5G 通信基站对邻频C 波段卫星地球站干扰的分析与处置研究

董金金

(新疆维吾尔自治区广播电视局七六〇六台,新疆 石河子 832000)

0 引言

信息技术的快速发展以及相关产业的不断转型升级,极大地促进了5G 技术的应用及发展。 现阶段,国家对5G 系统使用频率及工作频段进行了明确的规划,相应的频谱分配方案逐步得到实施和落实。 从目前的分配情况可以看出,在C 波段的标准频段及扩展频段中,5G系统存在着一定程度的干扰现象,所以如何解决5G 系统信号对邻频C 波段卫星地球站所造成的干扰,成为5G技术发展中亟待解决的问题。 首先,需要对5G 系统与应受保护地球站之间的距离范围以及影响因素等进行明确。 其次,对改善干扰的有效措施和建议进行探究和实践,并进一步细化和完善干扰协调程序,确保各相关单位明确协调工作分工及自身职责,充分了解双方协商补偿内容及原则,从而使5G 系统运行所引发的相关行业纷争得以有效解决,实现多方兼容共存,对5G 系统的可持续发展起到有力支撑作用。

1 5G 系统与C 波段卫星地球站共存状况分析

1.1 C 波段卫星下行接收系统

卫星下行接收系统由卫星馈源、接收天线、高频头、卫星接收机、功分器等构成,如图1 所示。

图1 卫星下行接收系统

首先,卫星转发的下行信号通过接收天线进行反射,并在天线焦点处进行汇聚,再利用馈源对所汇聚的信号进行馈送,由混频器、低噪声放大器、中频放大器及本振等组成的高频头能够对微弱卫星信号进行低噪声放大,并根据其具体种类决定中频信号范围。 同时高频头对电磁波干扰较为敏感,现阶段C 波段高频头工作频段通常处于3 400~4 200 MHz,同时其功率增益为60 dB 左右,高频头组成如图2 所示。 功率分配器能够对一路输入信号进行分配,使其能够采用两路或多路方式进行输出。 利用卫星接收机,能够对所接收的卫星信号进行解调,并对电视图像和伴音信号或数据信号进行输出[1]。

图2 高频头组成

1.2 干扰卫星信号的因素

卫星信号不可避免地会受到广电卫星传输系统运行环境及特点的影响,并受到外部环境如太空和地面等各种不可预见因素的干扰。 因此,需要对不同干扰因素的原理和表征进行分析,进而能够正确判断安全播出过程中的各种监测异态,及时制定相应的解决方案,保证卫星信号的上行播出效果。 另外,卫星信号受到的地面干扰主要包括地球站自身设备存在的杂波干扰、交叉极化干扰、电磁干扰以及互调干等;相邻信息干扰及邻星干扰的空间干扰;日凌、雨衰、卫星蚀以及电离层闪烁等的自然干扰。 恶意干扰则主要是不法分子的恶意破坏。 其中5G 通信基站所造成的信号干扰作为电磁干扰,属于地面干扰范畴,主要表现为受到侵入播出系统的干扰信号,或串入下行接收系统的干扰信息的影响,对上行信号造成干扰,或对卫星信号接收和监测造成不利影响。

1.3 5G 频率对C 波段卫星下行频率的影响

C 波段的卫星地球站中通常采用标准波段以及部分使用扩展频率,从现阶段分配频率范围可以看出,5G频谱会对卫星扩展C 波段下行频率造成同频干扰,尤其是中国电信和联通所使用的频段,现时也会对标准波段下行频率造成邻频干扰。 同时两个或多个信号因频率相同而导致存在同频干扰的现象,两个或多个信号因频率相近或相邻而导致信号之间产生邻频干扰,对5G 信号干扰进行分析时,需要对其中存在的同频干扰和邻频干扰加大研究力度。 另外,如滤波器性能无法充分发挥,会导致使用频率带宽侵入频率相近或相邻的信号,进而对频率造成干扰[2]。

1.4 5G 基站信号与C 波段卫星下行信号比较

在无线电通信领域中,等效全向辐射功率主要是指某个指定方向上地面站或卫星站的辐射功率。 随着C 波段卫星转发器辐射功率数值的不断加大,其到达地面的场强也不断提高,同时卫星下行信号从太空下行于地面接收点的途中,存在自由空间传输损耗。 以中国联通5G 基站为例,其带内发射功率系统带宽为100 MHz 时,其信号强度远超卫星下行信号强度,所以5G 信号会对卫星地面接收系统造成一定程度的干扰,卫星站需要采取有效措施缓解信号干扰现象。

1.5 信号干扰

在高频头工作频段内,5G 信号通过卫星接收天线侵入,会受其信号频谱的影响,使5G 信号与卫星下行信号混合,此混合信号通过LNB 变频及中频放大再由接收机接收。 因与5G 信号相比,卫星信号相对较弱,高强度5G 信号进入高频头扣,会导致工作状态饱和,造成阻塞干扰或饱和干扰现象,进而对其他C 频段正常信号的接收造成不利影响。 另外,当LNB 内的干扰信号功率超过一定数值后,会造成饱和干扰现象,同时电平输入过高也会造成卫星接收机中上述干扰现象。

1.6 卫星地球站上行业务受到5G 信号的影响

由于C 频段卫星上行频率与5G 信号之间不存在重叠,5G 信号也不会对其造成干扰和影响,通常受到影响的主要为卫星地球站的下行信号,同时不利于卫星地球站针对其上行信号播出情况进行下行监测和接收,同时对卫星广播电视上行播出安全造成间接影响[3]。

2 5G 信号对C 波段卫星地球站干扰排查的有效措施

以某地广播电视卫星地球站为例,它采用的主要为中星6A 的C 波段,并采用卫星广播电视数字收发专业设备及先进的卫星天线群,其中下行频率为3 700~4 200 MHz、上行频率为5 925~6 425 MHz。 另外,馈源主要包括一幅下行单收天线、五幅采用后馈方式的大口径上下行双向天线以及八幅采用前馈方式的单收天线。

2.1 5G 信号干扰

随着5G 基站建设力度的不断加大,为了切实保障卫星广播电视播出的安全性,需要对5G 通信信号加强关注,加强跟踪基站启动后对卫星接收频谱所造成的变化,确保5G 干扰现象得到及时发现和处理。 另外,在卫星接收系统监测的下行频谱图中存在极微弱的信号干扰,因干扰信号较弱,对卫星信号的正常接收未造成不利影响。 同时可以判断此类干扰信号极可能为5G 基站信号。

2.2 全方位搜索和检测5G 信号

为了全面了解和掌握C 波段地球站周围环境中的5G 信号,需要全方位搜索和检测周边信号情况。 同时结合实时频谱检测情况进行分析可以发现,对地球站信号造成干扰的主要来自中国电信和中国联通的5G信号,同时终端流量与频域中5G 信号分布密切相关。

2.3 排查卫星下行接收系统干扰

因C 波段卫星地球站下行频谱与中国联通的5G频谱接近,导致极易产生邻频干扰,所以卫星地球站可与运营商加强协商沟通,了解和掌握其周边基站的布局情况,同时要求其在测试工作中提供支持。 同时,在测试过程中,通过开启卫星地球站周边范围内5G 基站的方式,对卫星系统受到的最大干扰状况进行测试。 另外,因测试所采用的天线安装位置及离地高度存在差异,并且观测天线指向及范围也有所不同,导致观测结果缺乏可比性。 与小口径天线相比,大口径天线因指向性好、波束较窄等优势,在抗干扰能力方面效果更明显。

3 5G 信号对C 波段卫星地球站干扰的有效处置策略

现阶段我国相关部门与各大运营商对相关基站干扰协调实施方法进行了研究和制定,通过实施办法的试行,能够对运营企业和C 频段卫星接收站加强指导和规范,同时通过有效保护措施的应用,最大限度地减少广播电视相关系统所受到的5G 信号干扰。

在具体防护措施中,需要采用综合实施方式,最大限度地降低5G 信号进入C 频段卫星接收系统的信号强度。 首先,可采用C 频段滤波器加装的方式,此方式通过相关测试可以看出,虽简捷易行,但抗5G 干扰能力不足,因此需要在此基础上,有效组合一个或几个防护措施。 其他措施包括以下几种:采用带滤波功能的窄带高频头更换;L 频段滤波器加装;降低5G 基站发射功率,或更改5G 基站安装位置,或调整天线下倾角和最大辐射方向;加装卫星接收天线屏蔽网;更改卫星天线安装位置,或提高卫星天线的旁瓣指标[4]。

电视卫生地球站为了有效保障卫星广播电视播出的安全性,需要严格依照工信部及相关部门的要求,与卫星地球站卫星天线实际情况相结合,对保护情况进行报备;对卫星接收信号误码率、下行信号信噪比以及接收卫星频谱加强监测;与5G 运营商加强联系,了解和掌握相关干扰数据;结合基站实际情况,与生产商加强技术交流。

卫星地球站可与基站实际运行情况相结合,根据实际受干扰情况,按照干扰协调协议加装C 频段滤波器。 现阶段某电视卫星地球站除了两幅天线因安装位置不合适之外,其他12 幅天线进行了滤波器安装,在此基础上,对站内已加装了滤波器的各天线频谱进行观测,发现其中无干扰信号存在,呈现出良好的过滤效果,并且能够有效滤除处于3 700~4 200 MHz 的带外干扰信号[5]。 另外,对滤波器安装前后的卫星接收机信噪比值进行检查比较,能够发现安装滤波器后接收卫星信号误码率、电视节目画面等均未有异常状况出现,说明滤波器安装与防护要求相符合。

4 5G 信号干扰跟踪及抗干扰效果分析

完成上述处置措施后,在持续一段时间内,通过全面检测某电视卫星地球站的邻近5G 信号,对干扰信号的变化情况及验证抗干扰效果进行跟踪,可以记录和获得最新的5G 信号实时频谱。 同时从所得到的5G 信号实时频谱中可以看出,与采取有效防护措施前相比,中国电信5G 信号频谱有着明显的差异,而中国联通的5G 信号频谱没有明显变化。 另外,通过与5G 终端的有效连接,在5G 终端进行满负荷下载时,基站频率加大,导致5G 终端号功率大幅度加大,使干扰信号强度明显提升,而对电视卫星地球站的卫星接收系统频谱进行观察可以发现,其未存在明显干扰现象,则可以说明此电视卫星地球站初步解决了5G 信号干扰问题。

5 结语

目前,5G 技术的快速发展极大地推动了5G 系统的运营和发展,大幅度提高用户量和流量,加大了5G基站的发射功率,同时也加剧了对邻频C 波段卫星地球站所涉及频段的下行信号干扰问题。 因此需要跟踪观测卫星地球站实时频谱变化,结合实际情况,采用相应的解决处置对策,并对系统进行全面评估测试,如C频段滤波器加装后,抗5G 干扰效果不明显,则需要通过窄带高频头更换、L-Band 滤波器加装等措施的应用,进一步降低干扰现象。 另外,如果上述措施仍无法抵抗5G 信号干扰,可采用调整5G 系统辐射方向、降低5G 基站发射功率、更换基站位置等方式,有效消除卫星接收系统受到的干扰,对卫星广播电视播出安全予以有效保障。