5G信號對廣播電視衛(wèi)星地球站的干擾研究

【摘要】隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，以信息技術(shù)為核心的產(chǎn)業(yè)展示出了規(guī)模化發(fā)展趨勢，這也為5G技術(shù)的應(yīng)用與拓隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，以信息技術(shù)為核心的產(chǎn)業(yè)展示出了規(guī)模化發(fā)展趨勢，這也為5G技術(shù)的應(yīng)用與拓展創(chuàng)造了必要條件。為支持5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國頒布了針對5G系統(tǒng)頻率的使用規(guī)劃，明確5G系統(tǒng)的主要工作頻段包括3400 MHz至3600 MHz、4800 MHz至4900 MHz等。本文以此為背景，首先分析了廣電衛(wèi)星地球站（下文統(tǒng)稱“地球站”）受到的干擾情況，然后介紹了排查干擾的方法，包括通過測試鏈路、搜索等方式排查干擾信號，最后提出應(yīng)對5G干擾的措施，為讀者提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】廣播電視；5G信號；衛(wèi)星地球站

中圖分類號：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.13.005

經(jīng)過多年發(fā)展，我國關(guān)于5G基站的抗干擾保護(hù)距離規(guī)范已趨于完善，5G基站保護(hù)的細(xì)則和抗干擾協(xié)調(diào)程序更加清晰，參與方的職責(zé)分工也更為明確。完善的政策不僅有利于協(xié)調(diào)解決5G系統(tǒng)方面的紛爭問題，還能夠促進(jìn)行業(yè)有關(guān)人員在分歧上達(dá)成一致，為5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高質(zhì)量發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。本文以廣電衛(wèi)星地球站為研究對象，圍繞5G可能給地球站造成的干擾展開了討論，以供參考。

1. 衛(wèi)星地球站干擾分析

由于地球站所處環(huán)境較為復(fù)雜，因此，其信號受到干擾的情況無法避免，只有了解干擾的原理及表現(xiàn)，才能夠做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確判斷播出異態(tài)，通過采取恰當(dāng)應(yīng)對措施，將信號上行播出所受到影響降至最低[1]。地球站常見的干擾包括大氣干擾、天氣干擾、電磁干擾等，其中，大氣電離層、大氣層和對流層等均有可能引起信號傳輸中的干擾，例如，大氣對無線電波產(chǎn)生反射和折射，導(dǎo)致信號的傳播路徑發(fā)生變化，影響信號的接收質(zhì)量。雷暴、暴風(fēng)雨、大霧等惡劣的天氣條件也會對地球站的信號傳輸產(chǎn)生影響，例如，暴風(fēng)雨可能導(dǎo)致信號被遮擋或衰減，影響信號的傳輸質(zhì)量。電磁干擾則是指來自其他無線電設(shè)備或電磁源的信號影響地球站的正常工作，導(dǎo)致信號接收質(zhì)量下降或信號中斷。頻譜干擾可以理解為在信號傳輸頻段內(nèi)出現(xiàn)其他無關(guān)信號，導(dǎo)致信號接收端無法正確識別和處理信號，干擾正常的信號傳輸?？傊?，地球站可能受到的干擾種類繁多，需要在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中充分考慮各種干擾因素并采取相應(yīng)措施，以保障信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和穩(wěn)定性。

2. 5G信號干擾的排查及應(yīng)對

2.1 排查方法

排查5G信號干擾的工作，通常需要按照既定流程展開。首先需要建立測試鏈路，按照要求設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的通信環(huán)境，以便于技術(shù)人員監(jiān)測和評估信號表現(xiàn)，為后續(xù)的干擾檢測提供可靠的基準(zhǔn)。隨后，再使用專業(yè)的頻譜分析工具檢測異常信號，篩查出可能會造成干擾的信號。如果篩查發(fā)現(xiàn)存在干擾信號，技術(shù)人員應(yīng)盡快通過現(xiàn)場調(diào)查、與周圍其他無線設(shè)備的交互分析，追蹤和確定干擾的源頭，盡快找到確切的干擾源，采取適當(dāng)?shù)拇胧┫驕p少干擾，確保地球站穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2.1.1 建設(shè)鏈路

地球站應(yīng)密切關(guān)注衛(wèi)星情況并獲取完整接收頻譜，確保信號質(zhì)量和實(shí)際覆蓋范圍與要求相符。日常工作中，可借助頻譜分析儀監(jiān)測衛(wèi)星信號各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對信號質(zhì)量還有特征作出判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除干擾因素。通過遠(yuǎn)程接收信號的設(shè)備，了解衛(wèi)星軌道各項(xiàng)參數(shù)、當(dāng)前天線指向角，對設(shè)備中頻帶寬、本振頻率進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到快速鎖定、實(shí)時(shí)跟蹤衛(wèi)星信號的目的，并在跟蹤的過程中，如實(shí)記錄包括誤碼率、信號強(qiáng)度在內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)。參考信號強(qiáng)度所發(fā)生改變，對設(shè)備增益進(jìn)行調(diào)整，控制信號輸出變化幅度，以避免由于信號強(qiáng)度不符合要求，導(dǎo)致出現(xiàn)噪聲或是失真的情況。引入先進(jìn)的極化旋轉(zhuǎn)器，基于極化形式、信號角度等信息，確定極化方向，保證方向與計(jì)劃狀態(tài)高度契合，由此將極化損失等問題出現(xiàn)的概率降至最低。

為了解5G信號干擾地球站的機(jī)制和程度，需要沿地球站建設(shè)測試5G信號干擾的鏈路，定期組織開展干擾測試，測試干擾信號的頻率及波段，根據(jù)測試所得到信息，制定針對性防護(hù)方案。對于建設(shè)測試鏈路，先要選擇滿足測試要求的場地，保證場地環(huán)境噪聲、距離等條件均符合有關(guān)規(guī)定，隨后，通過基于電信設(shè)備打造模擬器，對信號各項(xiàng)發(fā)射參數(shù)進(jìn)行模擬，獲得多種工作場景及模式[2]。下一步，將模擬調(diào)制方式、頻率等信號接收參數(shù)的地球站模擬器安裝在測試場地附近，按照要求連接兩個(gè)模擬器之間的隔離器、同軸光纜等線路，測試開始后，仔細(xì)觀察地球站模擬器情況，如實(shí)記錄模擬器顯示信號數(shù)據(jù)，結(jié)合頻率所表現(xiàn)出變化趨勢，對信號干擾情況做出準(zhǔn)確判斷。

2.1.2 搜索信號

該項(xiàng)工作需借助頻譜分析設(shè)備，在測試各頻率信號所表現(xiàn)出功率的前提下，對比5G、衛(wèi)星信號所表現(xiàn)出頻譜特征，確定受干擾頻段、干擾嚴(yán)重程度。此外，頻譜分析設(shè)備的作用還包括在定向耦合器、方向性天線的配合下，對干擾距離及方向加以確定，通過更改天線增益或是指向，減弱地球站受到的干擾[3]。該環(huán)節(jié)同樣可以引入對干擾因素具有抑制效果的技術(shù)，確保經(jīng)過預(yù)處理的信號不會受到5G的影響。例如，根據(jù)地球站實(shí)際情況增設(shè)濾波器，由濾波器視情況對參數(shù)加以調(diào)整，由此消除5G影響。具體來說，就是通過監(jiān)測輸入信號的特性，動態(tài)地調(diào)整其濾波特性，以適應(yīng)信號環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)對干擾信號的抑制。再比如，以多個(gè)天線接收的信號或是在不同時(shí)間點(diǎn)接收的信號為依托，通過空時(shí)處理算法，對5G信號、衛(wèi)星信號進(jìn)行分離，在此基礎(chǔ)上，通過對信號做加權(quán)、相位調(diào)整處理，達(dá)到抑制5G信號或是強(qiáng)化衛(wèi)星信號的目的。

2.1.3 排查干擾信號

地球站是保證廣播電視節(jié)目順利播出的關(guān)鍵設(shè)施，主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星信號的轉(zhuǎn)發(fā)與接收，其中，下行接收系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色，能夠直接影響信號整體質(zhì)量，倘若信號被5G所干擾，將有可能出現(xiàn)信號模糊失真、傳輸被迫中斷的問題。有關(guān)人員出于提高信號整體質(zhì)量的考慮，提出了24 h監(jiān)測系統(tǒng)的建議，重點(diǎn)關(guān)注信噪比以及誤碼率，對系統(tǒng)被干擾程度加以判斷。通常情況下，誤碼率超出允許范圍、信噪比低于預(yù)期水平，均代表5G可能正在干擾系統(tǒng)運(yùn)行，工作人員應(yīng)當(dāng)通過頻譜分析儀針對系統(tǒng)輸入信號展開詳細(xì)分析，觀察信號頻譜中是否存在異常峰值，如果發(fā)現(xiàn)存在異常峰值，則表示系統(tǒng)正受到5G的干擾。系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

確認(rèn)系統(tǒng)受到5G干擾后，應(yīng)當(dāng)盡快確定給系統(tǒng)造成干擾的5G頻率和強(qiáng)度，為后續(xù)分析干擾源做準(zhǔn)備。實(shí)際工作中，先要借助專業(yè)設(shè)備處理系統(tǒng)輸入信號，通過對濾波器對應(yīng)頻帶加以調(diào)整的方式，使5G得到分離。隨后，再借助最新功率計(jì)測量5G，對其實(shí)際干擾強(qiáng)度做出判斷。在完成上述一系列工作之后，采用方位角儀和定向天線設(shè)備對方位角進(jìn)行測量，以此捕捉5G信號的傳播方向。具體操作時(shí)，先確保方位角儀與定向天線設(shè)備之間的連接正確無誤，通過必要的校準(zhǔn)，以確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。隨后開啟設(shè)備，觀察方位角儀顯示屏上所記錄的方位角度數(shù)，結(jié)合已經(jīng)獲取的地理坐標(biāo)信息和已知的距離數(shù)據(jù)，通過三角測量或幾何定位的方法，大致確定干擾信號源頭的地理位置。該項(xiàng)工作涉及復(fù)雜的計(jì)算，需要多次測量以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，操作人員需具備一定的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，以便能夠?qū)Ψ轿唤莾x和定向天線設(shè)備進(jìn)行有效的操作，確保定位結(jié)果的可靠性，準(zhǔn)確鎖定干擾源位置，為后續(xù)的干擾消除或調(diào)整措施提供重要依據(jù)。

2.2 應(yīng)對措施

2.2.1 加裝信號反射網(wǎng)和屏蔽器

為應(yīng)對5G對地球站的干擾問題，可以采用兩種不同的技術(shù)措施——信號反射網(wǎng)和信號屏蔽器。

（1）反射網(wǎng)

市面現(xiàn)有反射網(wǎng)均為金屬反射網(wǎng)，支持電磁波的反射，可主動或是被動消除干擾。實(shí)際工作中，工作人員需要結(jié)合衛(wèi)星天線實(shí)際角度、朝向，對符合現(xiàn)場情況的反射網(wǎng)類型及各項(xiàng)參數(shù)加以確定，通過將反射網(wǎng)安裝在衛(wèi)星天線附近或是前方，打造可以有效阻隔5G信號的屏障。5G信號到達(dá)該區(qū)域后，反射網(wǎng)將第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)信號，通過吸收或是反射的方式，避免5G信號接觸衛(wèi)星天線，導(dǎo)致衛(wèi)星天線性能、運(yùn)行狀態(tài)受到影響。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，反射網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于不會干擾附近無線設(shè)備，無需使用電源，不需要定期維護(hù)。

（2）屏蔽器

信號屏蔽器的原理是通過發(fā)射與目標(biāo)信號頻率相近或是相同的干擾信號，使目標(biāo)信號被屏蔽或抑制。在選擇屏蔽器時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮地球站當(dāng)前頻段，完成設(shè)備選型后，將設(shè)備固定在衛(wèi)星天線的周圍，確保其屏蔽范圍與衛(wèi)星接收區(qū)域完全重合。5G信號進(jìn)入屏蔽范圍后，通常等待一段時(shí)間便會徹底淹沒在干擾信號之中。該設(shè)備相較于其他設(shè)備的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是成本低，二是屏蔽效果較為理想，三是操作難度小。需要注意的是，該設(shè)備同樣存在較為明顯的缺點(diǎn)，即：設(shè)備處于工作狀態(tài)時(shí)，有一定概率干擾附近無線設(shè)備，因此，如果決定使用該設(shè)備，工作人員需要制定科學(xué)規(guī)劃并加大管理力度。

2.2.2 改用窄帶高頻頭配合濾波器

（1）窄帶高頻頭

該組件主要用于接收和發(fā)送無線電信號，通常由射頻前端、射頻調(diào)諧器、射頻放大器等部件組成。射頻前端負(fù)責(zé)接收和發(fā)送無線電信號，射頻調(diào)諧器可以調(diào)整接收和發(fā)送的頻率范圍，射頻放大器則可以增強(qiáng)信號的強(qiáng)度，確保信號的穩(wěn)定傳輸。該組件在無線通信系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，可以實(shí)現(xiàn)信號的接收和發(fā)送，保證通信的穩(wěn)定性和可靠性。

近幾年，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，窄帶高頻頭的性能不斷提升，現(xiàn)代窄帶高頻頭具有更高的靈敏度、更廣的頻率范圍和更低的功耗，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的通信環(huán)境。作為衛(wèi)星天線不可缺少的部分，高頻頭的功能在于把衛(wèi)星信號從射頻信號轉(zhuǎn)換為中頻或是低頻的信號，通過放大和濾波處理，使得后續(xù)接收機(jī)能夠更好地解調(diào)和解碼。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

除特殊情況外，高頻頭對應(yīng)工作頻率均在3400 MHz至4200 MHz之間，5G信號頻率則在3400 MHz至3600 MHz之間，為解決頻率重合問題，可以改用接收3700 MHz至4200 MHz這一范圍內(nèi)C波段信號的窄帶高頻頭。

（2）帶通濾波器

濾波器的本質(zhì)是電子器件，特點(diǎn)在于能夠以信號的頻率為依據(jù)，有針對性地阻止部分信號，同時(shí)放行其他信號。對本文所討論的衛(wèi)星天線而言，出于降低5G干擾的考慮，可將該器件加裝在高頻頭與既有饋源之間，保證僅有頻率與要求相符的信號可以順利通過該器件。帶通濾波器的工作原理是基于信號的頻率特性進(jìn)行篩選，該設(shè)備具有特定的通帶和阻帶，只允許通帶頻率范圍內(nèi)的信號通過。在調(diào)頻調(diào)制（FM）和調(diào)幅調(diào)制（AM）等模擬調(diào)制系統(tǒng)中，該設(shè)備用于選擇特定的調(diào)制信號，濾除其他頻率范圍的信號，確保信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，該設(shè)備可以幫助選擇特定的頻率范圍內(nèi)的數(shù)字信號，濾除噪聲和干擾信號，提高通信的可靠性[4]。除極特殊情況外，首選額定頻率在3800 MHz至4200 MHz這一范圍的專業(yè)濾波器，其優(yōu)點(diǎn)是信號群整體延遲可控，可通過持續(xù)提供偏高衰減值的方式，去除5G導(dǎo)頻、峰值給地球站所造成的負(fù)面影響[5]?，F(xiàn)階段，該濾波器已經(jīng)正式投入使用，運(yùn)行效果表明，該方案可在一定程度上解決5G干擾衛(wèi)星信號的問題，為通信系統(tǒng)長時(shí)間可靠高效運(yùn)行提供支持。

針對5G而言，其干擾協(xié)調(diào)區(qū)域具體如表1所示。

3. 結(jié)束語

新形勢下，為減少5G對地球站的干擾，應(yīng)全方位管理地球站還有5G基站，并根據(jù)實(shí)際情況，采取恰當(dāng)手段對功率加以控制，使得基站方向、輻射功率滿足要求，由此達(dá)到消除地球站所造成不良影響的目的。相應(yīng)地，還要對地球站整體的抗干擾性能進(jìn)行強(qiáng)化，通過加裝放大器或其他設(shè)備的方式，進(jìn)一步強(qiáng)化接收站還有發(fā)射站整體的隔離度，消除5G的影響，保障衛(wèi)星通信的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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