5G信號(hào)對(duì)衛(wèi)星C波段信號(hào)的干擾排查及應(yīng)對(duì)措施

董金金

(新疆維吾爾自治區(qū)廣播電視局七六Ο六臺(tái)，新疆 石河子 832000)

0 引言

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展極大地促進(jìn)了5G技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，同時(shí)5G應(yīng)用試點(diǎn)范圍也不斷擴(kuò)大。在實(shí)踐中，5G試驗(yàn)頻率會(huì)占滿(mǎn)部分C波頻率，并對(duì)C波段信號(hào)造成一定的干擾。同時(shí)，C波段信號(hào)主要包括標(biāo)準(zhǔn)波段及擴(kuò)展波段，而同頻率5G信號(hào)極易對(duì)下行頻率信號(hào)造成影響，嚴(yán)重影響5C波段衛(wèi)星接收信號(hào)，降低視頻播出質(zhì)量。因此，需要對(duì)5G信號(hào)所造成的干擾問(wèn)題加以分析與處理。

1 5G頻段業(yè)務(wù)與C波段衛(wèi)星運(yùn)行狀況分析

1.1 5G頻段業(yè)務(wù)

隨著5G技術(shù)的日益成熟，現(xiàn)階段各大運(yùn)營(yíng)商取得5G系統(tǒng)頻率使用權(quán)的同時(shí)，也促進(jìn)了5G商業(yè)化應(yīng)用?；谙嚓P(guān)理論分析，C波段衛(wèi)星信號(hào)因5G信號(hào)的影響而受到的干擾包括鄰頻干擾、同頻干擾和阻塞干擾3種。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，C波段衛(wèi)星信號(hào)頻段與聯(lián)通5G信號(hào)頻段之間存在部分重疊，會(huì)受到5G信號(hào)不同程度的干擾。因此，需要對(duì)5G信號(hào)干擾加以分析和處理，保證電視臺(tái)音視頻播出質(zhì)量的同時(shí)，有效促進(jìn)5G信號(hào)的推行和應(yīng)用，并在5G技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，有效提升電視信號(hào)接收的穩(wěn)定性和安全性[1]。

1.2 C波段衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻率應(yīng)用

C波段作為衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的核心頻段和通信衛(wèi)星下行傳輸信號(hào)中的頻段，其廣泛應(yīng)用于各類(lèi)小型衛(wèi)星地面站及衛(wèi)星電視廣播。與其他國(guó)家C頻段相比，我國(guó)基于此頻段的業(yè)務(wù)項(xiàng)目較多，主要有重大衛(wèi)星工程、航天衛(wèi)星研制、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星國(guó)際出口等。另外，此頻段信號(hào)在多個(gè)地方電視臺(tái)的音視頻傳輸和播放中加以運(yùn)用，最常用的中星6A或中星6B所采用的信號(hào)頻段也主要集中于此頻段。干擾原因形成如圖1所示。

圖1 干擾原理

2 衛(wèi)星C波段下行信號(hào)實(shí)地測(cè)量分析

在衛(wèi)星廣播下行信號(hào)中出現(xiàn)的接收故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為工作組屏、馬賽克等，其故障原因主要包括以下4種：高頻頭故障、天線位置偏移、外界干擾信號(hào)、天線放大器故障。

2.1 分析和排查故障

按照相關(guān)排查路徑以及造成影響的相關(guān)因素，本文采取分段排查的方式，分析故障最初出現(xiàn)時(shí)影響最大的中星6B的垂直極化信號(hào)，采用天線線路放大器、高頻頭更換方式，但抵抗信號(hào)干擾的效果不理想。將天線線路放大器去掉后，干擾問(wèn)題得到了一定的緩解，但運(yùn)行一段時(shí)間后，5G信號(hào)不僅對(duì)垂直極化信號(hào)造成干擾，對(duì)水平極化信號(hào)甚至所有衛(wèi)星天線接收信號(hào)都造成影響。因此，全面測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)，排除高頻頭下變頻后的系統(tǒng)鏈路存在干擾問(wèn)題的可能性，可初步判斷C波段信號(hào)及高頻頭受到干擾，并且干擾范圍較廣、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

通過(guò)相關(guān)測(cè)試，干擾現(xiàn)象發(fā)生的成因極可能為5G基站的發(fā)射信號(hào)。因此，為進(jìn)一步確認(rèn)，可使用普通衛(wèi)星高頻頭測(cè)試自由空間的5G信號(hào)，同時(shí)高頻頭開(kāi)口朝向5G基站，利用同軸電纜和電視信號(hào)頻譜分析儀進(jìn)行連接，獲得接收信號(hào)頻譜。通過(guò)分析頻譜儀上的測(cè)試結(jié)果推測(cè)出干擾現(xiàn)象為基站所發(fā)射的5G信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻頭放大倍頻后造成。

波導(dǎo)濾波器可與窄帶高頻頭、普通高頻頭相結(jié)合，通過(guò)對(duì)比在自由空間接收的信號(hào)頻譜，可以看出此波導(dǎo)濾波器能夠在一定程度上緩解干擾現(xiàn)象，但濾波效果不理想。組合方式在接收衛(wèi)星信號(hào)中應(yīng)用時(shí)，部分頻率節(jié)目接收效果仍不穩(wěn)定。另外，窄帶高頻頭信號(hào)頻譜有較好的濾波效果，且組合方式的濾波效果最佳，但投入成本較高。

2.2 拋物天線測(cè)試

本文采用普通高頻頭和帶濾波器的高頻頭進(jìn)行相關(guān)對(duì)比測(cè)試，獲取實(shí)際工況下的真實(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比分析提取相關(guān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

在拋物面天線中的饋源位置安裝普通高頻頭，采用中星6B衛(wèi)星垂直極化頻段與電視信號(hào)頻譜分析儀相連接時(shí)，無(wú)法鎖定所有信號(hào)?？衫妙l譜圖顯示經(jīng)過(guò)高頻頭變頻處理的信號(hào)，同時(shí)可看出天線位置所接收的5G信號(hào)極易引起高頻頭信號(hào)飽和，使大量數(shù)據(jù)丟失，一旦衛(wèi)星地面站接收到的干擾信號(hào)呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，將無(wú)法正常接收信號(hào)。

在拋物面天線中的饋源位置上安裝窄帶高頻頭，連接電視信號(hào)頻譜分析儀，可以鎖定所有信號(hào)。利用頻譜圖可以發(fā)現(xiàn)，在存在干擾的頻譜范圍內(nèi)，所有干擾已消除；衛(wèi)星中頻信號(hào)功率高于干擾噪聲功率時(shí)，干擾信號(hào)抑制能力最佳[2]。

在拋物面天線中的饋源位置連接和安裝普通高頻頭和波導(dǎo)濾波器，與電視信號(hào)頻譜分析儀連接后能夠鎖定部分信號(hào)。通過(guò)頻譜圖可以發(fā)現(xiàn)原本存在干擾的頻譜范圍內(nèi)仍存在部分干擾，衛(wèi)星中頻信號(hào)功率與干擾噪聲功率接近，抑制能力表現(xiàn)一般。

3 5G信號(hào)干擾衛(wèi)星C波段接收的有效處理措施

3.1 運(yùn)用降頻器或帶通濾波器

首先，通過(guò)在地球站中加裝抗5G干擾的帶通濾波器可以看出，衛(wèi)星窄帶濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)帶外干擾屏蔽的功能，同時(shí)呈現(xiàn)出插損相對(duì)較低、群延遲的效果。所以，其在5G干擾處理方面有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可有效抑制強(qiáng)帶外干擾。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比5G信號(hào)和C波段衛(wèi)星信號(hào)頻帶范圍發(fā)現(xiàn)，兩者之間必然存在相互干擾的問(wèn)題，尤其是對(duì)電視廣播信號(hào)存在較大影響。所以，加設(shè)抗干擾裝置或有效落實(shí)對(duì)抗干擾措施至關(guān)重要。另外，運(yùn)用衛(wèi)星濾波器在高頻頭下變頻中進(jìn)入射頻信號(hào)時(shí)，能夠有效控制由5G信號(hào)所造成的帶外干擾，大幅降低混頻諧波干擾發(fā)生概率。同時(shí)，在此過(guò)程中濾波器加載完成后，接收機(jī)能夠正常接收原有信號(hào)，但其C/N值會(huì)逐漸下降。因此，在申請(qǐng)衛(wèi)星頻率時(shí)，所選擇的頻點(diǎn)應(yīng)盡可能干擾較小[3]。

通過(guò)窄帶高頻頭更換方式在實(shí)踐中的運(yùn)用，可以看出射頻信號(hào)在窄帶高頻頭的支持下能更好地通過(guò)，窄帶高頻頭能有效抑制輕微干擾。

3.2 加裝固定地面鍋屏蔽網(wǎng)

在具體防治措施的實(shí)踐中加裝鋁制網(wǎng)狀反射面，能發(fā)揮屏蔽阻斷的作用，有效反射干擾波。因此，在實(shí)際防治中，相關(guān)人員可面向干擾方向加設(shè)一層屏蔽網(wǎng)，有效提升隔離效果。

3.3 建立健全協(xié)調(diào)機(jī)制

為了有效提升干擾抑制效果，需要加強(qiáng)與各方的工作溝通和協(xié)調(diào)。當(dāng)相關(guān)單位向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理局進(jìn)行自身5G頻率使用許可報(bào)備時(shí)，需要全面了解當(dāng)?shù)匦l(wèi)星地球站相關(guān)信息，明確需要加設(shè)抗干擾的設(shè)施，同時(shí)加強(qiáng)和衛(wèi)星地球站之間的溝通和干擾協(xié)調(diào)，在此基礎(chǔ)上管理局再提出基站設(shè)臺(tái)許可申請(qǐng)。另外，應(yīng)根據(jù)建設(shè)時(shí)間，明確抗干擾協(xié)調(diào)工作成本，并合理規(guī)劃相關(guān)責(zé)任。比如，衛(wèi)星地球站建設(shè)時(shí)間比5G基站晚，衛(wèi)星地球站應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)協(xié)調(diào)費(fèi)；如衛(wèi)星地球站的建設(shè)時(shí)間比5G基站早，由5G基站承擔(dān)相應(yīng)協(xié)調(diào)費(fèi)用。

4 5G信號(hào)干擾C波段衛(wèi)星接收的排查及處理實(shí)例

4.1 背景分析

在某5G試點(diǎn)地區(qū)，相關(guān)值班人員在工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，抗干擾的異地天線接收本地電視臺(tái)信號(hào)時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)載噪比長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下降的情況，并超過(guò)限制。同時(shí)，所獲得的實(shí)時(shí)畫(huà)面普遍存在馬賽克，甚至?xí)?dǎo)致衛(wèi)星接收機(jī)信號(hào)無(wú)法鎖定畫(huà)面的情況。在此狀況下，抗干擾系統(tǒng)難以正常使用，產(chǎn)生視頻播出安全隱患，因此，需要加強(qiáng)排查和處理干擾問(wèn)題。

4.2 干擾排查

在排查干擾過(guò)程中，相關(guān)人員首先需要排查傳輸故障，發(fā)現(xiàn)線路未造成干擾故障。其次，相關(guān)人員全面研究和分析異地天線接收機(jī)的運(yùn)行情況，在此過(guò)程中確定接收機(jī)運(yùn)行狀態(tài)正常。最后，進(jìn)一步分析異地光纖信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其光功率無(wú)異常。因此，通過(guò)上述干擾排查可以確定，上述干擾問(wèn)題并非因傳輸故障引發(fā)，極可能集中在天線所在地點(diǎn)受到接收信號(hào)、異地天線高頻頭干擾等方面[4]。

相關(guān)人員對(duì)異地天線高頻頭的實(shí)際排查過(guò)程中，連接異地高頻頭與現(xiàn)場(chǎng)頻譜儀和接收機(jī)并接入中星6A下行垂直接收天線的信號(hào)頻譜，操作完成后加電，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)電臺(tái)載波中存在干擾毛刺的情況。因此，排除測(cè)試系統(tǒng)故障可以確定，外部干擾信號(hào)是干擾問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因。

相關(guān)人員利用頻譜儀進(jìn)一步分析相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)其中存在異常載波信號(hào)和較為突出的尖峰。此外，在干擾存在的情況下，會(huì)對(duì)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的整體接收過(guò)程造成不利影響，導(dǎo)致底噪加大，進(jìn)而無(wú)法保證C波段的正常使用。另外，通過(guò)緩慢移動(dòng)天線方向和觀察頻譜儀中的實(shí)時(shí)變化，發(fā)現(xiàn)在天線方向改變的情況下，干擾信號(hào)也發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而能初步確定干擾方向和位置。

根據(jù)相關(guān)部門(mén)及電信運(yùn)營(yíng)商所提供的數(shù)據(jù)和信息，相關(guān)人員確定疑似干擾源方向的5G基站。同時(shí)通過(guò)研究和分析發(fā)現(xiàn)，5G基站開(kāi)啟后，即使無(wú)5G業(yè)務(wù)傳輸，也會(huì)存在干擾載波，其差異體現(xiàn)在強(qiáng)度高低上。通過(guò)排查干擾可看出，無(wú)5G業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，其干擾載波強(qiáng)度比存在5G業(yè)務(wù)傳輸時(shí)的干擾載波強(qiáng)度低。因此，如信號(hào)干擾不及時(shí)、有效處理，會(huì)導(dǎo)致C波段衛(wèi)星接收所受到的干擾不斷加劇，無(wú)法有效保證視頻接收質(zhì)量。

4.3 干擾處理方法及效果分析

在高頻頭運(yùn)行過(guò)程中，有效過(guò)濾5G信號(hào)頻段，能夠抑制5G信號(hào)干擾。在具體實(shí)施過(guò)程中，可采用窄帶高頻頭更換現(xiàn)有的寬帶高頻頭，提升選頻效果，進(jìn)而提高其抑制外帶信號(hào)能力。為了最大限度地減少5G信號(hào)對(duì)C波段衛(wèi)星接收所造成的干擾，需不斷提高變頻器、低噪聲放大器技術(shù)水平，充分發(fā)揮其抗干擾效果。另外，為了驗(yàn)證上述干擾處理方法的科學(xué)性和高效性，可開(kāi)展相應(yīng)的效果驗(yàn)證試驗(yàn)，并觀察和檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中的工作狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)高頻頭運(yùn)行狀態(tài)保持正常，高頻頭噪聲溫度以及在線性工作范圍內(nèi)的增益符合相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過(guò)寬帶高頻頭更換為窄帶高頻頭的處理方式，能抑制5G信號(hào)的干擾。通過(guò)實(shí)踐運(yùn)行，能夠有效保證異地天線接收質(zhì)量，并且無(wú)馬賽克出現(xiàn)，確定此方式能有效解決5G信號(hào)的干擾問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

5G技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了現(xiàn)階段5G基站建設(shè)范圍的拓展。因此，為了更好地防范5G信號(hào)對(duì)衛(wèi)星地面接收站所造成的干擾問(wèn)題，需要驗(yàn)證和探討各種可行性方法。其中包括窄帶高頻頭更換、與運(yùn)營(yíng)商加強(qiáng)溝通和協(xié)商、確保接收天線與5G站點(diǎn)保持較遠(yuǎn)距離或盡可能避免天線主瓣方向朝向5G站點(diǎn)。另外，需要在天線周邊加設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，或在條件允許的情況下，臺(tái)站可在郊區(qū)或山頂建設(shè)發(fā)射臺(tái)和接收衛(wèi)星信號(hào)，利用光纜與有線電視機(jī)房連接和傳輸衛(wèi)星信號(hào)。