房 驥，林 磊，劉瑞婷，許瑞琛，彭 瀟，劉曉勇

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

1 引言

在無人駕駛系統(tǒng)中，傳感器被稱作汽車的“眼睛”，包括車載攝像頭等視覺系傳感器和車載毫米波雷達(dá)、車載激光雷達(dá)和車載超聲波雷達(dá)等雷達(dá)系傳感器。車載毫米波雷達(dá)由于成本較低、技術(shù)比較成熟率先成為無人駕駛系統(tǒng)主力傳感器。目前車載毫米波雷達(dá)使用的頻率主要包括：24GHz ISM頻段（24-24.25GHz）、24GHz超寬帶頻段（24.25-26.65GHz）、76GHz頻段（76-77GHz）和79GHz頻段（77-81GHz）。

世界無線電大會WRC-15期間，1.18議題確定將77.5-78GHz頻段被分配給無線定位業(yè)務(wù)，至此77-81GHz頻段被全球統(tǒng)一劃分為無線電定位業(yè)務(wù)，可用于汽車?yán)走_(dá)，并且在76-81GHz之間的汽車?yán)走_(dá)被定為主要業(yè)務(wù)。目前，歐盟、美國、智利、俄羅斯、白俄羅斯、新加坡、越南、馬來西亞、日本、中國香港等國家和地區(qū)已將77-81GHz頻段劃分給汽車?yán)走_(dá)定位業(yè)務(wù)。

我國尚未正式將77-81GH頻段分配給汽車?yán)走_(dá)業(yè)務(wù)，根據(jù)工業(yè)和信息化部2016年11月發(fā)布《關(guān)于同意車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用聯(lián)盟開展智能交通無線電技術(shù)頻率研究試驗(yàn)的批復(fù)》（工信部無函〔2016〕450號），授權(quán)車載信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在安徽省合肥市、遼寧省大連市、江蘇省泰州市、四川省綿陽市四個(gè)試點(diǎn)城市開展79GHz毫米波汽車?yán)走_(dá)無線電頻率技術(shù)研究試驗(yàn)工作，為我國開放77-81GHz頻段奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)除此之外，在開放77-81GHz頻段前還需考慮該頻段與已分配無線電業(yè)務(wù)之間的共存問題，以確定車載雷達(dá)與其他無線電業(yè)務(wù)是否可以共存或共存所需的條件，為頻率劃分提供理論依據(jù)。根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》（2014版）[1]，在76-81GHz頻段內(nèi)現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù)包括：無線電定位、射電天文、業(yè)余、衛(wèi)星業(yè)余和空間研究（空對地），如表1所示。

根據(jù)ITU-R M.2322[2]，我國76-81GHz頻段射電天文臺在青海、上海和新疆，如表2所示。

本文主要分析76-81GHz頻段車載雷達(dá)與射電天文之間干擾情況，通過仿真計(jì)算得到車載雷達(dá)與射電天文之間共存所需的保護(hù)距離，為我國77-81GHz頻段劃分提供理論依據(jù)。

表1 我國76-81GHz頻段無線電頻率劃分表

表2 我國76-81GHz頻段射電天文臺地址

2 干擾準(zhǔn)則

根據(jù)ITU-R RA.769[3]，射電天文觀測的靈敏度定義為在輻射計(jì)輸入端可以檢測和測量到的功率值的最小變化ΔP。靈敏度方程可以表示為：式中，P和ΔP表示噪聲頻譜密度；Δf0為帶寬；t為積分時(shí)間。P和ΔP可用玻爾茲曼常數(shù)k表示為溫度的函數(shù)，即：ΔP=kΔT，P=kT因此，靈敏度方程可以表示為：式中，T=TA+TR，T是TA（來自宇宙背景、地球大氣和來自地球的輻射的天線噪聲溫度）和TR（接收器噪聲溫度）之和。

積分時(shí)間（也稱為觀察時(shí)間）假設(shè)為2000s。干擾門限ΔPH表示為在帶寬Δf內(nèi)引起靈敏度10%損失的值，即：

干擾還可以表示為入射到天線端口的干擾相對于全向天線的功率通量譜密度SH。全向天線的等效面積為s=c2/4πf2，c為光速，f為頻率。全向天線的增益假設(shè)為0dBi，代表干擾從射電天文天線的旁瓣接收。那么在天線處接收到的干擾功率可以表示為：

射電天文的干擾門限值以上述計(jì)算結(jié)果的最嚴(yán)格值為限值，即：功率通量譜密度不超過-225.86（dBW/（m2·Hz）），等效于干擾輸入總功率不超過-192.36dBW。ITU-R RA.769建議在射電天文天線處收到的總干擾不應(yīng)超過上述限值。

表4 譜線觀察模式下有害干擾對射電天文的干擾門限值

ITU-R RA.769假設(shè)射電天文接收機(jī)收到的干擾是通過其天線旁瓣（≥19.05°）收到的，此時(shí)天線增益為0dBi。如果是通過天線主瓣收到的干擾，由于天線主瓣的增益非常高（70dBi），那么天線增益也得考慮。但是，ITU-RRA.769假設(shè)通過天線主瓣收到干擾的概率非常低，因此在計(jì)算干擾時(shí)使用0dBi作為接收天線增益。

3 傳播模型

假設(shè)環(huán)境為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓P=1013hPa，溫度T=15°，大氣中水蒸氣密度ρ=7.5g/m3。

其他因素沒有考慮（例如雨、霧等），只考慮在良好天氣狀況下的干擾，即只計(jì)算最嚴(yán)苛情況下的干擾。

圖1顯示了在77GHz、79GHz和81GHz頻段下，不同距離對應(yīng)的路徑損耗?？梢钥闯鲈?7GHz的路徑損耗最小，因此以下仿真取f=77GHz計(jì)算所需最大保護(hù)距離。

圖1 77GHz、79GHz和81GHz頻段不同距離下的路徑損耗

4 計(jì)算模型

參考ECC Rep-056[5]中的干擾計(jì)算模型，以射電天文臺為中心，分別計(jì)算同心圓環(huán)中干擾設(shè)備對射電天文臺的干擾，假設(shè)干擾設(shè)備的分布為均勻分布，將各同心圓環(huán)內(nèi)干擾設(shè)備的干擾積分得到全部干擾。同心圓環(huán)寬度為1km，與中心的最小距離為最小隔離距離，最大距離為最小距離+500km，如圖 2所示。

圖2 射電天文干擾共存仿真模型圖

設(shè)Pt為單個(gè)干擾設(shè)備的平均發(fā)射功率，在射電天文臺接收到來自第i個(gè)圓環(huán)的功率Pri為：

式中，d為所需最小隔離距離（30m）30m）；di為第i個(gè)圓環(huán)距離射電天文臺的距離di=d+(i-1)；L(di)為第i個(gè)圓環(huán)距離射電天文臺的路徑損耗；Ni為在第i個(gè)圓環(huán)內(nèi)的干擾設(shè)備數(shù)量，n為干擾設(shè)備的密度（個(gè)/km2）。

那么，在射電天文臺接收到的干擾總功率為：

表5 79GHz車載雷達(dá)與射電天文干擾共存仿真參數(shù)

5 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述模型及參數(shù)，通過仿真計(jì)算得到在不同車輛密度下的車載雷達(dá)與射電天文臺之間共存所需的保護(hù)間隔，如表6和圖3所示。

表6 不同車輛密度下的保護(hù)間隔

圖3 不同車輛密度下射電天文臺保護(hù)距離

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，車載雷達(dá)與射電天文臺之間共存所需的保護(hù)距離約為42km。因此，實(shí)際中需要采取一定措施來保證射電天文臺不受汽車?yán)走_(dá)干擾，例如基于地理位置信息，強(qiáng)制汽車?yán)走_(dá)在進(jìn)入射電天文臺保護(hù)距離范圍內(nèi)主動關(guān)閉；或在射電天文臺周圍劃分保護(hù)區(qū)，阻止汽車?yán)走_(dá)進(jìn)入射電天文臺保護(hù)區(qū)。

6 結(jié)束語

本文分析了76-81GHz 頻段汽車?yán)走_(dá)與射電天文之間干擾共存情況，為我國開放77-81GHz頻段提供了理論依據(jù)。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果可知，汽車?yán)走_(dá)與射電天文臺之間所需的干擾保護(hù)距離約為42km，在實(shí)際中有必要采取一定措施確保射電天文臺不受汽車?yán)走_(dá)干擾?！?/p>

[1] 中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)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] Protection criteria used for radio astronomical measurements[EB/OL].https：//www.itu.int/rec/R-REC-RA.769/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”.