5G基站對衛(wèi)星地面站接收信號干擾的分析與處理

趙 慧

（江蘇省淮安市洪澤區(qū)融媒體中心，江蘇 淮安 223100）

0 引言

當C波段衛(wèi)星信號受到較大干擾時，衛(wèi)星接收業(yè)務將受到較大影響，使衛(wèi)星廣播電視信號接收業(yè)務無法正常工作。在接收中星6A衛(wèi)星和中星6B衛(wèi)星轉發(fā)的廣播電視接節(jié)目信號過程中，經常出現圖像中出現馬賽克甚至信號中斷的情況，嚴重影響衛(wèi)星廣播電視信號的接收。工信部確定的國內電信運營商5G中低頻段試驗頻率為：中國電信3 400 MHz～3 500 MHz，共100 MHz帶寬；中國聯(lián)通3 500 MHz～3 600 MHz，共 100 MHz帶寬。衛(wèi)星接收業(yè)務使用3 400 MHz～4 200 MHz頻譜，5G中低頻段試驗業(yè)務對衛(wèi)星接收業(yè)務產生的干擾類型有：（1）同頻干擾。對工作頻率3 400 MHz～3 600 MHz的衛(wèi)星接收系統(tǒng)造成同頻干擾；（2）鄰頻干擾。對工作頻率 3 600 MHz～4 200 MHz的衛(wèi)星接收業(yè)務產生鄰頻干擾；（3）阻塞干擾。由于衛(wèi)星信號到達地面時，信號強度十分微弱，受到接收頻率附近相對較強的5G信號干擾，導致衛(wèi)星接收高頻頭LNB飽和而阻塞接收信號，必須考慮采取綜合技術措施加以解決[2]。

1 衛(wèi)星接收系統(tǒng)特性

衛(wèi)星廣播電視接收系統(tǒng)由接收天線、饋源、高頻頭LNB和第一中頻電纜組成。高頻頭是在整個衛(wèi)星廣播電視接收系統(tǒng)中的最前端設備。它由低噪聲放大器（LNA）、本振和混頻器及第一中頻放大電路組成。高頻頭一有源器件，其內部的低噪聲高頻放大器（LNA）和天饋系統(tǒng)一起安裝在室外并通過第一中頻電纜送到室內衛(wèi)星接收機。C波段高頻頭LNB使用的本振頻率一般都是5 150 MHz，擴展C波段高頻頭接收頻率范圍為3 400 MHz～4 200 MHz（即寬帶高頻頭）。低噪聲放大器（LNA）、本振、混頻器等電路組成低噪聲下變頻組件（LNB）。當高頻頭的本振頻率高于接收信號頻率時，稱為高本振，反之，當高頻頭的本振頻率高于接收信號頻率時，稱為低本振。高頻頭作用是將所有同極化方向的C波段衛(wèi)星接收信號進行放大，并變頻為L波段950 MHz～ 1 750 MHz信號，輸出衛(wèi)星接收機[3]。

衛(wèi)星接收機的參考輸入電平范圍是-65 dBm～-25 dBm，輸入電平太高會造成衛(wèi)星接收機產生非線性失真或阻塞干擾。根據國際電聯(lián)ITU-RS.2199-0報告，當進入衛(wèi)星地面站的干擾信號總功率超過-60 dBm時，高頻頭LNB將產生飽和干擾，引起衛(wèi)星接收系統(tǒng)無法正常工作。經測試，接收正常衛(wèi)星信號時天線饋源輸出的載波功率約為-120 dBm，通過低噪聲放大器（LNA）及第一中頻放大器的放大，輸出載波功率約-65 dBm～-25 dBm，衛(wèi)星接收機工作正常。當有較大的5G干擾信號時高頻頭的輸出載波功率大于-25 dBm時，使接收機工作在非線性狀態(tài)甚至飽和狀態(tài)，造成接收信號失真、中斷。衛(wèi)星接收機的輸入電平應參考輸入電平范圍之內，若輸入信號電平過大，則在接收機將產生非線性失真、飽和，造成圖像出現馬賽克甚至無信號，失真程度的大小隨干擾信號的增強而增大。

如果5G通信信號頻段在衛(wèi)星接收高頻頭的工作頻段內，5G通信信號就有可能經衛(wèi)星接收天線、饋源與衛(wèi)星信號一起送入高頻頭，變換為第一中頻經電纜進入衛(wèi)星接收機。在進入衛(wèi)星接收高頻頭5G信號達到一定大小后，將引起LNA/LNB或接收機放大電路工作在非線性狀態(tài)甚至飽和狀態(tài)。

2 干擾源確定及其干擾產生的原因分析

2.1 C波段信號干擾源的確定

使用擴展C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 400 MHz～ 4 200 MHz）的衛(wèi)星接收系統(tǒng)，在出現干擾現象時，用頻譜儀對C波段信號的第一中頻信號頻譜進行了分析。第一中頻信號的計算公式為：第一中頻信號的頻率=本振頻率 （5 150 MHz）－高頻頭接收頻率。

用頻譜分析儀對比有干擾和無干擾時的第一中頻信號頻譜，當有干擾時，發(fā)現各種極化方向都檢測到第一中頻信號頻率1.6 MHz處出現一個接收功率約為-20 dBm、寬度約100 MHz的干擾信號，經第一中頻信號的頻率計算公式得到擴展C波段高頻頭接收到的信號頻率為3 500 MHz～ 3 600 MHz，其頻率范圍與5G通信頻率范圍一致。

2.2 干擾源5G通信基站的分析

5G通信基站對衛(wèi)星接收業(yè)務的干擾主要考慮同頻干擾和鄰頻干擾。決定干擾的程度主要因素有：衛(wèi)星接收天線的仰角、5G通信基站與衛(wèi)星接收天線相對位置、衛(wèi)星接收天線接收到的5G信號的總干擾功率等。在單個5G通信基站對衛(wèi)星接收天線的干擾模型中，O為衛(wèi)星接收天線位置，OP為衛(wèi)星接收天線主軸方向，A為5G通信基站發(fā)射天線位置，AO為5G通信基站發(fā)射機對衛(wèi)星接收天線的干擾電波的主瓣方向；α為衛(wèi)星接收天線的仰角；φ為干擾電波的主瓣方向與衛(wèi)星接收天線的主瓣方向的空間離軸角。

當考慮一個 5G 通信基站產生的干擾時，衛(wèi)星接收天線接收到的干擾信號的功率計算式如下：

其中，IIMT為衛(wèi)星接收機輸入端接收到的1 MHz帶寬內的干擾功率（dBm），PIMT為5G通信基站每兆赫帶寬的發(fā)射功率（dBm），GIMT（γ，β）為5G通信基站的發(fā)射天線增益（dB），GFFS（φ）為衛(wèi)星接收天線增益（dB），L（f，d）為大范圍的路徑損耗（dB），CL（d）為周圍物體的散射損耗（dB），ACLR為相鄰頻道泄露功率比（dB）。5G通信基站對衛(wèi)星接收天線的總干擾計算式如下：

其中，Iagg為衛(wèi)星接收機輸入端的總干擾功率譜密度(dBm/MHz)，In 為第n個 5G 通信基站對衛(wèi)星接收天線的干擾功率譜密度(dBm/MHz)。

式中：LF—自由空間傳播耗損；d—傳輸距離；λ—傳播波長。

根據上式可得出，信號在自由空間傳播損耗與傳輸距離的平方成正比，因此C波段衛(wèi)星天線接收到的5G通信基站干擾信號功率譜密度遠比衛(wèi)星電視節(jié)目信號功率譜密度大很多，應避免5G基站干擾信號進入衛(wèi)星天線高頻頭（LNB）。在6A、6B天線高頻頭（LNB）前端加裝濾波器（頻率范圍3 700 MHz～4 200 MHz）后，頻率范圍在 3700 MHz～4200 MHz，電視節(jié)目可正常接收。消除了頻率范圍3 400 MHz～3 700 MHz的信號的5G 通信基站所產生的阻塞干擾。

3 技術措施

為避免干擾發(fā)生采取的技術措施主要有：

（1）使用標準C波段高頻頭（接收頻率范圍為 3 700 MHz～4 200 MHz）。更換擴展C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 400 MHz～4 200 MHz），使用標準C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 700 MHz～4 200 MHz），濾除頻率范圍3 400 MHz～3700 MHz的信號。

（2）擴展C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 400 MHz～ 4 200 MHz）前端加裝濾波器（頻率范圍3 700 MHz～ 4 200 MHz）。

（3）提高5G通信基站的ACLR（相鄰頻道泄露功率比），ACLR是指發(fā)射有用信號的信道的平均功率與相鄰信道上輻射的平均功率的比值。采用外加波導濾波器，降低5G通信基站在相鄰信道上輻射的平均功率。減小5G通信基站產生的鄰頻干擾強度。

（4）5G通信基站使用MIMO（多輸入多輸出）天線技術，通過波束賦形技術調整5G通信基站天線的電波輻射方向，在特定目標方向上增益最大，形成方向性極強的電波輻射主瓣，在衛(wèi)星接收天線方向增益最小。5G通信基站天線的最大發(fā)射增益方向避開衛(wèi)星接收天線的主瓣方向，盡可能增大5G通信基站天線干擾方向與衛(wèi)星接收天線的主瓣方向離軸角，也可調整5G通信基站位置。

（5）在衛(wèi)星接收天線方面，主要是加裝屏蔽網，屏蔽天線主瓣方向之外的干擾信號，盡量使天線只接收到天線主瓣方向衛(wèi)星信號。根據所需要屏蔽信號的波長范圍選擇使用不同直徑的金屬屏蔽網，要求直徑必須要小于所要接收衛(wèi)星信號波長的1/4。加裝屏蔽網在減少5G通信基站干擾信號同時，也會對所接收衛(wèi)星信號有一定的影響。

（6）5G基站與衛(wèi)星地面站同區(qū)域同頻部署時，基站對衛(wèi)星地面站的干擾較大需合理確定保護距離。

4 結語

本文主要探究了5G系統(tǒng)基站與衛(wèi)星電視接收站同頻和鄰頻部署時存在的鄰頻干擾、阻塞干擾問題，提出一些技術措施減小這些干擾，降低5G通信基站對衛(wèi)星接收系統(tǒng)的干擾，在開展5G通信業(yè)務的同時，做好衛(wèi)星電視信號接收工作。