5G NR信号对卫星地球站干扰解决方法

何棱

摘 要：文章主要研究营运商部署5G系统基站对现有的FSS地球站接收信号造成的干扰问题，研究干扰产生的原理及相关解决方案。以中国联通为例开展研究分析，为营运商后续在FSS地球站周边部署5G提供解决思路。

关键词：5G;卫星地球站;邻频干扰;阻塞干扰;FSS

1    研究背景

当前中国C-Band频谱中，3.4～4.2 GHz为广电和卫通的固定卫星地球接收站使用。如中国电信和联通第五代移动通信（The Fifth Generation Mobile Communication，5G）系统使用的3.4～3.6 GHz频段，与广电使用的卫星频段有重叠和相邻的部分。其中C频段与扩展C频段（3 400～4 200 MHz）一直是我国和亚洲地区卫星通信产业的传统核心频段。目前广东卫星实际工作频段在部分转发器使用到3 580～4 200 MHz，主流频段3 640～4 200 MHz。工信部明确卫星在3.5 GHz无法实现清频，3.5 GHz頻段的5G系统必将与卫星的C波段长期共存。根据工信部《3 000～5 000 MHz频段第五代移动通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调管理办法》，运营商部署的5G NR基站对现有3 300～4 200 MHz卫星地球站产生有害干扰时，需在规定的干扰协调区域内与设置、使用卫星地球站、固定业务台（站）和射电天文台的相关单位及用户协调解决干扰问题，才能启用5G NR站。在后续各营运商5G网络规模建设部署工作中，5G NR站对卫星地球站的干扰是运营商必须解决的问题。

2    干扰场景及分析

2.1 干扰场景

由于扩展C频段是我国固定卫星业务的下行频段，所以5G系统与FSS系统的干扰主要有以下4种。

（1）NR基站对FSS地球站的干扰。

（2）NR终端对FSS地球站的干扰。

（3）卫星固定业务（Fixed Satellite Service，FSS）卫星对5G基站的干扰。

（4）FSS卫星对5G用户的干扰。

因目前NR终端未商用，且FSS卫星信号到地面后对5G基站和5G用户的干扰几乎可以忽略，文章主要研究5G基站对FSS地球站的干扰场景。

2.2  干扰模型

多NR基站模型：3.5 GHz频段上的5G系统主要用于广域覆盖，故3.5 GHz频段上5G系统基站均采用三扇区宏站、蜂窝组网。研究干扰时，5G NR基站与FSS地球站部署在同一地理区域，假设存在一个FSS地球站，5G系统NR基站呈环状部署在地球站周围，其共存拓扑模型。

单NR基站模型：单个5G系统基站发射机对FSS地球站的干扰模型。

2.2.1  NR基站射频设备

5G系统使用大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple，MIMO）天线，大规模MIMO天线利用其波束赋形技术可以形成方向性极强的窄波束，从而在目标方向波束增益最大，而在干扰和无用方向产生零陷，增益最小。

对于使用带宽100 M的5G系统NR射频设备杂散要求如下：按3GPP 38.104 6.6.5章节定义，基站在3 640 M以上带外杂散必须小于﹣21 dBm/MHz@TRP;同时按国家无线电管理局要求，基站在3 650～3 700 M带外杂散需满足﹣26 dBm/MHz@TRP，3 700 M以上杂散需满足﹣47 dBm/M@TRP。

联通初部署室外宏站使用的NR系统华为射频设备AAU5613，满足以上协议与规范的指标要求。

2.2.2  FSS地球站接收机

天线接收卫星电磁信号，反射到高频头，高频头再传到主机，主机把电磁信号转换成普通的电视信号或视频、音频信号。

2.3  干扰分类

5G NR与C-Band卫星地球站之间主要存在3种干扰：邻道干扰、阻塞干扰、杂散干扰。

2.3.1  邻道干扰

邻道干扰指相邻或邻近的信道之间的干扰，又称“邻信道干扰”。

2.3.2  杂散干扰

主要是由于发射机器件非线性，在工作频带以外很宽范围内产生辐射信号分量，包括热噪声、谐波、寄生辐射等。

2.3.3 阻塞干扰

当强干扰信号进入接收机前端的低噪放大器时，由于低噪放大器的放大倍数是根据放大微弱信号所需要的整机增益来设定的，强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后，可能将放大器推入到非线性区。消除阻塞干扰，需要保证到达接收机输入端的强干扰信号功率不超过系统指标要求的阻塞电平。

2.4  干扰分析方法

在高频头与卫星设备间增加一个功分器或耦合器，分一路信号用于定量测量信号强度;使用频谱仪测试5G基站带外和带内干扰信号的大小，同时观察卫星电视设备侧误码率情况，通过同时测量空中信号频谱和卫星地球站接收端频谱波形分析干扰源及确定干扰强度。

3    干扰处理方法

3.1  干扰排查原则

（1）如果有多个干扰源，需优先排查阻塞干扰的干扰源。

（2）核查卫星接收机的LNA＼LNB是否符合《3 000～5 000 MHz频段第五代移动通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调管理办法》要求，如不符合则需更换高性能带通滤波高频头或增加滤波器。

（3）核查发射端带外抑制性能是否满足协议及工信部规范要求。

（4）如干扰未解决再通过射频设备工参调整等方法降低接收机噪声电平。

3.2  干扰解决方案

综上所述，NR基站对卫星地球站的干扰问题可从NR基站发射端、卫星地球站接收端、传播空间3个方向解决。

3.2.1  干扰解决方案1：NR基站发射端

总辐射功率（Total Radiated Power，TRP）包括邻道泄露和杂散等总体干扰情况。

对于3.7～4.2 G卫星台，接收带宽从3 725 MHz开始，通过提升NR基站3 725 MHz的带外TRP抑制指标，可以降低对卫星接收台的邻频干扰。提升TRP抑制可通过更换S-Filter（腔体滤波器）来解决，基于19 A3.7 G模块的S-Filter可以达到﹣47 dBm/MHz@20 M的要求，但目前还没有成熟的商用产品。

3.2.2  干扰解决方案2：FSS接收端

如果卫星地球站接收天线的高频头不满足接收范围3 700～4 200 MHz，可以通过在高频头前增加滤波器，或更换高性能滤波器高频头，提升卫星地面站接收端带外抑制能力，避免接收到带外的强信号导致带内低噪提升。

3.2.3  干擾解决方案3：传播空间

通过在卫星地球站周边加装金属隔离罩，单层可增加屏蔽效果20～30 dB。但一方面屏蔽网需定制且价格较高，另一方面部分天线可能不具备安装条件，方案实施限制较多，需依据实际场景选择物理隔离方案。

在满足通过调整覆盖需求的基础上，也可调整5G NR小区物理方位角、倾角、波束场景方案、功率等AAU工参，以降低对卫星地球站接收端的干扰电平。但降功率对AAU覆盖影响较大，建议功率调整不高于3 dB。

4    结语

（1）FSS地球站接收端接收频段范围包括联通使用的3.5～3.6 GHz时，必须在FSS地球站接收端增加滤波器过滤3.5～3.6 GHz频段以避免接收机饱和导致通带内底噪提升、信号失真。

（2）在FSS地球站接收机加装Norsat BPF-C-1（频率范围3.70～4.20 GHz）滤波器可有效解决联通NR基站对3.7～4.2 GHz频段的干扰。3.6～3.7 GHz频段之间杂散干扰可通过NR天馈工参调整、功率调整、波束调整、降低带宽、物理隔离、提高射频单元带外抑制等手段解决。

（3）广播电视卫星带内极限抗干扰能力为在12 dB，当卫星工作在3 650 M以上时，基站与卫星接收机空间最小耦合损耗（Minimum Coupling Loss，MCL）需要大于84 dB，非视距空间隔离约100 m。

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