5G基站對衛星地球站的干擾分析

+池秀清（山西廣播電視臺衛星傳輸中心）

引言

隨著時代的發展，以信息技術為代表的科技和產業正在逐步升級，2017年11月25日，工信部正式發布了《關于5G通訊系統使用3300MHz～3600MHz和4800MHz～5000MHz頻段相關事宜的通知》，劃定了5 G系統可用頻率。衛星地球站下行頻率主要使用標準C波段3700MHz～4200MHz，也有部分衛星業務頻率使用擴展C波段3400MHz～3700MHz,這樣5G系統使用的頻率與衛星C波段下行頻段3400MHz～4200MHz內的部分頻率重疊，將對衛星廣播電視信號的正常接收造成干擾，必須考慮采取技術措施認真加以應對。

1.干擾原因分析

中國移動獲得了5 G 頻譜的兩段即2515MHz～2675MHz、4800MHz～4900MHz，中國電信獲得5G頻率是3400MHz～3500MHz，中國聯通5G頻率是3500MHz～3600MHz。從以上分配的5G頻率范圍來看，中國電信和中國聯通的5G頻譜對衛星擴展C波段下行頻率3400MHz～3600MHz會形成同頻干擾，5G頻率與C波段下行頻率3700MHz～4200MHz接近，容易產生鄰頻干擾（如圖1所示）。

1.1 衛星接收系統特性

圖1 衛星接收系統受5G干擾類型示意圖

圖2 LNB組成框圖

地面衛星接收系統主要由接收天線、高頻頭、高頻同軸電纜、功分器和衛星接收機組成。國內常用的C 波段高頻頭工作頻段在3400MHz～4200MHz,它由低噪聲放大器、混頻器、本振、中頻放大器等電路組成(如圖2所示)，其中低噪聲放大器簡稱LNA,混頻器、本振等電路組成低噪聲變頻器簡稱LNB,高頻頭總功率增益約為60dB，它的作用是將C波段衛星下行信號進行放大，并下變頻為L波段950MHz～1750MHz信號，輸入至室內單元衛星接收機。5G信號頻譜在衛星接收系統高頻頭的工作頻段內，經過衛星接收天線進入高頻頭的信號有衛星下行信號和5G信號，并且經過LNB變頻及中頻放大后的5G信號與衛星下行信號一起送至接收機。接收系統能否受到5G信號干擾，主要看LNA/LNB或接收機內部放大電路是否工作在線性區。依據國際電聯ITU-R S.2199-0報告，當進入衛星接收站的干擾信號總功率超過-60dBm時，低噪聲變頻放大器LNB將產生飽和干擾。根據廣播電視行業標準《GY/T 148-2000 衛星數字電視接收機技術要求》，衛星接收機的輸入電平適應范圍是：-65dBm～-30dBm，過高的輸入電平可能導致衛星接收機產生飽和干擾或阻塞干擾。經測試正常接收的衛星信號在天線饋源輸出的載波功率約為-120dBW，微弱的信號通過低噪聲放大器及第一中頻放大器的放大，其輸出端的載波功率約為-25dBm,接收機能正常工作。當有5G信號干擾且干擾電平幅度較大時高頻頭的輸出可達到0dBm，使接收機“死機”，造成接收信號中斷。衛星接收機的輸入電平應該在接收機規定的指標范圍之內，若輸入信號過強，則在接收機內部會產生較大的非線性失真，引起電視圖像出現馬賽克甚至黑屏，進入接收系統干擾信號的強弱決定干擾程度的大小。

1.2 衛星C波段下行信號分析

衛星地球站用較大的功率將節目信號發送至衛星，經衛星轉發器處理后再經過約35786公里下行到達地面，供地面接收。

衡量衛星向地面輻射能力的重要參數EIRP代表衛星發送功率和天線增益的綜合性能。衛星的EIRP值指衛星發射天線出發口的數值，一般約為40dBW/36MHz，該數值由衛星公司提供。衛星的等效全向輻射功率越高，到達地面的場強越強。衛星下行信號從太空到達地面接收點的途徑中存在傳輸損耗，用L0表示：

λ 指傳輸信號的波長，d 代表信號傳輸距離。地球上任何一個接收點到同步衛星的距離在35786Km～41678Km之間,C波段下行頻率取4 GHz，代入上式得到自由空間傳播損耗的取值范圍：L0=196.2±0.67dB,工程上一般取196.2dB(即下行信號經發射天線到達地面的功率要損耗約196dB)，衛星信號到達地面的功率密度約為-121.8 dBm/100MHz。

1.3 5G基站信號與衛星下行信號比較

以頻率為3500MHz～3600MHz的中國聯通5G基站為例，系統帶寬100MHz，發射系統為AAU設備的基站，3600MHz～3700MHz頻段內最大無用輻射功率譜密度-26dBm/MHz，在3700 MHz～4200MHz頻段內的最大無用輻射功率譜密度為-47 dBm/MHz,MIMO5G天線矩陣的最大增益25dB，5G基站線性區最大輸出功率53dBmW，即EIRP理論可達到78dBmW/100MHz。可以看出5G信號強度遠大于衛星下行信號強度，地面接收系統需采取其它應對措施抵抗5G信號的干擾。

1.4 地球站受5G基站干擾案例

2019年9月中旬，我地球站播出的山西衛視節目，監測系統告警，A天線接收電視圖像不時出現“馬賽克”或“黑屏”的現象，觀察碼流分析儀接收誤碼率升高，抗干擾功率自動增益系統A天線接收信噪比降低且不時超出下限值甚至降到零（如圖3所示），此時我站上行發射功率正常，頻譜儀L波段下行信號在1550MHz～1650MHz頻段載波電平很高，此頻段為聯通3.5GHz～3.6GHz頻段5G信號經LNB變頻后的頻率，分析干擾源來自聯通5 G 基站，與聯通運營商協調，對方稱他們正在調試我站周邊的5G基站，隨即聯通5G基站將功率降低，以上干擾現象得到緩解，在聯通運營商配合下暫停測試將基站關閉，上述干擾現象消失。分析造成5G信號干擾我站下行接收的原因是：盡管所接收衛星下行信號不與5G信號重疊，但由于5G基站測試時將發射功率一度加至接近滿載，以及5G基站帶外衰減指標不佳，影響地球站接收正常節目信號信噪比下降，引起接收碼流誤碼率升高，使接收系統無法正常解調，接收圖像出現馬賽克，甚至電平幅度太高的5G信號進入LNA/LNB使其飽和，引起接收信號中斷導致接收監視黑屏。

為避免以上干擾現象的發生，我站將此接收系統進行了改造，在接收天線饋源輸出端與高頻頭之間加裝了窄帶濾波器，有效地抑制了帶外5G干擾信號，改造完成后經過測試，該濾波器對5G信號的抑制度≥55dB,接收系統的Eb/N0劣化0.7dB,滿足系統性能要求。另外為了將5G干擾信號降到最小，協調聯通運營商在其5G基站功率輸出與發射天線間加裝了帶通濾波器，使我站電磁環境得到了更好的改善。

以上分析了衛星接收系統的特點，經過對5G基站信號與衛星C波段下行信號比較，以及地球站接收系統受5G干擾的案例，可知采取頻率隔離等方法能抵御5G信號的干擾 。

2.抗5G干擾措施

結合我地球站接收系統抗5G干擾改造實踐，在天線饋源口輸出及低噪聲放大器LNA或低噪聲變頻器LNB之間，加裝抗5G干擾的窄帶帶通濾波器，效果很好。工作頻率在3700MHz～4200MHz的帶通濾波器能有效濾除3.7GHz～4.2GHz的帶外干擾信號，可使射頻信號在高頻頭下變頻前起到抑制5G信號的作用。

另外在5G干擾電平較大的情況下，可加裝窄帶濾波器與更換窄帶高頻頭組合、或加裝屏蔽網以及選用旁瓣特性好的接收天線等抑制5G信號的干擾。

3.結束語

5G系統已經正式開始運營，隨著用戶的增多，5G基站的發射功率會不同程度增大，今后C波段下行信號受5G干擾的問題會更加嚴峻。衛星地球站要根據具體情況，系統全面地對改造設施進行評估測試，將5G信號可能帶來的干擾降至最低，確保衛星廣播電視信號安全暢通。

圖3 衛星地球受5G信號干擾接收載噪比降低