C頻段衛(wèi)星通信抗5G干擾性能分析與改造效果評估

吳榮楠

（浙江省中波發(fā)射管理中心慶元廣播轉(zhuǎn)播臺，浙江 麗水 323800）

0 引 言

自2019年6月以來，中華人民共和國工業(yè)和信息化部正式向中國電信集團(tuán)有限公司、中國移動通信集團(tuán)有限公司、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司以及中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司4家移動互聯(lián)運營商頒發(fā)5G牌照，并同期開始在各地建設(shè)5G信號網(wǎng)絡(luò)[1]。由于中國廣電采用C頻段衛(wèi)星信號的工作頻段3.4～4.2 GHz，若采用5G通信時接收站接收到干擾功率不低于-60 dBm，會在接收站形成較強(qiáng)干擾而誘發(fā)故障。

為了有效應(yīng)對干擾問題，提高接收站工作效能，工信部于2018年頒布了《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》（以下簡稱《辦法》）?；凇掇k法》中對于參數(shù)設(shè)置和設(shè)備的管理要求，各運營商對受5G干擾影響的C頻段衛(wèi)星通信信號接收站均實施系統(tǒng)升級改造。因此，如何分析和評估接收站系統(tǒng)改造的抗干擾性能是值得深入研究的問題[2]?；趯?G干擾信號產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，深入探討C頻段衛(wèi)星通信抗5G干擾的方法，并結(jié)合接收系統(tǒng)抗干擾改造實例評估，探析改進(jìn)性能的方法措施。

1 C頻段衛(wèi)星通信抗5G干擾性能分析

1.1 干擾機(jī)理

C頻段衛(wèi)星通信接收系統(tǒng)受到的5G干擾信號，主要是因為低噪聲下變頻器和接收機(jī)2個系統(tǒng)設(shè)備端受到了信號擾動，影響了正常工作[3]。

1.1.1 高頻頭端受擾

高頻頭（Low Noise Block，LNB）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示。它將衛(wèi)星通信C頻段信號進(jìn)行接收、降噪、過濾、變頻以及放大等處理，將原始信號轉(zhuǎn)換為待用信號，即實現(xiàn)C頻段到L頻段的轉(zhuǎn)換，其中L頻段的工作頻段為0.95～1.45 GHz[4]。從LNB的工作范圍可以看出，5G信號處于核心頻段，一旦接收站接收的5G信號強(qiáng)度大于-60 dBm，此時LNB工作就會受到干擾。

圖1 LNB內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.1.2 接收機(jī)受擾

C頻段衛(wèi)星通信接收機(jī)的調(diào)諧機(jī)制可完成對接收信號（含5G信號）的降噪和功放等處理，系統(tǒng)的接收頻段為0.95～2.15 GHz。5G信號經(jīng)過LNB的處理輸出后，工作頻率基本為1.55～1.75 GHz?？梢钥闯?，接收機(jī)的濾波器組無法有效過濾干擾信號。實際工作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收機(jī)受到LNB輸出后的5G干擾達(dá)到一定強(qiáng)度后，接收機(jī)會出現(xiàn)嚴(yán)重的誤碼輸出等問題[5]。

1.2 C頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)升級改造

為有效解決整個接收系統(tǒng)的5G干擾問題，結(jié)合干擾機(jī)理完成對LNB、C段以及L段高頻濾波器組的升級改造，即利用最優(yōu)降噪?yún)?shù)設(shè)計濾波器，有效隔離5G信號對衛(wèi)星通信的擾動，滿足C頻段信號體系的正常工作，如圖2所示[6]。

圖2 衛(wèi)星通信抗5G干擾功能設(shè)計圖

1.2.1 C段高頻濾波器組設(shè)計實現(xiàn)

為了隔絕干擾信號的影響，C段高頻濾波器組設(shè)計將工作信號與干擾信號進(jìn)行物理分離，輸出有用信號的同時，提升接收機(jī)輸出信噪比，如圖3所示。當(dāng)輸出信號強(qiáng)度衰減超過3 dB時，濾波器中心頻率點將作為濾波器的截止頻率。一旦噪聲和干擾信號的實際頻率超出截止頻率，濾波器組的阻帶將能極大削弱此類信號。因此，在設(shè)計C段高頻濾波器組工作參數(shù)時，先考慮將有用信號的工作頻段范圍處于阻帶之外，將其他無用信號置于阻帶內(nèi)[7]。實際使用中，C段高頻濾波器組以帶阻濾波器設(shè)計為主。

圖3 C段高頻濾波器組

對于C段衛(wèi)星通信信號接收站而言，系統(tǒng)會因LNB作用而完成實際信號的功率放大功能，同時相應(yīng)提升干擾信號幅度。因為在實際工作中5G信號幅度大于衛(wèi)星信號，所以在接收帶寬范圍內(nèi)極易導(dǎo)致LNB出現(xiàn)飽和干擾，造成衛(wèi)星信號接收機(jī)不能解析有用信號。為解決這一問題，系統(tǒng)需要在饋源與LNB間串接1組高頻信號濾波器組，包括濾波器和相關(guān)組件（配套轉(zhuǎn)接頭和連接裝置等）。饋源與LNB間有2組相對獨立部分，通過串聯(lián)滿足電子工業(yè)協(xié)會（Electronic Industries Alliance，EIA）國際標(biāo)準(zhǔn)的BJ40接口實現(xiàn)分體連接，進(jìn)而實現(xiàn)有用信號與無用信號間的分離，極大程度降低5G干擾信號對系統(tǒng)工作的影響。實際測試發(fā)現(xiàn)，通過濾波器對干擾信號的抑制，地面接收站實際接收的有用信號可以滿足《辦法》對信號的標(biāo)準(zhǔn)，即終端可以實現(xiàn)衛(wèi)星信號的接收、解析以及使用。

1.2.2 窄帶集成高頻頭設(shè)計實現(xiàn)

除了降低干擾信號影響外，還可以通過提升有用信號幅度的方法實現(xiàn)抗干擾，本質(zhì)上同樣是提高了衛(wèi)星通信信號接收端的輸出信噪比。窄帶集成高頻頭即滿足對衛(wèi)星信號功率放大，同步減小因信道擾動造成的信號畸變。衛(wèi)星一般含有24路信道。為了降低信道間信號傳輸時的串?dāng)_影響，單/雙通道分體實施，異步傳輸水平/垂直極化波[8]。此時，窄帶集成高頻頭憑借其具備的雙軌道信號接收能力，能夠?qū)崿F(xiàn)24路衛(wèi)星通信信號的接收，如圖4所示。

圖4 窄帶集成高頻頭

該高頻頭作用于衛(wèi)星高頻信號端的前置部分，通過1.55 GHz和5.75 GHz這2組本振信號源實現(xiàn)對單/雙通道信號的分離和放大等處理。輸出端通過將衛(wèi)星接收端2個相對獨立極化波轉(zhuǎn)換為0.95～1.55 GHz和1.55～2.15 GHz這2個帶寬范圍的工作信號，在功率放大的同時實現(xiàn)同一傳輸路徑的異步重構(gòu)，再通過分配器實時分離接收機(jī)抗干擾后的信號。

2 C頻段衛(wèi)星通信抗5G干擾系統(tǒng)評估

2.1 基本思路

為了精準(zhǔn)評估分析抗干擾性能，系統(tǒng)測試應(yīng)當(dāng)將主用設(shè)備連接至衛(wèi)星，利用頻譜儀實時測量終端接收的實際信號幅度。選取信道中的5組信號進(jìn)行加載，技術(shù)人員通過設(shè)備檢測信號是否正常。信號加載過程中，需要確認(rèn)是否存在異常，判斷是否存在5G信號干擾。當(dāng)信號出現(xiàn)擾動（延遲、丟幀以及卡頓等現(xiàn)象）時，可按順序激活5組信號對應(yīng)的接收站點進(jìn)行干擾源分析和判斷故障源（濾波器或LNB），排除故障后依據(jù)流程評估實際效果[9]。

2.2 主要內(nèi)容

評估主要針對的是接收端的信號強(qiáng)度和輸出端的信噪比。接收端的信號強(qiáng)度是長期演進(jìn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)（Long Term Evolution，LTE）的關(guān)鍵參數(shù)，代表接收信號功率的平均值。輸出端的信噪比是有用信號與5G干擾信號的幅度比。

2.3 方法步驟

2.3.1 原饋源端

首先，頻譜儀連接主衛(wèi)星，并將備用衛(wèi)星作為干擾信號判定使用；其次，參考《辦法》模擬輸入衛(wèi)星下行信道5G信號干擾；最后，設(shè)置測試端工作頻段，分別為3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。結(jié)果顯示，在5G干擾滿載前提下，實測饋源的輸出功率為-33.45 dBm（剔除了信道衰減影響）。

2.3.2 安裝C段高頻濾波器組

首先，頻譜儀連接分配矩陣，選取第1路信號作為測試信號；其次，參考《辦法》模擬輸入衛(wèi)星下行信道5G信號干擾；最后，設(shè)置測試端工作頻段，分別為3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。結(jié)果顯示，在5G干擾滿載前提下，實測安裝C段高頻濾波器組后的輸出功率為-58.56 dBm（剔除了信道衰減影響）。

2.3.3 安裝窄帶集成高頻頭

首先，頻譜儀連接分配矩陣，選取第3路信號作為測試信號；其次，參考《辦法》模擬輸入衛(wèi)星下行信道5G信號干擾；最后，設(shè)置測試端工作頻段，分別為3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。結(jié)果顯示，在5G干擾滿載前提下，實測安裝窄帶集成高頻頭后的輸出功率為6.73 dBm（剔除了信道衰減影響）。

2.4 評估結(jié)果

在系統(tǒng)升級改造前，饋源的實際輸出功率為-33.45 dBm。當(dāng)采用C段高頻濾波器組實現(xiàn)抗5G干擾措施時，可以大幅抑制干擾信號，饋源的實際輸出功率達(dá)到-58.56 dBm，滿足《辦法》標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)單獨安裝窄帶集成高頻頭時，實測干擾信號強(qiáng)度為6.73 dBm，即此時接收站受到較強(qiáng)干擾[10]。強(qiáng)干擾條件下，干擾信號會從高頻濾波器組與LNB結(jié)合部溢出阻帶，因此此時高頻頭不能有效放大有用信號和抑制干擾信號。

3 結(jié) 論

通過對C頻段衛(wèi)星通信接收站抗5G干擾實例進(jìn)行研究，探析抗干擾性能與改造效果。實際效果表明，抗干擾測試中仍然存在一系列問題，如濾波器參數(shù)設(shè)計不合理和高頻頭無法阻斷干擾溢出等。針對存在的問題提出新的評估方法，為抗干擾措施提供參考和依據(jù)，以期有效降低5G信號干擾對系統(tǒng)接收站的影響。