5G基站對C波段衛(wèi)星接收站的抗干擾研究

徐姍姍

（國家廣播電視總局五二三臺，吉林長春 130000）

5G技術(shù)的快速發(fā)展標志著我國已全面進入5G時代，5G基站建設大力開展。我國電信四大運營商所獲得的5G頻段為中國移動2.6 GHz頻段（2.515～2.675 GHz）、4.9 GHz頻段（4.8～4.9 GHz），共260 MHz帶寬的5G頻率資源；中國電信3.5 GHz頻段（3.4～3.5 GHz），共100 MHz帶寬的5G頻率資源；中國聯(lián)通3.5 GHz頻段（3.5～3.6 GHz），共100 MHz帶寬的5G頻率資源；中國廣電0.7 GHz頻段（0.703～0.733 GHz/0.758～0.788 GHz）+4.9 GHz頻段（4.9～4.96 GHz），“低頻+中頻”協(xié)同組網(wǎng)；3.3～3.4 GHz頻段用于5G室內(nèi)覆蓋，為中國廣電、中國電信、中國聯(lián)通三家企業(yè)在全國范圍共同使用。2019年，中信網(wǎng)絡（中信集團）獲得牌照，成為第五大電信運營商，中國廣電將聯(lián)合中信集團共同承建5G網(wǎng)絡。

1 5G基站及5G信號的識別

截至2021年3月底，我國建成5G基站81.9萬個，占全球70%以上，建成全球規(guī)模最大的5G獨立組網(wǎng)網(wǎng)絡，5G應用創(chuàng)新案例已超過9 000個，5G正快速融入千行百業(yè)。5G基站是5G網(wǎng)絡的核心設備，提供無線覆蓋，實現(xiàn)有線通信網(wǎng)絡與無線終端之間的無線信號傳輸?；镜募軜?gòu)、形態(tài)直接影響5G網(wǎng)絡的部署。由于頻率越高，信號傳播過程中的衰減也越大，5G網(wǎng)絡的基站密度將更高。區(qū)別于2G、3G、4G基站，5G基站具有顯著的外部特性，原有基站相比，外形較短、較寬，體積較小，大部分位于桿塔的中下部，不同運營商的基站可以共享一個鐵塔。

除了工作頻段不同，5G信號從射頻頻譜上看基本一致，5G信號在頻域上的分布與是否有終端使用流量關(guān)系密切?，F(xiàn)階段，5G基站開機后，終端沒有下載業(yè)務，總功率較低，在實際測量中發(fā)現(xiàn)，部分未進行配置的基站，空載狀態(tài)的實際信號帶寬約為15 MHz；5G終端與基站建立連接且滿負荷下載時，頻率將占滿傳輸帶寬，約為100 MHz，此時功率將達到最大，比空載時的平均功率高約25 dB，可能干擾廣播電視C波段衛(wèi)星接收站設施。

C波段頻率范圍主要為擴展C波段（3.4～3.7 GHz）和標準C波段（3.7～4.2 GHz），中國電信與中國聯(lián)通的3.5 GHz主流5G建網(wǎng)頻段易對C波段衛(wèi)星接收站產(chǎn)生干擾。通過對相關(guān)文獻的研究梳理以及結(jié)合實際工作經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，如何評估并快速解決廣播電視衛(wèi)星接收站的干擾問題，全力保障安全播出，已經(jīng)成為影響5G基站大規(guī)模建設的關(guān)鍵課題。

基站遠景如圖1所示。

圖1 基站遠景圖

2 5G信號干擾原因

衛(wèi)星接收系統(tǒng)一般由衛(wèi)星接收天線、饋源、高頻頭、功分器、接收機等組成。高頻頭（LNB）主要是將饋源輸出的衛(wèi)星信號放大，變頻為衛(wèi)星接收機能夠接收的L頻段。國內(nèi)LNB工作頻段為3.4～4.2 GHz，變頻后為950～1 750 MHz。結(jié)合我國電信五大運營商的已獲權(quán)限，5G基站頻率范圍為3.4～3.6 GHz，C波段工作頻率范圍為3.4～4.2 GHz，進入衛(wèi)星接收站的5G信號功率超過了-60 dBm時，高頻頭就會產(chǎn)生飽和干擾；進入衛(wèi)星接收站的5G信號功率接近-60 dBm時，高頻頭的輸出信號功率約為0，根據(jù)廣電規(guī)范，接收機的輸入信號范圍為-65～-30 dBm，接收機的輸入電平過高，可能導致下一級衛(wèi)星接收機產(chǎn)生飽和干擾或阻塞干擾，嚴重時可造成設備損壞，影響安全播出保障工作。

衛(wèi)星接收站頻譜和5G基站頻譜出現(xiàn)重疊時，導致衛(wèi)星接收站C波段被干擾，信號接收性能失真。5G基站對C波段衛(wèi)星接收站產(chǎn)生的干擾主要有同頻干擾、領頻干擾和飽和干擾等，干擾程度取決于5G基站的地理位置及其所能接收的干擾信號功率。

3 5G基站抗干擾實施方法

3.1 干擾保護距離影響因素

（1）5G基站發(fā)射功率、基站位置、天線高度、天線特性及基站天線下傾角等；（2）廣播電視衛(wèi)星接收站設備工作頻段、接收機性能、帶外抑制性能、抗阻塞性能、天線設置位置和高度、工作方位角和仰角等；（3）5G基站和衛(wèi)星接收站的隔離情況，包括收發(fā)天線空間隔離、信號傳輸損耗衰減、建筑物隔離等。

3.2 干擾保護距離的確定

因衛(wèi)星接收站所用天線具有方向性，實際場景下的干擾保護距離確定應結(jié)合被干擾無線電臺實際使用天線的方向圖進行分析。在缺少衛(wèi)星接收站天線輻射方向圖特定信息時，可運用國際電聯(lián)ITU-RS.465建議書提供的“用于2～31 GHz頻率范圍協(xié)調(diào)和干擾評估的衛(wèi)星固定業(yè)務接收站天線參考輻射方向圖”為工程評估參考。

城區(qū)環(huán)境下5G基站與3.4～3.6 GHz頻段衛(wèi)星地球站的參考干擾保護距離，在衛(wèi)星接收站接收天線主軸2°范圍以外區(qū)域減小至少5 km。相關(guān)單位可在分析上述技術(shù)的基礎上，通過實際測試驗證方式進行抗干擾距離確定。

3.3 干擾緩解措施

為解決飽和干擾問題，首先需在3.7～4.2 GHz頻段的衛(wèi)星接收站加裝濾波器，或?qū)⑵涓鼡Q為低噪聲LNA、LNB，并增加45 dB的隔離度。還可以通過調(diào)整5G系統(tǒng)基站站址布局形式實現(xiàn)，避讓衛(wèi)星接收站接收天線主瓣方向，如果基站位于衛(wèi)星接收站接收天線第一旁瓣、副瓣或背瓣方向，主瓣方向可增加20～34 dB的隔離度。通過加裝屏蔽網(wǎng)、調(diào)整5G系統(tǒng)基站最大輻射方向和下傾角，降低5G基站發(fā)射功率，達到緩解干擾目的。

3.4 抗干擾技術(shù)措施

在開展5G基站建設中，部署大量無線設備，安裝地點非常復雜，彼此間會產(chǎn)生相互干擾問題，應綜合分析造成干擾的主要原因。（1）無線設備本身存在故障，5G網(wǎng)絡運行時，頻道發(fā)射錯誤信號，信號質(zhì)量受到影響：（2）無線設備安裝配置缺乏規(guī)范化，造成5G信號靈敏度不佳。

5G網(wǎng)絡干擾主要指的是無線電干擾，干擾因素主要包括互調(diào)干擾、帶外干擾。為有效解決信號相互干擾問題，在基站建設之初，設計、施工人員應從源頭上進行控制，確保信號傳輸穩(wěn)定性，提升控制管理效率。應用相關(guān)技術(shù)實施抗干擾時，應對基站無線電發(fā)射設備進行全電磁檢測，降低自身干擾，定期檢查發(fā)電設備，發(fā)現(xiàn)問題及時進行處理，降低信號間的相互干擾。

窄帶濾波器通常用無源波導帶通濾波器，要求通帶范圍為3.7～4.2 GHz，駐波比≤1.4，插入損耗≤0.5 dB，抗干擾信號能力抑制度≥55 dB。在饋源與高頻頭之間安裝濾波器，此過程中需注意接口的匹配與工藝技術(shù)選擇，防止5G信號從接口串進高頻頭。國內(nèi)衛(wèi)星信號接收站大部分都采用饋源與LNB一體的高頻頭，為降低干擾，需更換饋源和LNB。

C波段衛(wèi)星接收站所應用的高頻頭，其工作頻段為3.4～4.2 GHz，針對此種頻段LNB，需更換為窄帶高頻頭。要求更換的高頻頭在其線性工作范圍內(nèi)的增益超過50 dB，即使輸入端口輸入頻率在3.3～3.6 GHz，LNB仍能持續(xù)正常工作，保障了信號傳輸穩(wěn)定性，加裝濾波器或更換高頻頭均能夠有效屏蔽5G信號干擾。前者成本低，后者因體積小、重量輕、占據(jù)空間小，使支撐桿負重減少等優(yōu)勢成為目前解決C波段衛(wèi)星信號接收被5G信號干擾的兩種主要方法。還可以根據(jù)實際情況采取其他措施：在加裝C頻段濾波器基礎上，更換具備濾波能力的LNB；改變5G基站天線方向，利用天線方向性進行干擾抑制。對5G基站天線最大輻射方向與下傾角進行調(diào)整，可增加0～8 dB的隔離度；降低5G基站發(fā)射功率。國際電聯(lián)ITU-RS.1432-1建議書明確提出，在晴空條件下，干擾信號最大值應比衛(wèi)星接收站接收系統(tǒng)噪聲功率低12 dB，可適當減小5G干擾信號對衛(wèi)星信號的干擾。將金屬屏蔽設備加裝在衛(wèi)星接收天線周圍并接地，實現(xiàn)對周邊5G干擾信號的弱化；在LNB輸出端加裝L頻段濾波器，濾波器通帶范圍一般為950～1 450 MHz，可將隔離度增加30 dB以上，但此操作可能會產(chǎn)生3 dB以上的衰減；調(diào)整5G基站位置，盡量避開衛(wèi)星地球站接收天線凈空方向；調(diào)整衛(wèi)星接收站臺站位置，調(diào)整5G基站與衛(wèi)星接收站的距離，降低信號間的干擾。

改造后的C波段衛(wèi)星接收天線如圖2所示。

圖2 改造后的C波段衛(wèi)星接收天線

4 結(jié)語

按照預案要求進行改造，對無線電臺衛(wèi)星接收站的衛(wèi)星接收天線安裝了C波段濾波器，結(jié)果顯示接收信號良好，暫無明顯干擾現(xiàn)象。隨著近年來5G網(wǎng)絡的快速發(fā)展，5G基站建設力度逐漸加大，基站數(shù)量逐年增多，5G信號對相關(guān)業(yè)務干擾也越來越嚴重。針對干擾，相關(guān)機構(gòu)應給予重視，在分析5G信號干擾原因的基礎上，做好預防保障工作，確定干擾保護距離，統(tǒng)一規(guī)劃、規(guī)范化建設廣播電視衛(wèi)星接收站和5G基站及網(wǎng)絡視聽、網(wǎng)絡安全保障系統(tǒng)，在推動廣播電視事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的同時，加快推進5G網(wǎng)絡建設和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。