關(guān)于5G信號對衛(wèi)星C波段下行頻率的干擾分析與解決

文/張睿 鄂毅 居曉軍 郝冠南

1.測試背景

人民日報作為黨中央機關(guān)報，深入貫徹落實習(xí)總書記提出的“推動媒體融合向縱深發(fā)展”的要求，在5G即將來臨的大發(fā)展、大變革時代，充當(dāng)排頭兵，在報社院區(qū)編輯樓和印刷廠部署了兩處5G基站，用于5G新媒體業(yè)務(wù)測試工作。

圖1 報社院區(qū)5G基站分布示意圖

在5G基站部署完成當(dāng)天，我們發(fā)現(xiàn)報社院區(qū)所有C波段下行衛(wèi)星小站失鎖，新華社衛(wèi)星稿件接收系統(tǒng)和人民日報衛(wèi)星傳版系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷。確認(rèn)是5G信號對院區(qū)內(nèi)C波段衛(wèi)星接收信號產(chǎn)生了嚴(yán)重干擾。5G和衛(wèi)星C波段下行小站的共生課題由此產(chǎn)生。

2.測試內(nèi)容

為此，我們開展了C波段衛(wèi)星接收天線對5G信號的抗干擾工作。我們在編輯樓選了距離5G基站10米以內(nèi)的3.8GHz和4.1GHz兩面2.4米天線、距離印刷廠5G基站100約米的4.1GHz一面2.4米天線進行測試。通過頻譜儀觀測未開啟5G和開啟5G時，衛(wèi)星C波段下行頻率的頻譜波形變化和對衛(wèi)星業(yè)務(wù)的影響。干擾情況測試完成后，我們對濾波器、抗5G干擾LNB進行抗干擾測試。記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，得出行之有效的抗干擾結(jié)果。

2.1 未開啟5G信號的測量

圖2 未開5G信號時的3.4-4.2GHz的掃頻信號

圖3 未開未開5G信號時的3.8GHz調(diào)制波信號

在5G信號未開啟前，我們首先測量了編輯樓樓頂?shù)?.4-4.2GHz的掃頻信號、3.8GHz和4.1GHz的調(diào)制波信號作為測試的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖4 未開未開5G信號時的4.1GHz調(diào)制波信號

從波形圖中我們可以看到，在未開5G信號的情況下，兩面天線的調(diào)制波形圖正常，3.8GHz和4.1GHz調(diào)制波載噪比分別約為13dbm和11dbm。

2.2 開啟5G信號測量

我們開啟5G信號，分別測量編輯樓樓頂?shù)?.4-4.2GHz的掃頻信號和C波段下行的調(diào)制波信號，查看受干擾時頻譜狀態(tài)。

圖5 5G信號開啟時的3.4-4.2GHz的掃頻信號

圖6 5G信號開啟時的C波段下行調(diào)制信號

從圖中我們可以看到，在5G信號開啟后，掃頻頻譜中出現(xiàn)了功率超高的5G信號。距離5G基站不足10米的衛(wèi)星天線LNB完全飽和，載波業(yè)務(wù)完全中斷。

隨后我們又觀測距離5G信號約100米的C波段衛(wèi)星天線頻譜情況。

圖7 距離5G基站約100米的3.4-4.2GHz的掃頻信號

圖8 距離5G基站約100米的C波段下行調(diào)制信號

從頻譜中可以看出，距離5G基站約100米的C波段下行信號較近距離的干擾情況明顯減輕，此時載波業(yè)務(wù)仍能工作，但具有較高誤碼率。可見距離對5G信號的干擾也有著較大的影響。

由此，我們可以得出結(jié)論，5G對C波段衛(wèi)星業(yè)務(wù)存在著切實干擾，如果要共存，就必須對C波段衛(wèi)星接收天線進行技術(shù)改造。

3.抗5G干擾測試

為應(yīng)對5G干擾，我們本次選用了3.7-4.2GHz帶通濾波器和抗5G干擾LNB兩種設(shè)備進行測試。

3.1 帶通濾波器測試

我們對所有測試天線LNB前端加裝了3.7-4.2GHz帶通濾波器，院區(qū)全部5G信號開啟下，查看帶通濾波器抗干擾效果。

在LNB加裝帶通濾波器后帶外干擾得到了較高抑制，調(diào)制波形鄰頻干擾明顯得到改善。載波能夠入鎖，業(yè)務(wù)能夠運行，但存在一定誤碼，在傳輸較小文件時已經(jīng)沒有影響，但傳輸大文件時存在丟幀現(xiàn)象。

圖9 距離5G基站不足10米天線安裝濾波器后的3.4-4.2GHz的掃頻信號

圖10 距離5G基站不足10米天線安裝濾波器后的調(diào)制信號

圖11 距離5G基站約100米天線安裝濾波器后的3.4-4.2GHz的掃頻信號

圖12 距離5G基站約100米天線安裝濾波器后的調(diào)制信號

在5G基站距離相對較遠時，帶通濾波器效果更加明顯。帶外抑制較高，效果明顯，調(diào)制信號趨近正常。衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)正常，不受任何影響，誤碼率0。

由此可見，帶通濾波器對抗5G干擾效果比較明顯。但如果5G基站距離較近時，帶外抑制率還略顯不夠，如衛(wèi)星帶寬小、傳輸文件大，濾波器的抗干擾效果將無法滿足。

3.2 抗5G干擾LNB測試

為應(yīng)對5G干擾，一些衛(wèi)星設(shè)備廠商已經(jīng)開始著手研制自帶濾波效果的LNB來抗5G干擾。本次測試我們也找來一款這樣的LNB進行測試。

圖13 距離5G基站不足10米天線更換LNB后的3.4-4.2GHz的掃頻信號

圖14 距離5G基站不足10米天線更換LNB后的的調(diào)制信號

測試發(fā)現(xiàn)，抗5G LNB的抗干擾效果極佳，基本能夠把5G信號全部濾掉。衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)能夠正常運行，誤碼率達到0。但這種抗5G LNB目前還處在測試階段，還存在一些缺陷和不確定性。第一，在臨近3.7GHz的正常C波段頻點上也被抑制，使得頻段在此附近的衛(wèi)星用戶還無法使用此設(shè)備；第二，該設(shè)備采用了電子濾波，設(shè)備中含有一定的電子器件，長期在室外使用存在故障率高的風(fēng)險；第三，該設(shè)備會損失1-2db的載噪比，不適用于系統(tǒng)功率余量比較小的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

結(jié)語

通過測試分析，我們切實看到了5G給C波段衛(wèi)星下行帶來的干擾，但5G信號的對于距離和障礙物的衰減也較大。C波段衛(wèi)星下行小站和5G 基站可通過拉大距離、架設(shè)屏蔽設(shè)備、安裝濾波器等方法共生共存。人民日報社通過以上辦法徹底解決了C波段下行的5G干擾問題，目前5G信號已經(jīng)7*24小時覆蓋院區(qū)。

隨著5G的迅速發(fā)展，今后的干擾事件會越來越多，但有了這次測試提出的解決辦法，人民日報在全國一百余個C波段衛(wèi)星接收站將無懼5G干擾。本次5G干擾的解決有一定的示范意義，全國廣大的C波段衛(wèi)星用戶都可以借鑒應(yīng)用。相信以后相關(guān)抗干擾的產(chǎn)品和辦法會越來越多，讓所有人都敞開懷抱，擁抱5G時代的到來。