中波廣播發(fā)射臺站在5G環(huán)境下的干擾問題與解決方案

【摘要】隨著5G技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，中波廣播發(fā)射臺和5G基站頻譜之間可能存在的矛盾越來越突出，干擾問題急需解決。本文首先對中波廣播發(fā)射臺的工作原理、傳播方式、技術(shù)參數(shù)和頻段特性進行介紹，然后對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行總結(jié)，深入剖析中波廣播和5G頻譜之間可能存在的矛盾，以及5G基站信號在中波廣播中受到的干擾種類和在時空上的分布特征。最后，提出中波廣播發(fā)射臺站干擾問題的解決方案，以期為中波廣播發(fā)射臺站解決5G環(huán)境中的干擾問題提供一個有效借鑒。

【關(guān)鍵詞】中波廣播發(fā)射臺站；5G環(huán)境；干擾問題；解決方案

中圖分類號：TN929" " " " " " " " " " " " " "文獻標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.23.012

中波廣播發(fā)射臺站通常工作在較低的頻率范圍（300 kHz～3 MHz），其信號具有較強的繞射能力和遠(yuǎn)距離傳播特性，廣泛應(yīng)用于民用廣播和應(yīng)急通信。然而，5G通信系統(tǒng)大多使用較高頻率的頻段（例如3.5 GHz、26 GHz等），盡管兩者頻率相差較大，但由于5G基站密度高、發(fā)射功率較大時仍然會給中波廣播信號帶來一定的電磁干擾。另外，5G裝置的大范圍部署以及新型技術(shù)的使用都會帶來非預(yù)期交互干擾問題，例如高頻段和低頻段裝置之間存在非線性相互作用?；诖?，本文重點分析5G環(huán)境下中波廣播發(fā)射臺面臨的干擾問題，并探討相應(yīng)的解決方案，以期為5G和中波廣播共存提供技術(shù)支持。

1. 中波廣播發(fā)射臺的工作原理及頻段特性

1.1 中波廣播的傳播方式與技術(shù)參數(shù)

中波廣播是在300 kHz～3 MHz頻帶內(nèi)的無線電傳播，信號傳輸常用振幅調(diào)制（Amplitude Modulation，AM）技術(shù)。它的傳播方式分為地波與天波。地波沿地球表面?zhèn)鞑r，受到地形、地質(zhì)條件的極大影響，其傳播距離通常為幾百公里。天波能夠通過電離層進行反射，從而實現(xiàn)長距離的傳播，有時甚至可以達(dá)到數(shù)千公里。尤其在夜晚，由于電離層的變動，天波的傳播能力得到了明顯的加強。中波廣播的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍是525～1705 kHz，其發(fā)射功率通常在幾千瓦到幾十千瓦之間，而大型廣播電臺的功率甚至可以達(dá)到數(shù)百千瓦，這使它的信號覆蓋范圍廣，適用于大區(qū)域廣播業(yè)務(wù)。中波廣播系統(tǒng)一般使用與波長有較強關(guān)系的垂直發(fā)射天線來保證高發(fā)射效率。而接收設(shè)備具有很強的抗干擾能力，靈敏度一般為-60～-80 dBm，但是在現(xiàn)代無線環(huán)境下，高功率的無線設(shè)備以及5G等新型網(wǎng)絡(luò)仍有可能對其產(chǎn)生干擾[1]。

1.2 中波廣播的頻段特性

中波廣播的頻段特性主要體現(xiàn)在其頻率范圍、傳播特性和受干擾情況。中波頻段通常在300 kHz～3 MHz，廣播中經(jīng)常使用的頻段是525～1705 kHz。在這一頻率范圍內(nèi)，中波信號不僅具有地波傳播的優(yōu)點，還可以通過電離層反射來實現(xiàn)長距離的傳播。地波的傳播主要取決于地表電磁波的導(dǎo)電性能，這與地面特性、地理環(huán)境等因素有密切的關(guān)系，一般情況下傳播距離較近，但是信號比較穩(wěn)定。天波的傳播主要依賴于電離層的反射屬性，尤其在夜晚或電離層環(huán)境發(fā)生變化時，其傳播的距離有可能顯著擴大。這一特點使得中波廣播晝夜信號覆蓋范圍有顯著不同，晚間傳播效果要顯著優(yōu)于日間。信號在中波頻段繞射能力強，在復(fù)雜地形地區(qū)，能保持良好傳播效果，具有廣域廣播的特點。

2. 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為下一代的移動通信技術(shù)有著高速率、低時延以及大連接數(shù)的突出優(yōu)點。5G擁有廣泛的頻譜資源，尤其是在Sub-6 GHz和毫米波（millimeter wave，mmWave）這兩個頻段中。Sub-6 GHz頻段覆蓋范圍廣，一般用來提供基本的廣域覆蓋，而毫米波頻段帶寬大、傳輸速率快，適合密集城市環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)傳輸。5G利用眾多核心技術(shù)來增強網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，其中包括大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)。這種技術(shù)利用眾多的天線陣列來同步傳輸和接收數(shù)據(jù)，從而顯著地提升了頻譜的使用效率。波束成形技術(shù)可以依據(jù)用戶的具體位置來動態(tài)地調(diào)整信號的方向，從而提高信號的質(zhì)量和覆蓋范圍。5G同時利用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將一個物理網(wǎng)絡(luò)劃分成多個虛擬網(wǎng)絡(luò)來適應(yīng)自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等不同業(yè)務(wù)場景。相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的最高傳輸速度能夠超過10 Gbps，同時時延也能降至1 ms以下[2]。

3. 中波廣播發(fā)射臺在5G環(huán)境下的干擾問題

3.1 中波廣播與5G頻譜的潛在沖突

中波廣播和5G頻譜之間可能存在的矛盾表現(xiàn)為頻譜資源重疊，相鄰頻段互相影響等。中波廣播一般采用525～1705 kHz之間的頻帶，該頻帶處于低頻范圍內(nèi)，5G網(wǎng)絡(luò)主要工作于Sub-6 GHz以及毫米波頻帶，但是一些5G設(shè)備與基站之間可能存在著強烈的帶外輻射現(xiàn)象，特別是高功率設(shè)備在運行過程中，會對鄰近頻段內(nèi)設(shè)備的運行造成一定影響。由于中波廣播頻段低，信號傳播對于電磁環(huán)境變化比較敏感，因此5G信號干擾可能會以電磁耦合和非線性互調(diào)的形式影響中波廣播的接收品質(zhì)。尤其對于5G基站密集布設(shè)區(qū)域，該干擾效應(yīng)會更顯著。5G基站與終端設(shè)備之間的高功率傳輸同樣會對中波廣播接收天線產(chǎn)生電磁壓制，特別是當(dāng)中波接收設(shè)備距離5G基站較近的時候，廣播信號會受到嚴(yán)重干擾，甚至?xí)袛鄠鬏擺3]。

3.2 5G基站信號對中波廣播的干擾類型

5G基站信號對中波廣播的干擾有電磁干擾、電波屏蔽、頻譜污染三種。電磁干擾是干擾中最普遍的一種形式，盡管5G基站通常在高頻區(qū)域運行，但它產(chǎn)生的帶外輻射和諧波會覆蓋中波廣播的頻段，這可能會導(dǎo)致中波接收設(shè)備受到強烈的電磁噪聲影響，從而降低廣播信號的清晰度，甚至可能導(dǎo)致信號的丟失。因5G基站布放密集，特別是城市或者人口稠密地區(qū)，5G設(shè)備傳輸高功率信號可能會對電磁場強度產(chǎn)生一定程度的屏蔽效應(yīng)，使中波的廣播信號很難透過這道電磁“屏障”，從而造成廣播信號的覆蓋范圍減小和接收難度增大。頻譜污染表現(xiàn)為5G基站信號出現(xiàn)雜散輻射現(xiàn)象，特別當(dāng)基站和終端設(shè)備間經(jīng)常傳輸大數(shù)據(jù)時，雜散信號會占用鄰近的中波頻段，導(dǎo)致頻譜污染和中波廣播接收端的信號干擾加重等。

3.3 干擾的空間和時間分布特點

5G基站信號對中波廣播的干擾，其時空分布特征顯著。從空間上看，干擾強度和5G基站密集度、發(fā)射功率及到中波廣播接收設(shè)備的距離等因素有密切關(guān)系。在城市和人口密集的區(qū)域，由于5G基站的密集分布和較高的發(fā)射功率，中波廣播的接收設(shè)備更容易受到電磁干擾，這種干擾通常覆蓋范圍廣且強度大，特別是在5G基站附近，干擾效應(yīng)更加明顯。并且在農(nóng)村或者基站比較分散的區(qū)域，盡管干擾強度會比較小，但是由于基站覆蓋范圍比較大，也會對信號造成一些影響。另外，高層建筑、復(fù)雜地形以及金屬結(jié)構(gòu)物等都會使電磁干擾分布進一步加強或者改變，從而使一些地區(qū)對中波信號的接收出現(xiàn)不穩(wěn)定性。

從時間分布來看，5G對中波廣播的干擾通常呈周期性變化。白天受電離層弱活動影響，中波信號以地波為主，干擾效應(yīng)主要分布于接收設(shè)備周圍地區(qū)。夜間隨著電離層活動的加強，中波信號在天波的傳播作用下覆蓋了整個高頻段地區(qū)，但是同時更易受長距離5G基站電磁輻射的干擾。

為了驗證中波廣播與5G基站間的干擾問題，相關(guān)人員進行了實際測試。測試地點選擇了某城市中心區(qū)域和郊區(qū)，分別代表高密度和低密度5G基站環(huán)境。測試結(jié)果表明（如表1所示），在城市中心區(qū)域，由于5G基站密集分布，中波廣播接收設(shè)備在距離5G基站較近時（如50 m內(nèi)），信號質(zhì)量明顯下降，干擾強度達(dá)到-40 dBm以上。而在郊區(qū)，盡管干擾強度相對較小，但在某些時段（如夜間電離層活動增強時），仍可能受到長距離5G基站電磁輻射的干擾。此外，研究人員還測試了不同時間段內(nèi)5G對中波廣播的干擾情況。結(jié)果顯示，在5G網(wǎng)絡(luò)使用高峰期（如晚上8點至10點），由于基站發(fā)射功率增大，干擾效應(yīng)更加顯著。而在非高峰期，干擾強度則相對較低。

通過以上數(shù)據(jù)，我們可以清晰地了解中波廣播在5G環(huán)境下的干擾問題及其時空分布特征。這些數(shù)據(jù)不僅為本文的分析提供了有力支持，也為后續(xù)解決方案的制定提供了重要依據(jù)。

4. 中波廣播發(fā)射臺站干擾問題的解決方案

4.1 優(yōu)化中波廣播發(fā)射臺布局與頻段分配

對中波廣播發(fā)射臺的布局和頻段分配進行優(yōu)化，是降低5G干擾，提高廣播質(zhì)量的重點策略。首先，發(fā)射臺的布局需依據(jù)地形、人口密度以及信號覆蓋需求等因素科學(xué)規(guī)劃。在中波廣播發(fā)射臺中，普遍都會使用到與發(fā)射頻率成比例的垂直天線，為了保證信號的傳播效果，滿足地波、天波的傳播要求，一般都會將天線的高度設(shè)定在四分之一到二分之一波長之間。所以在地廣人稀地區(qū)，發(fā)射功率可適當(dāng)提高到數(shù)十千瓦乃至更高一些，從而提高信號傳播能力及覆蓋范圍；在人口稠密的城市區(qū)域內(nèi)，因5G基站密度較大，所以發(fā)射臺站的布置要盡量避免與5G基站交叉，以降低干擾源。

在頻段分配方面，要對中波廣播工作頻率進行合理分割。盡管中波頻段被固定為525～1705 kHz，但是采用細(xì)化頻率分配的方法，避免使用臨近5G基站頻譜，可以減少可能出現(xiàn)的頻譜沖突。比如優(yōu)先考慮低頻段，以避免高頻段5G裝置的雜散輻射。同時引入了動態(tài)頻譜管理技術(shù)以靈活調(diào)節(jié)頻段的使用方式，可有效地應(yīng)對5G網(wǎng)絡(luò)高峰時段的擾動，保證中波廣播信號連續(xù)穩(wěn)定[4]。

4.2 提升發(fā)射臺站的抗干擾能力

增強中波廣播發(fā)射臺站的抗干擾能力，是保證臺站在5G環(huán)境下穩(wěn)定工作的重點，其中，屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)等是處理干擾最核心的方法。屏蔽技術(shù)利用物理屏障來隔絕電磁干擾源，通常會在發(fā)射設(shè)備、信號處理器和天線系統(tǒng)的周圍使用電磁屏蔽材料，這些材料包括銅、鋁等高導(dǎo)電性金屬，這些金屬能有效地屏蔽外界電磁波入侵?？赏ㄟ^對發(fā)射臺站關(guān)鍵設(shè)備殼體加裝電磁屏蔽層來減小由5G基站傳來的高頻擾動，而發(fā)射塔內(nèi)線纜與接收設(shè)備間采用屏蔽線纜可進一步減少擾動傳播途徑。

濾波方法主要是通過電子設(shè)備內(nèi)部的信號處理手段來降低外部干擾。帶通濾波器被認(rèn)為是核心技術(shù)之一，它能有效地濾除中波范圍之外的高頻信號，例如由5G設(shè)備產(chǎn)生的雜散輻射。濾波器設(shè)計要具有高選擇性、低插入損耗等特點，這樣才能保證廣播信號經(jīng)過濾波器時不丟失，又能有效地屏蔽頻譜范圍之外的干擾信號[5]。

4.3 增強5G基站的電磁兼容性設(shè)計

增強5G基站的電磁兼容性設(shè)計是減少對中波廣播干擾的重要手段。首先，5G基站的發(fā)射功率需要嚴(yán)格控制，尤其是在高密度區(qū)域，過高的功率會導(dǎo)致過量的電磁輻射，進而干擾鄰近頻段的中波廣播。通常，5G基站的發(fā)射功率范圍在10～40 W之間，而通過動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，可以有效降低不必要的電磁泄漏。在鄰近中波廣播頻段時，應(yīng)盡量降低功率或者通過智能功率控制技術(shù)，實現(xiàn)對環(huán)境電磁場強度的實時監(jiān)測，動態(tài)調(diào)整基站的輸出功率，以減少對中波廣播的干擾[6]。

其次，電磁屏蔽也是增強基站兼容性設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。5G基站內(nèi)部的關(guān)鍵組件如功率放大器、天線陣列和信號處理器都可以采用屏蔽材料進行保護，以減少高頻信號外泄。屏蔽罩材料的選擇，如銅或者鋁合金，能夠有效阻隔輻射信號的泄漏和反射。此外，合理設(shè)計天線陣列，使信號輻射集中于特定區(qū)域，減少在不必要方向上的功率輻射，避免對中波廣播接收設(shè)備形成干擾。

5. 結(jié)束語

中波廣播發(fā)射臺站在面對5G環(huán)境干擾時，要采取積極有效的措施，在強化技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備升級的同時，要加強與有關(guān)部門的溝通協(xié)調(diào)，共同迎接挑戰(zhàn)。唯有如此，才能夠保證中波廣播在新技術(shù)環(huán)境中持續(xù)保持自身穩(wěn)定、高效、廣泛傳播的優(yōu)勢，從而為人們提供更多優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)。

參考文獻：

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