鞍山电台播控中心抗5G干扰卫星天线改造设计与实施

◎刘 明

(鞍山市新闻传媒中心，辽宁 鞍山 114000)

随着5G 在全国各地的正式商用，各个台站也暴露出一些问题，那就是对C 波段广播下行信号的干扰问题。自2020年12月以来，当附近开通5G 基站后，就出现了接收问题，鞍山电台卫星接收机接收的C 波段信号受到了严重的干扰，尤其是接收中星6B 的垂直极化节目的信号首先受到影响，出现马赛克、卡顿以及卫星信号无法锁定的情况，接着中星6B 的水平极化节目也受到了影响，严重威胁到央视多套节目的转播安全。

广播卫星下行工作在标准C 波段，其频率范围为3 700—4 200MHz，此外还有扩展C 波段下行频率为 3.4—3.7GHz，但该频段已与现有分配给5G 的工作频率产生冲突，因为目前我国分配给三大运营商的5G 频率范围大体是这样的：中国电信为3.4—3.5GHz，共100MHz 带宽；中国联通为3.5—3.6GHz，共100MHz 带宽；中国移动为2.515—2.675GHz 和4.8—4.9GHz，共260MHz 带宽。从频率的分布情况可以看出，中国移动的5G 频率由于距离3 700—4 200MHz 这个频段较远，对C 波段卫星下行信号的接收影响较小，中国电信和中国联通的5G 频率对C 波段卫星下行信号的接收产生了较大的影响，特别是中国联通的5G 频率。

一、抗5G干扰卫星天线改造的重要意义

在5G 通信的发展中，频谱作为一种有限的战略资源发挥着举足轻重的作用。2017年底，工业和信息化部明确规定5G 系统工作频段分别为3 300MHz—3 400MHz(室内)、3 400MHz—3 600MHz 和4 800MHz—5 000MHz。而广播电台在C 波段卫星接收节目(C 波段下行频率为3 625MHz—4 200MHz)，分为垂直极化和水平极化。在实际工作中发现，5G 信号对卫星接收信号有干扰而且是可变的，不但有受垂直极化接收影响而水平极化接收信号正常的，也有一些受到在水平和垂直偏振方向上接收到的信号的不同程度的影响。邻频干扰信号对不同C 波段频率的干扰是不同的。为了实现5G 基站信号与其他无线电业务系统的兼容共存，避免5G 基站干扰造成的广播电视中断，促进5G 通信的快速部署和健康发展，广电总局、中国联通、中国电信联合发布《C 波段广播电视卫星接收站与5G 基站干扰协调实施办法(试行)》，指导和规范5G 基站与C 波段广播电视卫星的安装、使用采取有效措施，保护C 波段广播电视卫星接收站不受5G 基站的干扰。根据文件精神，充分考虑到5G 发射端改造相当困难(可能影响用户5G 接收)，我们主要从卫星接收端出发，采用安装C 波段滤波器和集成高频头来解决5G 干扰问题。

随着5 G 通信牌照的正式发放，5G 通信即将开始大规模商用，越来越多的城市开始大规模建设5G 通信基站，各大运营商也加紧布局大城市中心城区的站点设置，随之而来的5 G 通信基站信号干扰卫星地球站C 波段信号接收的情况会越来越普遍。三大运营商在全国30 个省份、50 多个城市启动了5G 网络的部署和测试，我国5G 建设规模已锁定世界第一。截至2022年7月，三大运营商已建成5G 基站3.8 万个，根据规划到年底将建成13 万个。由于5 G 信号频率与部分地球站C 波段频率重叠，卫星地球站C 波段下行信号较易受到同频信号不同程度的干扰。5G 通信基站对C 波段卫星讯号干扰是非常严重的问题，希望行业人士共同努力，摸索制定一套行之有效的解决方案。

二、解决5G 干扰问题的技术原理

若无法通过调整C 波段卫星信号的下行频率实现抗干扰，则需要通过安装带通滤波器，达到屏蔽5G 信号的目的。带通滤波器具有过滤杂波、屏蔽带外干扰的功能，带通滤波器的工作频率为3 700—4 200MHz，与C 波段卫星信号的下行频率、5G 信号的工作频率相同，因而可适配C 波段卫星信号的传输需要。在将带通滤波器引入到C 波段卫星信号传输以后，即可发挥带通滤波器在屏蔽带外干扰方面的优势，抑制5G 信号对C 波段卫星信号所造成的干扰。鞍山电台使用的京信通信带通滤波器是型号为FP-V500-OW05 的一体化高频头，这款集成的高频头功能较为强大，能够发挥带通滤波器在降低混谐波方面的作用，以有效抑制5G 信号对C波段卫星信号造成的不良影响。带通滤波器的使用固然能够起到较好的抗干扰作用，但是带通滤波器会降低C 波段卫星信号的C/N 值，因而当C 波段卫星信号的功率不高时，需要通过加大C 波段卫星信号功率，才能够使带通滤波器发挥出较好的作用。

(一)安装C 波段滤波器

滤波器作为频率选择装置，可以将有用信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性能和信噪比；滤除噪声的频率成分，提高分析精度；分离单频分量和复频分量。滤波器插入损耗大于3dB 的频率点称为滤波器截止频率。当频率超过截止频率时，滤波器将进入阻带。在阻带中，干扰信号将被极大削减。根据有效信号的带宽，截止频率应大于信号的带宽，以保证有用信号不被削减；根据干扰信号的频率，干扰频率应落在滤波器的阻带内；根据滤波器的选频功能，分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。低通滤波器和高通滤波器是滤波器最基本的两种形式，其他滤波器可分为这两种类型。例如，低通滤波器和高通滤波器串联用于带通滤波器，低通滤波器和高通滤波器并联用于带阻滤波器等。

对于接收C 波段信号的卫星地面站，LNB 的工作频率一般为3.4GHz—4.2GHz，卫星天线接收到的5G 信号也会被LNB 放大。由于5G 信号强度远大于卫星信号强度，容易造成LNB 功率饱和导致接收机无法解调。因此，我们在feed和LNB 之间增加了一个分离滤波器，对3.4GHz—3.7GHz 频段的5G 信号进行滤波。广播电视地面接收站通过滤波和抗饱和措施，可以消除或防止5G 信号的干扰。5G 基站信号对地球站的干扰被抑制后，地球站接收到的信号能满足GY/T148-2000《卫星数字电视接收机技术要求》的要求，并能满足鞍山台正常接收卫星信号的要求。C 波段卫星地球站滤波设备包括C 波段抗干扰卫星滤波器，配套的固定螺栓、螺母、转接弯头等安装附件。分体式高频头与馈线之间有两个独立的部分，通过EIA 国际标准接口BJ40 接口连接。为了解决分裂型卫星的干扰问题，需要在高频头和馈源之间串联一个具有BJ40 接口的抗干扰滤波器。由于安装空间有限，需要在回馈双极化卫星地面站安装C 波段直角波导移相器。参考国家广电总局规划院发布的C 波段滤波器测试结果，设计C 波段滤波器的主要技术指标。

(二)滤波器集成高频头

高频头的作用是放大微弱的卫星信号，处理因传输不稳定引起的信号变形和干扰。每颗卫星通常有24 个频道。为了充分利用这些通道，避免相邻通道之间的相互干扰，通常采用单通道和双通道分开的方式来传输不同极化方式的电磁波。因此，用于卫星地面接收的高频头(LNB)必须具有接收双极化电磁波的能力，才能接收全部24 个频道的节目。

C 波段双极双本振单输出高频头主要用于卫星中频分配系统。采用5 150MHz 和5 750MHz 的本振频率分别对H、V 偏振信号进行处理。将3.6GHz—4.2GHz 范围内的两个极化信号分别转换成950MHz—1 550MHz 和1 550MHz—2 150MHz 的非重叠中频频率，这样就可以在同一馈线上实现传输，接收机可以同时接收两个极化信号。这样，高频头可以通过功分器向多个接收机提供无干扰接收(见图1)。

图1 卫星天线加载滤波器原理图

滤波器一体化是指将高频头和馈源两部分集成为一个整体来处理干扰问题，采用滤波器集成高频头(高频头LNB/LNA+ 滤波器)和分路馈电取代原有设备。由于广播电视地面站的C 波段接收机通常通过L 波段信号线串并联使用，应根据《C 波段广播电视卫星接收站与5G 基站干扰协调实施办法(试行)》来操作，从而避免5G 信号经变频后电平过高，造成接收机输入饱和。

三、5G抗干扰实践过程

在排查和处理5G 干扰的过程中，为卫星天线加装抗5G干扰带通滤波器一体化高频头。在实践中，集成滤波器一体化高频头能够具有屏蔽带外干扰的功能，且其群延迟、插损相对较低，工作频带处于3 700—4 200MHz，因此在处理C波段卫星接收受 5G 干扰方面有极强的优势，可以完成对强带外干扰(5G 信号所引起的)的有效抑制。对比5G 信号和C 波段卫星信号的频带范围能够了解到，二者势必存在干扰问题，特别是会对电视广播信号产生较大的干扰。因此，引入一定的抗干扰装置，或是落实抗干扰措施是必然选择。在卫星滤波器的支持下，当射频信号进入高频头下变频之前，由于 5G 信号所引发的带外干扰得以控制，从而大幅降低了混频谐波干扰的发生概率。

(一)C 波段5G 卫星接收受5G 干扰的常见排查方法

对系统内部进行排查的实际情况表明，5G 可能会对C波段信号产生干扰。在这样的干扰排查中，相关人员需要观察图像信息，或是使用频谱仪完成干扰频率的检测。当观察到干扰情况后，相关人员需要立即对系统内部展开全面排查，检查区域为除高频头之下变频之后的整个系统，包括功分器、供电器等。在此基础上，可以引入相关干扰，以此确定C 波段信号和高频头实际受到的干扰情况。

对干扰源进行猜测，在受到干扰之后发现，干扰的情况持续了很长时间，而且带来的影响也很大。为了可以更加全面地了解天线平台受到的干扰情况，可以对在正常播出中影响比较严重的频点进行记录，了解其干扰的状况。经过观察，就可以发现一部分C 波段信号受到的影响是非常大的，在低楼层受到的干扰会比高楼层更加严重。在观测天线频率的时候，可以看出会用的频率属于五千二兆赫的宽带高频头，这个高频头的接收范围是三千四兆赫到四千二兆赫，然后使用频谱仪来对高频头下的信号进行观察。我们主要对使用频率较多的C 波段信号的中星6B 和中星6D 卫星安装改造滤波器和高频头后的实际使用效果进行了评估。

(二)改造思路

电台卫星接收分为主用卫星信号和备用卫星信号。卫星接收机主要有电平强度和信号质量两个指标，我们主要观察信号质量。测试开始时，将滤波器接到主用卫星接收高频头上，观察记录下主用卫星接收机的电平强度和信号质量。然后将滤波器接到备用卫星接收高频头上，观察记录下备用卫星接收机的电平强度和信号质量。再将卫星接收天线上的高频头取下，将滤波器集成高频头换上，然后重复上述动作；在每次的测试中，观察记录主用和备用卫星接收机的电平强度和信号质量。同时，监听转播信号声音是否清晰正常，并且与联通电信通信公司联系，调整5G 基站信号强度，测试抗干扰边界情况和确定干扰源。问题解决后，根据试验方案流程对效果进行评价。

(三)改造步骤

第一步：将原来没有加滤波器的卫星接收机电平强度和信号质量进行记录，分别是电平强度90、信号质量68。转播信号连续卡顿甚至偶尔失去锁定。

第二步：分别给主备卫星接收天线的高频头加装滤波器，再重新观察记录卫星接收机的指标，分别是电平强度90 左右、信号质量75 左右。卫星转播信号偶尔卡顿。

第三步：分别将主备卫星接收天线高频头取下，安装滤波器高频头一体机，再重新观察记录卫星接收机的指标，分别是电平强度90 左右、信号质量80 左右。卫星转播信号正常，偶尔因干扰信号其质量掉到78 左右，转播信号还是可以接收的。

(四)现场效果

通过实际测试，滤波器确实可以提高卫星接收信号的质量，而且集成的一体机效果更好。还有就是卫星接收机的电平强度不受干扰影响，信号质量必须达到80 以上，才能有足够的余量，在通信公司的5G 干扰功率加大时仍然可以正常接收卫星信号(见图2)。

图2 信号质量提高后卫星接收机效果图

四、结语

卫星接收系统采用滤波集成高频头改造后，5G 基站的干扰能得到明显的屏蔽，干扰信号能得到很大的抑制，卫星机能够正常接收和使用卫星信号。鞍山广播电台接收卫星信号能够稳定正常使用，使转播中央台的节目得到了保障。在日常和国家重大时刻，电台转播报道具有传统媒体的独特地位，发挥专业传播优势，达到网络直播难以企及的效果。在5G 通信的快速发展形势下，鞍山广播电台依然能够克服困难、解决问题，把中央的声音传播到千家万户。