5G基站对卫星地面站接收信号干扰的分析与处理

赵 慧

（江苏省淮安市洪泽区融媒体中心，江苏 淮安 223100）

0 引言

当C波段卫星信号受到较大干扰时，卫星接收业务将受到较大影响，使卫星广播电视信号接收业务无法正常工作。在接收中星6A卫星和中星6B卫星转发的广播电视接节目信号过程中，经常出现图像中出现马赛克甚至信号中断的情况，严重影响卫星广播电视信号的接收。工信部确定的国内电信运营商5G中低频段试验频率为：中国电信3 400 MHz～3 500 MHz，共100 MHz带宽；中国联通3 500 MHz～3 600 MHz，共 100 MHz带宽。卫星接收业务使用3 400 MHz～4 200 MHz频谱，5G中低频段试验业务对卫星接收业务产生的干扰类型有：（1）同频干扰。对工作频率3 400 MHz～3 600 MHz的卫星接收系统造成同频干扰；（2）邻频干扰。对工作频率 3 600 MHz～4 200 MHz的卫星接收业务产生邻频干扰；（3）阻塞干扰。由于卫星信号到达地面时，信号强度十分微弱，受到接收频率附近相对较强的5G信号干扰，导致卫星接收高频头LNB饱和而阻塞接收信号，必须考虑采取综合技术措施加以解决[2]。

1 卫星接收系统特性

卫星广播电视接收系统由接收天线、馈源、高频头LNB和第一中频电缆组成。高频头是在整个卫星广播电视接收系统中的最前端设备。它由低噪声放大器（LNA）、本振和混频器及第一中频放大电路组成。高频头一有源器件，其内部的低噪声高频放大器（LNA）和天馈系统一起安装在室外并通过第一中频电缆送到室内卫星接收机。C波段高频头LNB使用的本振频率一般都是5 150 MHz，扩展C波段高频头接收频率范围为3 400 MHz～4 200 MHz（即宽带高频头）。低噪声放大器（LNA）、本振、混频器等电路组成低噪声下变频组件（LNB）。当高频头的本振频率高于接收信号频率时，称为高本振，反之，当高频头的本振频率高于接收信号频率时，称为低本振。高频头作用是将所有同极化方向的C波段卫星接收信号进行放大，并变频为L波段950 MHz～ 1 750 MHz信号，输出卫星接收机[3]。

卫星接收机的参考输入电平范围是-65 dBm～-25 dBm，输入电平太高会造成卫星接收机产生非线性失真或阻塞干扰。根据国际电联ITU-RS.2199-0报告，当进入卫星地面站的干扰信号总功率超过-60 dBm时，高频头LNB将产生饱和干扰，引起卫星接收系统无法正常工作。经测试，接收正常卫星信号时天线馈源输出的载波功率约为-120 dBm，通过低噪声放大器（LNA）及第一中频放大器的放大，输出载波功率约-65 dBm～-25 dBm，卫星接收机工作正常。当有较大的5G干扰信号时高频头的输出载波功率大于-25 dBm时，使接收机工作在非线性状态甚至饱和状态，造成接收信号失真、中断。卫星接收机的输入电平应参考输入电平范围之内，若输入信号电平过大，则在接收机将产生非线性失真、饱和，造成图像出现马赛克甚至无信号，失真程度的大小随干扰信号的增强而增大。

如果5G通信信号频段在卫星接收高频头的工作频段内，5G通信信号就有可能经卫星接收天线、馈源与卫星信号一起送入高频头，变换为第一中频经电缆进入卫星接收机。在进入卫星接收高频头5G信号达到一定大小后，将引起LNA/LNB或接收机放大电路工作在非线性状态甚至饱和状态。

2 干扰源确定及其干扰产生的原因分析

2.1 C波段信号干扰源的确定

使用扩展C波段高频头（接收频率范围为3 400 MHz～ 4 200 MHz）的卫星接收系统，在出现干扰现象时，用频谱仪对C波段信号的第一中频信号频谱进行了分析。第一中频信号的计算公式为：第一中频信号的频率=本振频率 （5 150 MHz）－高频头接收频率。

用频谱分析仪对比有干扰和无干扰时的第一中频信号频谱，当有干扰时，发现各种极化方向都检测到第一中频信号频率1.6 MHz处出现一个接收功率约为-20 dBm、宽度约100 MHz的干扰信号，经第一中频信号的频率计算公式得到扩展C波段高频头接收到的信号频率为3 500 MHz～ 3 600 MHz，其频率范围与5G通信频率范围一致。

2.2 干扰源5G通信基站的分析

5G通信基站对卫星接收业务的干扰主要考虑同频干扰和邻频干扰。决定干扰的程度主要因素有：卫星接收天线的仰角、5G通信基站与卫星接收天线相对位置、卫星接收天线接收到的5G信号的总干扰功率等。在单个5G通信基站对卫星接收天线的干扰模型中，O为卫星接收天线位置，OP为卫星接收天线主轴方向，A为5G通信基站发射天线位置，AO为5G通信基站发射机对卫星接收天线的干扰电波的主瓣方向；α为卫星接收天线的仰角；φ为干扰电波的主瓣方向与卫星接收天线的主瓣方向的空间离轴角。

当考虑一个 5G 通信基站产生的干扰时，卫星接收天线接收到的干扰信号的功率计算式如下：

其中，IIMT为卫星接收机输入端接收到的1 MHz带宽内的干扰功率（dBm），PIMT为5G通信基站每兆赫带宽的发射功率（dBm），GIMT（γ，β）为5G通信基站的发射天线增益（dB），GFFS（φ）为卫星接收天线增益（dB），L（f，d）为大范围的路径损耗（dB），CL（d）为周围物体的散射损耗（dB），ACLR为相邻频道泄露功率比（dB）。5G通信基站对卫星接收天线的总干扰计算式如下：

其中，Iagg为卫星接收机输入端的总干扰功率谱密度(dBm/MHz)，In 为第n个 5G 通信基站对卫星接收天线的干扰功率谱密度(dBm/MHz)。

式中：LF—自由空间传播耗损；d—传输距离；λ—传播波长。

根据上式可得出，信号在自由空间传播损耗与传输距离的平方成正比，因此C波段卫星天线接收到的5G通信基站干扰信号功率谱密度远比卫星电视节目信号功率谱密度大很多，应避免5G基站干扰信号进入卫星天线高频头（LNB）。在6A、6B天线高频头（LNB）前端加装滤波器（频率范围3 700 MHz～4 200 MHz）后，频率范围在 3700 MHz～4200 MHz，电视节目可正常接收。消除了频率范围3 400 MHz～3 700 MHz的信号的5G 通信基站所产生的阻塞干扰。

3 技术措施

为避免干扰发生采取的技术措施主要有：

（1）使用标准C波段高频头（接收频率范围为 3 700 MHz～4 200 MHz）。更换扩展C波段高频头（接收频率范围为3 400 MHz～4 200 MHz），使用标准C波段高频头（接收频率范围为3 700 MHz～4 200 MHz），滤除频率范围3 400 MHz～3700 MHz的信号。

（2）扩展C波段高频头（接收频率范围为3 400 MHz～ 4 200 MHz）前端加装滤波器（频率范围3 700 MHz～ 4 200 MHz）。

（3）提高5G通信基站的ACLR（相邻频道泄露功率比），ACLR是指发射有用信号的信道的平均功率与相邻信道上辐射的平均功率的比值。采用外加波导滤波器，降低5G通信基站在相邻信道上辐射的平均功率。减小5G通信基站产生的邻频干扰强度。

（4）5G通信基站使用MIMO（多输入多输出）天线技术，通过波束赋形技术调整5G通信基站天线的电波辐射方向，在特定目标方向上增益最大，形成方向性极强的电波辐射主瓣，在卫星接收天线方向增益最小。5G通信基站天线的最大发射增益方向避开卫星接收天线的主瓣方向，尽可能增大5G通信基站天线干扰方向与卫星接收天线的主瓣方向离轴角，也可调整5G通信基站位置。

（5）在卫星接收天线方面，主要是加装屏蔽网，屏蔽天线主瓣方向之外的干扰信号，尽量使天线只接收到天线主瓣方向卫星信号。根据所需要屏蔽信号的波长范围选择使用不同直径的金属屏蔽网，要求直径必须要小于所要接收卫星信号波长的1/4。加装屏蔽网在减少5G通信基站干扰信号同时，也会对所接收卫星信号有一定的影响。

（6）5G基站与卫星地面站同区域同频部署时，基站对卫星地面站的干扰较大需合理确定保护距离。

4 结语

本文主要探究了5G系统基站与卫星电视接收站同频和邻频部署时存在的邻频干扰、阻塞干扰问题，提出一些技术措施减小这些干扰，降低5G通信基站对卫星接收系统的干扰，在开展5G通信业务的同时，做好卫星电视信号接收工作。