5G NR信號(hào)對(duì)衛(wèi)星地球站干擾解決方法

何棱

摘 要：文章主要研究營(yíng)運(yùn)商部署5G系統(tǒng)基站對(duì)現(xiàn)有的FSS地球站接收信號(hào)造成的干擾問(wèn)題，研究干擾產(chǎn)生的原理及相關(guān)解決方案。以中國(guó)聯(lián)通為例開(kāi)展研究分析，為營(yíng)運(yùn)商后續(xù)在FSS地球站周邊部署5G提供解決思路。

關(guān)鍵詞：5G;衛(wèi)星地球站;鄰頻干擾;阻塞干擾;FSS

1? ? 研究背景

當(dāng)前中國(guó)C-Band頻譜中，3.4～4.2 GHz為廣電和衛(wèi)通的固定衛(wèi)星地球接收站使用。如中國(guó)電信和聯(lián)通第五代移動(dòng)通信（The Fifth Generation Mobile Communication，5G）系統(tǒng)使用的3.4～3.6 GHz頻段，與廣電使用的衛(wèi)星頻段有重疊和相鄰的部分。其中C頻段與擴(kuò)展C頻段（3 400～4 200 MHz）一直是我國(guó)和亞洲地區(qū)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)核心頻段。目前廣東衛(wèi)星實(shí)際工作頻段在部分轉(zhuǎn)發(fā)器使用到3 580～4 200 MHz，主流頻段3 640～4 200 MHz。工信部明確衛(wèi)星在3.5 GHz無(wú)法實(shí)現(xiàn)清頻，3.5 GHz頻段的5G系統(tǒng)必將與衛(wèi)星的C波段長(zhǎng)期共存。根據(jù)工信部《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，運(yùn)營(yíng)商部署的5G NR基站對(duì)現(xiàn)有3 300～4 200 MHz衛(wèi)星地球站產(chǎn)生有害干擾時(shí)，需在規(guī)定的干擾協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)與設(shè)置、使用衛(wèi)星地球站、固定業(yè)務(wù)臺(tái)（站）和射電天文臺(tái)的相關(guān)單位及用戶協(xié)調(diào)解決干擾問(wèn)題，才能啟用5G NR站。在后續(xù)各營(yíng)運(yùn)商5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)部署工作中，5G NR站對(duì)衛(wèi)星地球站的干擾是運(yùn)營(yíng)商必須解決的問(wèn)題。

2? ? 干擾場(chǎng)景及分析

2.1 干擾場(chǎng)景

由于擴(kuò)展C頻段是我國(guó)固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)的下行頻段，所以5G系統(tǒng)與FSS系統(tǒng)的干擾主要有以下4種。

（1）NR基站對(duì)FSS地球站的干擾。

（2）NR終端對(duì)FSS地球站的干擾。

（3）衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（Fixed Satellite Service，F(xiàn)SS）衛(wèi)星對(duì)5G基站的干擾。

（4）FSS衛(wèi)星對(duì)5G用戶的干擾。

因目前NR終端未商用，且FSS衛(wèi)星信號(hào)到地面后對(duì)5G基站和5G用戶的干擾幾乎可以忽略，文章主要研究5G基站對(duì)FSS地球站的干擾場(chǎng)景。

2.2? 干擾模型

多NR基站模型：3.5 GHz頻段上的5G系統(tǒng)主要用于廣域覆蓋，故3.5 GHz頻段上5G系統(tǒng)基站均采用三扇區(qū)宏站、蜂窩組網(wǎng)。研究干擾時(shí)，5G NR基站與FSS地球站部署在同一地理區(qū)域，假設(shè)存在一個(gè)FSS地球站，5G系統(tǒng)NR基站呈環(huán)狀部署在地球站周?chē)?，其共存拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

單NR基站模型：?jiǎn)蝹€(gè)5G系統(tǒng)基站發(fā)射機(jī)對(duì)FSS地球站的干擾模型。

2.2.1? NR基站射頻設(shè)備

5G系統(tǒng)使用大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple，MIMO）天線，大規(guī)模MIMO天線利用其波束賦形技術(shù)可以形成方向性極強(qiáng)的窄波束，從而在目標(biāo)方向波束增益最大，而在干擾和無(wú)用方向產(chǎn)生零陷，增益最小。

對(duì)于使用帶寬100 M的5G系統(tǒng)NR射頻設(shè)備雜散要求如下：按3GPP 38.104 6.6.5章節(jié)定義，基站在3 640 M以上帶外雜散必須小于﹣21 dBm/MHz@TRP;同時(shí)按國(guó)家無(wú)線電管理局要求，基站在3 650～3 700 M帶外雜散需滿足﹣26 dBm/MHz@TRP，3 700 M以上雜散需滿足﹣47 dBm/M@TRP。

聯(lián)通初部署室外宏站使用的NR系統(tǒng)華為射頻設(shè)備AAU5613，滿足以上協(xié)議與規(guī)范的指標(biāo)要求。

2.2.2? FSS地球站接收機(jī)

天線接收衛(wèi)星電磁信號(hào)，反射到高頻頭，高頻頭再傳到主機(jī)，主機(jī)把電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成普通的電視信號(hào)或視頻、音頻信號(hào)。

2.3? 干擾分類

5G NR與C-Band衛(wèi)星地球站之間主要存在3種干擾：鄰道干擾、阻塞干擾、雜散干擾。

2.3.1? 鄰道干擾

鄰道干擾指相鄰或鄰近的信道之間的干擾，又稱“鄰信道干擾”。

2.3.2? 雜散干擾

主要是由于發(fā)射機(jī)器件非線性，在工作頻帶以外很寬范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射信號(hào)分量，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射等。

2.3.3 阻塞干擾

當(dāng)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)前端的低噪放大器時(shí)，由于低噪放大器的放大倍數(shù)是根據(jù)放大微弱信號(hào)所需要的整機(jī)增益來(lái)設(shè)定的，強(qiáng)干擾信號(hào)電平在超出放大器的輸入動(dòng)態(tài)范圍后，可能將放大器推入到非線性區(qū)。消除阻塞干擾，需要保證到達(dá)接收機(jī)輸入端的強(qiáng)干擾信號(hào)功率不超過(guò)系統(tǒng)指標(biāo)要求的阻塞電平。

2.4? 干擾分析方法

在高頻頭與衛(wèi)星設(shè)備間增加一個(gè)功分器或耦合器，分一路信號(hào)用于定量測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度;使用頻譜儀測(cè)試5G基站帶外和帶內(nèi)干擾信號(hào)的大小，同時(shí)觀察衛(wèi)星電視設(shè)備側(cè)誤碼率情況，通過(guò)同時(shí)測(cè)量空中信號(hào)頻譜和衛(wèi)星地球站接收端頻譜波形分析干擾源及確定干擾強(qiáng)度。

3? ? 干擾處理方法

3.1? 干擾排查原則

（1）如果有多個(gè)干擾源，需優(yōu)先排查阻塞干擾的干擾源。

（2）核查衛(wèi)星接收機(jī)的LNA＼LNB是否符合《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》要求，如不符合則需更換高性能帶通濾波高頻頭或增加濾波器。

（3）核查發(fā)射端帶外抑制性能是否滿足協(xié)議及工信部規(guī)范要求。

（4）如干擾未解決再通過(guò)射頻設(shè)備工參調(diào)整等方法降低接收機(jī)噪聲電平。

3.2? 干擾解決方案

綜上所述，NR基站對(duì)衛(wèi)星地球站的干擾問(wèn)題可從NR基站發(fā)射端、衛(wèi)星地球站接收端、傳播空間3個(gè)方向解決。

3.2.1? 干擾解決方案1：NR基站發(fā)射端

總輻射功率（Total Radiated Power，TRP）包括鄰道泄露和雜散等總體干擾情況。

對(duì)于3.7～4.2 G衛(wèi)星臺(tái)，接收帶寬從3 725 MHz開(kāi)始，通過(guò)提升NR基站3 725 MHz的帶外TRP抑制指標(biāo)，可以降低對(duì)衛(wèi)星接收臺(tái)的鄰頻干擾。提升TRP抑制可通過(guò)更換S-Filter（腔體濾波器）來(lái)解決，基于19 A3.7 G模塊的S-Filter可以達(dá)到﹣47 dBm/MHz@20 M的要求，但目前還沒(méi)有成熟的商用產(chǎn)品。

3.2.2? 干擾解決方案2：FSS接收端

如果衛(wèi)星地球站接收天線的高頻頭不滿足接收范圍3 700～4 200 MHz，可以通過(guò)在高頻頭前增加濾波器，或更換高性能濾波器高頻頭，提升衛(wèi)星地面站接收端帶外抑制能力，避免接收到帶外的強(qiáng)信號(hào)導(dǎo)致帶內(nèi)低噪提升。

3.2.3? 干擾解決方案3：傳播空間

通過(guò)在衛(wèi)星地球站周邊加裝金屬隔離罩，單層可增加屏蔽效果20～30 dB。但一方面屏蔽網(wǎng)需定制且價(jià)格較高，另一方面部分天線可能不具備安裝條件，方案實(shí)施限制較多，需依據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇物理隔離方案。

在滿足通過(guò)調(diào)整覆蓋需求的基礎(chǔ)上，也可調(diào)整5G NR小區(qū)物理方位角、傾角、波束場(chǎng)景方案、功率等AAU工參，以降低對(duì)衛(wèi)星地球站接收端的干擾電平。但降功率對(duì)AAU覆蓋影響較大，建議功率調(diào)整不高于3 dB。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

（1）FSS地球站接收端接收頻段范圍包括聯(lián)通使用的3.5～3.6 GHz時(shí)，必須在FSS地球站接收端增加濾波器過(guò)濾3.5～3.6 GHz頻段以避免接收機(jī)飽和導(dǎo)致通帶內(nèi)底噪提升、信號(hào)失真。

（2）在FSS地球站接收機(jī)加裝Norsat BPF-C-1（頻率范圍3.70～4.20 GHz）濾波器可有效解決聯(lián)通NR基站對(duì)3.7～4.2 GHz頻段的干擾。3.6～3.7 GHz頻段之間雜散干擾可通過(guò)NR天饋工參調(diào)整、功率調(diào)整、波束調(diào)整、降低帶寬、物理隔離、提高射頻單元帶外抑制等手段解決。

（3）廣播電視衛(wèi)星帶內(nèi)極限抗干擾能力為在12 dB，當(dāng)衛(wèi)星工作在3 650 M以上時(shí)，基站與衛(wèi)星接收機(jī)空間最小耦合損耗（Minimum Coupling Loss，MCL）需要大于84 dB，非視距空間隔離約100 m。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭鵬.3.4～3.6 GHz頻段基于LTE熱點(diǎn)增強(qiáng)系統(tǒng)與衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)的共存研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2014.

[2]黃標(biāo)，張炎，孫姬，等.衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（FSS）和IMT-Advanced在3.4～4.2 GHz頻段的共存研究分析[J].中國(guó)無(wú)線電，2018（12）：19-20.

[3]佚名.5G NR協(xié)議3GPP TS 38.104 V15.0.0[EB/OL].（2018-04-04）[2020-07-20].https：//club.mscbsc.com/t691011p1.html.