无线电业务频率划分情况

3　业余无线电业务及技术参数

根据ITU-R M.2322[2]，77-81GHz频段内业余业务主要包括：莫尔斯电报、单边带电话、调频电话和多媒体（数据、电视），具体技术参数见表2。

根据ITU-R M.2322，目前没有在轨业余卫星使用77-81GHz频段，为了干扰分析的完备性及未来业务发展的需要，这里采用ITU-R M.1732[3]报告中关于业余卫星的参数来分析与车载雷达之间干扰共存情况，如表3所示。

表2　77-81GHz频段内业余业务及技术参数

表3　业余卫星参数表

4　干扰场景

4.1　场景一

业余接收机被安装在山顶，如图1所示。

图1　业余接收机被安装在山顶

其中，h为山高，固定为1500米；业余接收机被固定在山顶，坐标为（0，0，h）。其天线指向（x，y，0）平面；dh为雷达与山之间的距离，汽车位置为（0，dh，0），雷达发射方向为-y方向。

4.2　场景二

业余接收机被安装在楼顶，如图2所示。

图2　业余接收机被安装在楼顶

其中，h为楼高，固定为30米；业余接收机被固定在楼顶，坐标为（0，0，h）。其天线指向（x，y，0）平面；b为楼与路之间的距离，固定为10米；dh为雷达与楼之间的距离，汽车位置为（0，dh，0），雷达发射方向为-x方向。

4.3　干扰准则

参照ITU-R M.2322，受扰业余业务系统能够承受的最大外来干扰信号强度要求比受扰系统热噪声低6dB，即：I/N=-6dB。

以下分析计算中假设车载雷达干扰信号带宽为4GHz，分别计算各业余系统受到的干扰。

4.4　传播模型

汽车雷达信号传播损耗模型使用ITU-R M.2322 中的模型，即：

式中，γg为空气损耗，包括氧气损耗γo和水分损耗γH2o，γg=γo+γH2o（dB/km），当频率 f=77GHz时，计算γg值为0.3582dB/km为射电天文台容忍的观察信号丢失时间的最小比例，取值为2%；FSL为自由空间传播模型，即：

式中，f为频率（MHz）；d为干扰源与射电天文台天线之间的距离（km）；Ad为绕射损耗，计算方法参见ITU-R P.526[4]。

此外，假设环境为一个标准大气压P=1013hPa，温度T=15°，大气中水蒸气密度ρ=7.5g/m3。其他因素没有考虑（例如：雨、雾等），只考虑在良好天气状况下的干扰，即只计算最严苛情况下的干扰。

5　计算模型

5.1　单个汽车雷达与业余无线电接收机之间共存计算模型

使用以下模型计算业余接收机收到的单个汽车雷达发射的干扰功率：

式中，PRX为在受扰系统接收机接收到的干扰信号功率；PRX为车载雷达发射功率；FLTX为车载雷达馈线损耗；GTX为发射天线增益；PL为路径损耗；GRX为接收天线增益；FLRX为接收系统馈线损耗；BCF为带宽修正因子。

由于PTX采用全向等效辐射功率，因此GTX=0dBi，且FLTX=0dBi。由于一般业余业务的发射机安装在高处（高山或楼顶），因此，车载雷达与受扰业余系统之间的天线不是正对的，干扰信号主要是从受扰系统接收天线的旁瓣接收，根据ITU-R M.2322建议，接收天线增益GRX=0dBi，用来评估更贴近实际的干扰情况。带宽修正因子见表4。

表4　带宽修正因子

5.2　多个汽车雷达与业余无线电接收机之间共存计算模型

参考ECC Rep-056[5]中的干扰计算模型，以业余无线电接收机为中心，分别计算同心圆环中干扰设备对射电天文台的干扰，假设干扰设备的分布为均匀分布，将各同心圆环内干扰设备的干扰积分得到全部干扰。同心圆环宽度为1km，与中心的最小距离为最小隔离距离，最大距离为最小距离+30km。由于业余无线电的天线具有方向性，此处假设为120°，因此只需计算1/3圆环内车辆的数量即可，如图3所示。

图3　汽车雷达与业余无线电共存仿真模型图

在业余无线电接收机接收到来自第i个扇形内汽车雷达的干扰功率 为：式中，Ni为在第i个圆环内的汽车雷达数量，，n为汽车雷达的密度（个/km2）。

那么，在业余无线电接收机接收到的干扰总功率为：Nr为在仿真中用到的最大圆环数量。

6　计算结果

按照上述干扰计算模型及评估准则，计算得到单个77-81GHz车载雷达与业余无线电接收机之间的干扰保护距离，如表5所示。从计算可以看出，单个车载雷达对业余和业余卫星业务没有干扰，可以共存。

表5　单个77-81GHz车载雷达与业余无线电接收机之间所需保护距离

多个车载雷达对业余无线电接收机的集总干扰如表6所示。根据计算结果可知，当车辆密度较小时，车载雷达不会对业余接收机产生干扰；当车辆密度较大时，车载雷达会对业余无线电接收机产生干扰，最大所需干扰隔离距离约为30km。

7　结束语

本文分析了76-81GHz 频段汽车雷达与业余无线电之间的共存情况，为我国开放77-81GHz频段提供了理论依据。根据仿真计算结果可知，76-81GHz频段车载雷达对业余无线电业务之间的干扰取决于业余无线电接收机周围车辆数量，当车辆数量较少时，车载雷达不会对业余接收机造成干扰，当车辆数量较多时会对业余无线电接收机产生干扰，最大所需保护距离约为30km。■

表6　不同车辆密度下车载雷达对业余接收机的干扰保护距离

[1]中华人民共和国无线电频率划分规定[EB/OL].“http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057735/n3057748/c5975595/content.html”.

[2]Systems characteristics and compatibility of automotive radars operating in the frequency band 77.5-78 GHz for sharing studies[EB/OL].“https：//www.itu.int/pub/R-REP-M.2322-2014”.

[3]Characteristics of systems operating in the amateur and amateur-satellite services for use in sharing studies[EB/OL].“http ：//www.itu.int/rec/R-REC-M.1732/en”.

[4]Propagation by diffraction[EB/OL].“https：//www.itu.int/rec/R-REC-P.526/en”.

[5]COMPATIBILITY OF AUTOMOTIVE COLLISION WARNING SHORT RANGE RADAR OPERATING AT 79 GHZ WITH RADIOCOMMUNICATION SERVICES[EB/OL].“test.ecodocdb.dk/docdb/download/d540ffd2-e973/ECCREP056.PDF”.