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技术研究
76-81GHz车载雷达与射电天文共存研究房 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）
国际电联已将77-81GHz频段划分给汽车雷达业务，部分国家也已将77-81GHz频段开放给汽车雷达业务。我国摘要：
目前尚未开放77-81GHz频段，在开放该频段前需要研究汽车雷达与现有无线电业务之间干扰共存情况。本文分析了76-81GHz频段汽车雷达与射电天文之间共存情况，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，汽车雷达与射电天文台之间所需的干扰保护距离约为42km。
无线电；毫米波；雷达；射电天文；共存关键词：
10.3969/J.ISSN.1672-7274.2018.02.003doi：
TN98 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2018）02-0013-04中图分类号：
Coexistence Study of Automotive Radar and Radio Astronomy Service in 76-81GHz
Fang Ji, Lin Lei, Liu Ruiting, Xu Ruichen, Peng Xiao, Liu Xiaoyong
(The State Radio Monitoring Center Testing Center, Beijing, 100041)
Abstract: ITU has allocated the frequency band 77-81GHz to automotive radar and some countries have also
opened the frequency band 77-81GHz to automotive radar. At present, China has not yet opened the frequency band of 77-81GHz and thus needs to study the coexistence between automotive radar and incumbent radio services before opening this band. This paper analyzes the coexistence between automotive radar and radio astronomy service in the 76-81GHz band. Simulation results show that the required protection distance for radio astronomy observatory is about 42 km.
Keywords: radio; frequency; radar; mm-Wave; coexistence
1 引言
在无人驾驶系统中，传感器被称作汽车的“眼睛”，包括车载摄像头等视觉系传感器和车载毫米波雷达、车载激光雷达和车载超声波雷达等雷达系传感器。车载毫米波雷达由于成本较低、技术比较成熟率先成为无人驾驶系统主力传感器。目前车载毫米波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）。世界无线电大会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、中国等国家和地区已将77-81GHz频段划分给汽车雷达定位业务。
我国尚未正式将77-81GH频段分配给汽车雷达业务，根据工业和信息化部2016年11月发布《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究试验的批复》（工信部无函〔2016〕450号），授权车载信息服务产业联盟在安徽省合肥市、辽宁省大连市、江苏省泰州市、四川省绵阳市四个试点城市开展79GHz毫米波汽车雷达无线电频率技术研究试验工作，为我国开放77-81GHz频段奠定了良好的技术基础。
作者简介：房 骥，男，汉族，1984年生，博士，国家无线电监测中心检测中心工程师，主要研究方向为无线通信、软件无线电、干扰共存、智能交通、无线电检测。2018.02
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除此之外，在开放77-81GHz频段前还需考虑该频段与已分配无线电业务之间的共存问题，以确定车载雷达与其他无线电业务是否可以共存或共存所需的条件，为频率划分提供理论依据。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），如表 1所示。
表 1 我国76-81GHz频段无线电频率划分表
中华人民共和国无线电频率划分国际电联3区中 国 内 地中 国 香 港中 国 澳 门无线电频率划分76-77.576-77.576-77.5 无线电定位 无线电定位 无线电定位76-77.5 射电天文 业余 射电天文 无线电定位 射电天文 业余 卫星业余 业余 卫星业余 卫星业余 业余 空间研究（空对地） 空间研究（空对地） 卫星业余 空间研究（空对地） 5.149 5.14977.5-7877.5-7877.5-7877.5-78 业余 业余 业余 业余 卫星业余 卫星业余 卫星业余 卫星业余 射电天文 射电天文 射电天文 空间研究（空对地） 空间研究（空对地） 空间研究（空对地） 5.149 5.14978-7978-8178-7978-79 无线电定位 业余 无线电定位 无线电定位 业余 卫星业务 业余 业余 卫星业余 卫星业余 卫星业余 空间研究（空对地） 空间研究（空对地） 空间研究（空对地） 射电天文 射电天文 射电天文 5.149 5.560 5.149 5.56079-8179-81 无线电定位 无线电定位 射电天文 射电天文 业余 业余 卫星业余 卫星业余 空间研究（空对地） 空间研究（空对地） 5.149根据ITU-R M.2322[2]，我国76-81GHz频段射
电天文台在青海、上海和，如表 2所示。
表 2 我国76-81GHz频段射电天文台地址
地点经纬度半径青海德令哈97º33.6’37º22.4’13.7m上海佘山121º9.8’31º05.2’65m奇台º40.9’43º36.0’110m本文主要分析76-81GHz频段车载雷达与射电天文之间干扰情况，通过仿真计算得到车载雷达与射电天文之间共存所需的保护距离，为我国77-81GHz
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频段划分提供理论依据。
2 干扰准则
根据ITU-R RA.769[3]，射电天文观测的灵敏度
定义为在辐射计输入端可以检测和测量到的功率值 的最小变化ΔP。灵敏度方程可以表示为：
式中，P和ΔP表示噪声频谱密度；Δf0为带宽；t为积分时间。P和ΔP可用玻尔兹曼常数k表示为温度的函数，即：
ΔP=kΔT， P=kT因此，灵敏度方程可以表示为：
式中，T=TA+TR，T是TA（来自宇宙背景、地球大气和来自地球的辐射的天线噪声温度）和TR（接收器噪声温度）之和。积分时间（也称为观察时间）假设为2000s。干扰门限ΔPH表示为在带宽Δf内引起灵敏度10%损失的值，即：
ΔPH= 0.1ΔPΔf干扰还可以表示为入射到天线端口的干扰相对于全向天线的功率通量谱密度SH。全向天线的等效面积为s=c2/4лf2，c为光速，f为频率。全向天线的增益假设为0dBi，代表干扰从射电天文天线的旁瓣接收。那么在天线处接收到的干扰功率可以表示为：
SHΔf=ΔPH/s
SHΔf(dB(W/m2))=10log(SHΔf)=10log(ΔPH/s) =10log(ΔPH)+20log(f)-158.55那么SH(dB(W/m2))=SHΔf(dB(W/m2))- 10log(Δf)76-81GHz频段射电天文业务的观察方式有连续观察模式和谱线观察模式，根据ITU-R RA.769的参数计算出连续观察模式和谱线观察模式下有害干扰对射电天文的干扰门限值，如表 3和表 4所示。射电天文的干扰门限值以上述计算结果的最严格值为限值，即：功率通量谱密度不超过-225.86(dBW/(m2·Hz))，等效于干扰输入总功率不超过-192.36dBW。ITU-R RA.769建议在射电天文天线处收到的总干扰不应超过上述限值。
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表 3 连续观察模式下有害干扰对射电天文的干扰门限值
系统灵敏度干扰门限最小天线接收机中心频率频段带宽噪声温度噪声温度功率谱密度输入功率功率通量功率通量谱密（GHz）（GHz）（GHz）DDP密度SHDf 度SH (dB(W/（K）（K）DPH（dBW）(dB(W/Hz))(dB(W/m2))(m2· Hz)))76.7577.7578.58076-77.577.5-7878-7979-811.50.5121212121230303030-274.75-272.36-273.87-275.37-192.99-195.37-193.87-192.36-133.84-136.11-134.52-132.85-225.60-223.10路径损耗（dB）不同距离对应的路径损耗。可以看出在
77GHz的路径损耗最小，因此以下仿真取f=77GHz计算所需最大保护距离。
900800700600500400300200-224.52-225.86表 4 谱线观察模式下有害干扰对射电天文的干扰门限值
谱线信最小天线接收机中心频率频段道带宽噪声温度噪声温度功率谱密度输入功率功率通量功率通量谱密（GHz）（GHz）DDP密度SHDf 度SH (dB(W/（MHz）（K）（K）DPH（dBW）(dB(W/Hz))(dB(W/m2))(m2· Hz)))76.7577.7578.58076-77.577.5-7878-7979-8111111212121230303030-258.87-258.87-258.87-258.87-208.87-208.87-208.87-208.87-149.72-149.61-149.52-149.36-209.72-209.61-209.52-209.36系统灵敏度干扰门限1000050100150200250300350400450500距离（km）图 1 77GHz、79GHz和81GHz频段不同距离下的路径损耗4 计算模型
ITU-R RA.769假设射电天文接收机收到的干
扰是通过其天线旁瓣（≥19.05°）收到的，此时天线增益为0dBi。如果是通过天线主瓣收到的干扰，由于天线主瓣的增益非常高（70dBi），那么天线增益也得考虑。但是，ITU-R RA.769假设通过天线主瓣收到干扰的概率非常低，因此在计算干扰时使用0dBi作为接收天线增益。
图2 射电天文干扰共存仿真模型图
3 传播模型
假设环境为一个标准大气压P=1013hPa，温度
3
T=15°，大气中水蒸气密度ρ=7.5g/m。
传播损耗模型使用ITU-R M.2322中的模型，即：L(d)=γgd+FSL+E(d,p)+Ad
式中，γ包括氧气损耗γg=为空气损耗，o和水分损耗γ，γ当频率f=77GHz时，计算γg=γo+γ(dB/km)，g值为0.3582dB/km； ，ρ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：
参考ECC Rep-056[5]中的干扰计算模型，以射电
天文台为中心，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+500km，如图 2所示。设Pt为单个干扰设备的平均发射功率，在射电天文台接收到来自第i个圆环的功率Pri为：
Pri=Pt-L(di)+10log10(Ni)
式中，d为所需最小隔离距离（30m）；di为第i个圆环距离射电天文台的距离di=d+(i-1)；L(di)为第i个圆环距离射电天文台的路径损耗；Ni为在第i个圆环内的干扰设备数量Ni=л*n[d2i+1-d2i]，n为干扰设备的密度（个/km2）。
那么，在射电天文台接收到的干扰总功率为：
式中，Nr为在仿真中用到的最大圆环数量。仿真中用到的参数如表 5所示。
数字通信世界L=32.4+20log(f)+20log(d)
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]。
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。
图1显示了在77GHz、79GHz和81GHz频段下，
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表 5 79GHz车载雷达与射电天文干扰共存仿真参数
参数值-225.86(dBW/(m·Hz))-192.36dBW0dBi25m77GHz-3dBm/MHz2GHz0.5m30m30m+500km1km1, 10, 100, 200, …, 100002最大功率通量谱密度最大干扰总功率射电天文台接收天线增益射电天文台天线高度频率车载雷达发射功率谱密度车载雷达带宽车载雷达高度最小隔离距离最大计算距离环形宽度车辆密度（辆/km2）根据计算结果，车载雷达与射电天文台之间共
存所需的保护距离约为42km。因此，实际中需要采取一定措施来保证射电天文台不受汽车雷达干扰，例如基于地理位置信息，强制汽车雷达在进入射电天文台保护距离范围内主动关闭；或在射电天文台周围划分保护区，阻止汽车雷达进入射电天文台保护区。
6 结束语
本文分析了76-81GHz频段汽车雷达与射电天文之间干扰共存情况，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，汽车雷达与射电天文台之间所需的干扰保护距离约为42km，在实际中有必要采取一定措施确保射电天文台不受汽车雷达干扰。■
5 计算结果
根据上述模型及参数，通过仿真计算得到在不
同车辆密度下的车载雷达与射电天文台之间共存所需的保护间隔，如表 6和图 3所示。
表 6 不同车辆密度下的保护间隔
车辆密度（辆/km）110100100010000422参考文献
3235373942保护距离（km）[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] 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/
40隔离距离（km）383634320100020003000400050006000270008000900010000车辆密度（辆/km2）
docdb/download/d540ffd2-e973/ECCREP056.PDF”.
图 3 不同车辆密度下射电天文台保护距离
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