C频段卫星通信抗5G干扰性能分析与改造效果评估

吴荣楠

（浙江省中波发射管理中心庆元广播转播台，浙江 丽水 323800）

0 引 言

自2019年6月以来，中华人民共和国工业和信息化部正式向中国电信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国联合网络通信集团有限公司以及中国广播电视网络有限公司4家移动互联运营商颁发5G牌照，并同期开始在各地建设5G信号网络[1]。由于中国广电采用C频段卫星信号的工作频段3.4～4.2 GHz，若采用5G通信时接收站接收到干扰功率不低于-60 dBm，会在接收站形成较强干扰而诱发故障。

为了有效应对干扰问题，提高接收站工作效能，工信部于2018年颁布了《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》（以下简称《办法》）。基于《办法》中对于参数设置和设备的管理要求，各运营商对受5G干扰影响的C频段卫星通信信号接收站均实施系统升级改造。因此，如何分析和评估接收站系统改造的抗干扰性能是值得深入研究的问题[2]。基于对5G干扰信号产生机理进行分析，深入探讨C频段卫星通信抗5G干扰的方法，并结合接收系统抗干扰改造实例评估，探析改进性能的方法措施。

1 C频段卫星通信抗5G干扰性能分析

1.1 干扰机理

C频段卫星通信接收系统受到的5G干扰信号，主要是因为低噪声下变频器和接收机2个系统设备端受到了信号扰动，影响了正常工作[3]。

1.1.1 高频头端受扰

高频头（Low Noise Block，LNB）的内部结构，如图1所示。它将卫星通信C频段信号进行接收、降噪、过滤、变频以及放大等处理，将原始信号转换为待用信号，即实现C频段到L频段的转换，其中L频段的工作频段为0.95～1.45 GHz[4]。从LNB的工作范围可以看出，5G信号处于核心频段，一旦接收站接收的5G信号强度大于-60 dBm，此时LNB工作就会受到干扰。

图1 LNB内部结构

1.1.2 接收机受扰

C频段卫星通信接收机的调谐机制可完成对接收信号（含5G信号）的降噪和功放等处理，系统的接收频段为0.95～2.15 GHz。5G信号经过LNB的处理输出后，工作频率基本为1.55～1.75 GHz。可以看出，接收机的滤波器组无法有效过滤干扰信号。实际工作中发现，当接收机受到LNB输出后的5G干扰达到一定强度后，接收机会出现严重的误码输出等问题[5]。

1.2 C频段卫星通信系统升级改造

为有效解决整个接收系统的5G干扰问题，结合干扰机理完成对LNB、C段以及L段高频滤波器组的升级改造，即利用最优降噪参数设计滤波器，有效隔离5G信号对卫星通信的扰动，满足C频段信号体系的正常工作，如图2所示[6]。

图2 卫星通信抗5G干扰功能设计图

1.2.1 C段高频滤波器组设计实现

为了隔绝干扰信号的影响，C段高频滤波器组设计将工作信号与干扰信号进行物理分离，输出有用信号的同时，提升接收机输出信噪比，如图3所示。当输出信号强度衰减超过3 dB时，滤波器中心频率点将作为滤波器的截止频率。一旦噪声和干扰信号的实际频率超出截止频率，滤波器组的阻带将能极大削弱此类信号。因此，在设计C段高频滤波器组工作参数时，先考虑将有用信号的工作频段范围处于阻带之外，将其他无用信号置于阻带内[7]。实际使用中，C段高频滤波器组以带阻滤波器设计为主。

图3 C段高频滤波器组

对于C段卫星通信信号接收站而言，系统会因LNB作用而完成实际信号的功率放大功能，同时相应提升干扰信号幅度。因为在实际工作中5G信号幅度大于卫星信号，所以在接收带宽范围内极易导致LNB出现饱和干扰，造成卫星信号接收机不能解析有用信号。为解决这一问题，系统需要在馈源与LNB间串接1组高频信号滤波器组，包括滤波器和相关组件（配套转接头和连接装置等）。馈源与LNB间有2组相对独立部分，通过串联满足电子工业协会（Electronic Industries Alliance，EIA）国际标准的BJ40接口实现分体连接，进而实现有用信号与无用信号间的分离，极大程度降低5G干扰信号对系统工作的影响。实际测试发现，通过滤波器对干扰信号的抑制，地面接收站实际接收的有用信号可以满足《办法》对信号的标准，即终端可以实现卫星信号的接收、解析以及使用。

1.2.2 窄带集成高频头设计实现

除了降低干扰信号影响外，还可以通过提升有用信号幅度的方法实现抗干扰，本质上同样是提高了卫星通信信号接收端的输出信噪比。窄带集成高频头即满足对卫星信号功率放大，同步减小因信道扰动造成的信号畸变。卫星一般含有24路信道。为了降低信道间信号传输时的串扰影响，单/双通道分体实施，异步传输水平/垂直极化波[8]。此时，窄带集成高频头凭借其具备的双轨道信号接收能力，能够实现24路卫星通信信号的接收，如图4所示。

图4 窄带集成高频头

该高频头作用于卫星高频信号端的前置部分，通过1.55 GHz和5.75 GHz这2组本振信号源实现对单/双通道信号的分离和放大等处理。输出端通过将卫星接收端2个相对独立极化波转换为0.95～1.55 GHz和1.55～2.15 GHz这2个带宽范围的工作信号，在功率放大的同时实现同一传输路径的异步重构，再通过分配器实时分离接收机抗干扰后的信号。

2 C频段卫星通信抗5G干扰系统评估

2.1 基本思路

为了精准评估分析抗干扰性能，系统测试应当将主用设备连接至卫星，利用频谱仪实时测量终端接收的实际信号幅度。选取信道中的5组信号进行加载，技术人员通过设备检测信号是否正常。信号加载过程中，需要确认是否存在异常，判断是否存在5G信号干扰。当信号出现扰动（延迟、丢帧以及卡顿等现象）时，可按顺序激活5组信号对应的接收站点进行干扰源分析和判断故障源（滤波器或LNB），排除故障后依据流程评估实际效果[9]。

2.2 主要内容

评估主要针对的是接收端的信号强度和输出端的信噪比。接收端的信号强度是长期演进技术网络（Long Term Evolution，LTE）的关键参数，代表接收信号功率的平均值。输出端的信噪比是有用信号与5G干扰信号的幅度比。

2.3 方法步骤

2.3.1 原馈源端

首先，频谱仪连接主卫星，并将备用卫星作为干扰信号判定使用；其次，参考《办法》模拟输入卫星下行信道5G信号干扰；最后，设置测试端工作频段，分别为3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。结果显示，在5G干扰满载前提下，实测馈源的输出功率为-33.45 dBm（剔除了信道衰减影响）。

2.3.2 安装C段高频滤波器组

首先，频谱仪连接分配矩阵，选取第1路信号作为测试信号；其次，参考《办法》模拟输入卫星下行信道5G信号干扰；最后，设置测试端工作频段，分别为3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。结果显示，在5G干扰满载前提下，实测安装C段高频滤波器组后的输出功率为-58.56 dBm（剔除了信道衰减影响）。

2.3.3 安装窄带集成高频头

首先，频谱仪连接分配矩阵，选取第3路信号作为测试信号；其次，参考《办法》模拟输入卫星下行信道5G信号干扰；最后，设置测试端工作频段，分别为3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。结果显示，在5G干扰满载前提下，实测安装窄带集成高频头后的输出功率为6.73 dBm（剔除了信道衰减影响）。

2.4 评估结果

在系统升级改造前，馈源的实际输出功率为-33.45 dBm。当采用C段高频滤波器组实现抗5G干扰措施时，可以大幅抑制干扰信号，馈源的实际输出功率达到-58.56 dBm，满足《办法》标准。当单独安装窄带集成高频头时，实测干扰信号强度为6.73 dBm，即此时接收站受到较强干扰[10]。强干扰条件下，干扰信号会从高频滤波器组与LNB结合部溢出阻带，因此此时高频头不能有效放大有用信号和抑制干扰信号。

3 结 论

通过对C频段卫星通信接收站抗5G干扰实例进行研究，探析抗干扰性能与改造效果。实际效果表明，抗干扰测试中仍然存在一系列问题，如滤波器参数设计不合理和高频头无法阻断干扰溢出等。针对存在的问题提出新的评估方法，为抗干扰措施提供参考和依据，以期有效降低5G信号干扰对系统接收站的影响。