C波段卫星地球站受5G系统干扰研究

梁卫东

内蒙古新闻出版广电局501台 内蒙古 呼和浩特市 010050

5G（5th generation wireless systems）即第5 代移动通信系统。2018年12月1日，韩国在全球率先实现5G 商用，开启了5G 时代。

2017年11月，我国对3～5GHz 范围的频率进行规划。确定了3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz、4.8～5.6GHz 为 5G 商用工作频段。2018年 12月 3日，工信部向三大运营商颁布了5G 系统试验频率使用许可。2019年6月6日，工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G 商用牌照。

1 5G频率资源分析

无线电频谱对通信行业而言是战略资源，移动通信系统的频率由最初的800MHz 发展到2GHz、 3GHz，甚至到毫米波频段的26GHz、28GHz、39GHz、70GHz、86GHz、450GHz，通信频率越高，意味着使用带宽越宽，能实现的传输速率越高，以满足广大用户日益增长的使用需求。在毫米波频段，频谱资源非常丰富，真正实现了信息高速公路。

通信频率越高，意味着波长越短，使得传输发射设备小型化，更适合移动通信。以前的手机需要外部突出的天线，随着使用频率的不断提高，天线的尺寸不断变小，以适合内置于手机，甚至在一部手机中放置多根天线。当前5G 系统使用的频率主要集中在6GHz 以下。移动通信频率的扩展势必对其他通信系统形成干扰。因此必须通过一定的技术手段，使5G 系统与其他通信系统共存。本文主要研究C波段卫星地球站受5G基站干扰的情况。

C 波段卫星地球站下行频率分为标准频率和扩展频率，简称标C 和扩展C 波段。标准C 波段的频率范围为3.7～4.2GHz，扩展C 波段的范围为3.4～3.6GHz。C 波段地球站运行与5G 信号共存时就会出现两种情况，同频干扰和邻频干扰。

同频干扰就是卫星地球站与5G 基站均使用3.4～3.6GHz 的频率，通过理论计算和实际测量，同频干扰时，两系统必须大于50 公里部署，且地球站的俯仰角大于45 度，因此会给使用带来诸多不便。邻频干扰是指卫星地球站使用标准C 波段3.7～4.2GHz，5G 基站使用3.4～3.6GHz 频段。

由于现已建成的卫星地球站其LNB（低噪声放大组件）工作频率为3.4～4.2GHz（700MHz）或3.7～4.2MHz（500/575MHz）两种，除特殊情况外，通常都没有对LNB 带外指标提出要求。工作于3.4～3.6GHz 的地面 5G 信号很可能使 LNB 饱和，造成卫星地球站接收载噪比下降甚至业务中断。

2 5G同频干扰计算

当前只考虑一个IMT 基站形成的干扰，此时卫星通信地球站接收到的干扰功率为：

IIMT=PIMT + GIMT （γ， β） + OLIMT + G（φ）-L（f，d）-CL（d）-ACLR

上式中，IIMT：通信地球站接收机收到的每MHz 带宽内的干扰功率，单位为dBm。

PIMT：IMT 基站每MHz 带宽内的输出功率，单位为dBm。

GIMT（γ，β）：IMT 基站发射天线的增益，单位为dB。

OLIMT：IMT 基站欧姆损耗，单位为dB。

G（φ）：通信地球站主轴方向与干扰方向相差φ度时的接收增益，单位为dB。

L（f，d）：5G信号传输路径损耗，单位为dB。

CL（d）：IMT 基站地物损耗，单位为dB。

ACLR：IMT 基站相邻频道泄漏比，单位为dB。同频干扰时为0，邻频时为45dB。

5G 天线典型参数为：天线结构为8×8，地物损耗为28.7dB，传导功率为32dBm/MHz，每根天线增益为5dB。

通信地球站典型参数为：干扰门限-12.2dB，接收机噪声电平为-118.6dBm，1.8 米天线增益为34.5dB。

PIMT=32+10lg （8×8）（dBm/100MHz） =30（dBm/MHz）

GIMT（γ，β）=5+10lg（8×8）=23dBi

卫星地球站的干扰门限和饱和电平分别为：

I=I/N+N=-12.2+（-118.6）=-130.8（dBm/MHz）

Imax=-60（dBm/100MHz）=-80（dBm/MHz）

现以1.8 米卫星接收天线为例，当工作于3.5GHz 的5G 基站与天线距离2 公里时，对通信地球站的干扰通过上式计算：

IIMT=30+23-3-28.7- ［32.44+20×lg2+20×lg3500］+34.5=-53.5 （dBm/MHz）

通过上述计算可知，当两系统同频且部署距离较近时，卫星地球站接收机收到5G 干扰信号的功率远大于干扰功率门限，甚至可能超过饱和电平。

3 干扰识别方法

卫星接收解码器面板信号强度波动大、误码率高，节目间断性出现马赛克，严重时干扰造成解码器信号失锁、卫星通信接收链路中断。

频谱仪分析干扰载波频率在3.5GHz 左右，呈现强度高、范围宽的特点，“寄生”在整个信号频谱之中，对有用信号形成了“功率掠夺”。

对于有条件的单位，可借助喇叭天线、低噪声放大器和频谱仪等专用设备，定向测量干扰源方向，走访排查受干扰卫星地球站附近的5G 基站，对干扰自行初步排查。一旦发现有5G 基站，可联系其部署单位对基站开关电测试。

4 抗5G干扰技术分析与研究

通过分析研究出一些具有可操作性的技术措施：加装窄带带通滤波器，更换窄带高频头，提高发射技术指标要求，选用大口径的卫星接收天线，优化5G天线安装，卫星天线加装屏蔽网，通过干扰协调，去除5G 干扰等技术手段。

4.1 加装窄带带通滤波器

通过在卫星接收天线的馈源法兰盘与高频头之间加装窄带带通滤波器，加装的窄带带通滤波器频率范围是3.7～4.2GHz，该方法能有效降低由于邻频干扰互调分量对高频头的饱和干扰，达到5G 系统与卫星通信地球站邻频部署而共存的目标。同时也有一些弊端，如增加馈源的重量和增加改造成本。

4.2 更换窄带高频头

将频率范围在3.4～4.2GHz 的宽带高频头更换为频率范围在3.7～4.2GHz 的窄带高频头，实现了对饱和干扰的有效抑制，是一种现阶段比较理想的解决方案。

4.3 提高发射技术指标要求

提高5G 基站设备的带外辐射技术指标以减少互调分量对卫星通信地球站高频头的饱和干扰，更新或新建接收站时选用3.7～4.2GHz 的窄带高频头。

4.4 选用大口径的卫星接收天线

卫星接收天线的直径增加，必然会提高接收增益，使得接收系统的储备余量增加。卫星接收天线的直径增加，会使卫星接收天线的半功率角减小，接收天线的主波束会变窄，增加接收系统的抗干扰性。不过该方法的抗干扰能力有限，同时会增加成本。

4.5 优化5G天线安装

调整5G 天线使其倾角偏下，IMT 基站的有效信号覆盖限制在一定范围内，避免由于5G 天线的主波束直接对准卫星地球站的接收天线，减少对通信地球站传输业务的影响。

4.6 卫星天线加装屏蔽网

通过在卫星天线边缘设置圆环形屏蔽网，以减少对5G 信号的干扰，该方法如同微波天线的屏蔽罩，切断5G 信号对卫星接收天线的接收副瓣的干扰。或者在卫星天线周围设置屏蔽网，也可以实现类似的效果。

4.7 通过干扰协调，去除5G干扰

根据工信部公布的《3GHz 到5GHz 频段第五代移动通信基站与其他无线电台（站）干扰协调管理规定（征求意见稿）》相关规定，干扰协调区是指以卫星地球站为中心一定范围内的地理区域，在此区域内设置使用3.3～3.7GHz 和4.8～5GHz 频段的5G 基站，应与卫星地球站进行干扰协调，以避免对合法使用的卫星地球站造成有害干扰。

对于工作在3.4～3.6GHz 频段的地球站，室外5G 基站的协调区为以地球站为中心、半径45 公里的圆形区域；对于工作在3.7～4.2GHz 频段的地球站，如果地球站已采用滤波和抗饱和措施且指标满足相关要求，协调区可减小为以地球站为中心、半径100 米的圆形区域，否则协调区为以地球站为中心、半径2 公里的圆形区域。