5G NR信號對衛星地球站干擾解決方法

何棱

摘 要：文章主要研究營運商部署5G系統基站對現有的FSS地球站接收信號造成的干擾問題，研究干擾產生的原理及相關解決方案。以中國聯通為例開展研究分析，為營運商后續在FSS地球站周邊部署5G提供解決思路。

關鍵詞：5G;衛星地球站;鄰頻干擾;阻塞干擾;FSS

1? ? 研究背景

當前中國C-Band頻譜中，3.4～4.2 GHz為廣電和衛通的固定衛星地球接收站使用。如中國電信和聯通第五代移動通信（The Fifth Generation Mobile Communication，5G）系統使用的3.4～3.6 GHz頻段，與廣電使用的衛星頻段有重疊和相鄰的部分。其中C頻段與擴展C頻段（3 400～4 200 MHz）一直是我國和亞洲地區衛星通信產業的傳統核心頻段。目前廣東衛星實際工作頻段在部分轉發器使用到3 580～4 200 MHz，主流頻段3 640～4 200 MHz。工信部明確衛星在3.5 GHz無法實現清頻，3.5 GHz頻段的5G系統必將與衛星的C波段長期共存。根據工信部《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛星地球站等無線電臺（站）干擾協調管理辦法》，運營商部署的5G NR基站對現有3 300～4 200 MHz衛星地球站產生有害干擾時，需在規定的干擾協調區域內與設置、使用衛星地球站、固定業務臺（站）和射電天文臺的相關單位及用戶協調解決干擾問題，才能啟用5G NR站。在后續各營運商5G網絡規模建設部署工作中，5G NR站對衛星地球站的干擾是運營商必須解決的問題。

2? ? 干擾場景及分析

2.1 干擾場景

由于擴展C頻段是我國固定衛星業務的下行頻段，所以5G系統與FSS系統的干擾主要有以下4種。

（1）NR基站對FSS地球站的干擾。

（2）NR終端對FSS地球站的干擾。

（3）衛星固定業務（Fixed Satellite Service，FSS）衛星對5G基站的干擾。

（4）FSS衛星對5G用戶的干擾。

因目前NR終端未商用，且FSS衛星信號到地面后對5G基站和5G用戶的干擾幾乎可以忽略，文章主要研究5G基站對FSS地球站的干擾場景。

2.2? 干擾模型

多NR基站模型：3.5 GHz頻段上的5G系統主要用于廣域覆蓋，故3.5 GHz頻段上5G系統基站均采用三扇區宏站、蜂窩組網。研究干擾時，5G NR基站與FSS地球站部署在同一地理區域，假設存在一個FSS地球站，5G系統NR基站呈環狀部署在地球站周圍，其共存拓撲模型。

單NR基站模型：單個5G系統基站發射機對FSS地球站的干擾模型。

2.2.1? NR基站射頻設備

5G系統使用大規模多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple，MIMO）天線，大規模MIMO天線利用其波束賦形技術可以形成方向性極強的窄波束，從而在目標方向波束增益最大，而在干擾和無用方向產生零陷，增益最小。

對于使用帶寬100 M的5G系統NR射頻設備雜散要求如下：按3GPP 38.104 6.6.5章節定義，基站在3 640 M以上帶外雜散必須小于﹣21 dBm/MHz@TRP;同時按國家無線電管理局要求，基站在3 650～3 700 M帶外雜散需滿足﹣26 dBm/MHz@TRP，3 700 M以上雜散需滿足﹣47 dBm/M@TRP。

聯通初部署室外宏站使用的NR系統華為射頻設備AAU5613，滿足以上協議與規范的指標要求。

2.2.2? FSS地球站接收機

天線接收衛星電磁信號，反射到高頻頭，高頻頭再傳到主機，主機把電磁信號轉換成普通的電視信號或視頻、音頻信號。

2.3? 干擾分類

5G NR與C-Band衛星地球站之間主要存在3種干擾：鄰道干擾、阻塞干擾、雜散干擾。

2.3.1? 鄰道干擾

鄰道干擾指相鄰或鄰近的信道之間的干擾，又稱“鄰信道干擾”。

2.3.2? 雜散干擾

主要是由于發射機器件非線性，在工作頻帶以外很寬范圍內產生輻射信號分量，包括熱噪聲、諧波、寄生輻射等。

2.3.3 阻塞干擾

當強干擾信號進入接收機前端的低噪放大器時，由于低噪放大器的放大倍數是根據放大微弱信號所需要的整機增益來設定的，強干擾信號電平在超出放大器的輸入動態范圍后，可能將放大器推入到非線性區。消除阻塞干擾，需要保證到達接收機輸入端的強干擾信號功率不超過系統指標要求的阻塞電平。

2.4? 干擾分析方法

在高頻頭與衛星設備間增加一個功分器或耦合器，分一路信號用于定量測量信號強度;使用頻譜儀測試5G基站帶外和帶內干擾信號的大小，同時觀察衛星電視設備側誤碼率情況，通過同時測量空中信號頻譜和衛星地球站接收端頻譜波形分析干擾源及確定干擾強度。

3? ? 干擾處理方法

3.1? 干擾排查原則

（1）如果有多個干擾源，需優先排查阻塞干擾的干擾源。

（2）核查衛星接收機的LNA＼LNB是否符合《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛星地球站等無線電臺（站）干擾協調管理辦法》要求，如不符合則需更換高性能帶通濾波高頻頭或增加濾波器。

（3）核查發射端帶外抑制性能是否滿足協議及工信部規范要求。

（4）如干擾未解決再通過射頻設備工參調整等方法降低接收機噪聲電平。

3.2? 干擾解決方案

綜上所述，NR基站對衛星地球站的干擾問題可從NR基站發射端、衛星地球站接收端、傳播空間3個方向解決。

3.2.1? 干擾解決方案1：NR基站發射端

總輻射功率（Total Radiated Power，TRP）包括鄰道泄露和雜散等總體干擾情況。

對于3.7～4.2 G衛星臺，接收帶寬從3 725 MHz開始，通過提升NR基站3 725 MHz的帶外TRP抑制指標，可以降低對衛星接收臺的鄰頻干擾。提升TRP抑制可通過更換S-Filter（腔體濾波器）來解決，基于19 A3.7 G模塊的S-Filter可以達到﹣47 dBm/MHz@20 M的要求，但目前還沒有成熟的商用產品。

3.2.2? 干擾解決方案2：FSS接收端

如果衛星地球站接收天線的高頻頭不滿足接收范圍3 700～4 200 MHz，可以通過在高頻頭前增加濾波器，或更換高性能濾波器高頻頭，提升衛星地面站接收端帶外抑制能力，避免接收到帶外的強信號導致帶內低噪提升。

3.2.3? 干擾解決方案3：傳播空間

通過在衛星地球站周邊加裝金屬隔離罩，單層可增加屏蔽效果20～30 dB。但一方面屏蔽網需定制且價格較高，另一方面部分天線可能不具備安裝條件，方案實施限制較多，需依據實際場景選擇物理隔離方案。

在滿足通過調整覆蓋需求的基礎上，也可調整5G NR小區物理方位角、傾角、波束場景方案、功率等AAU工參，以降低對衛星地球站接收端的干擾電平。但降功率對AAU覆蓋影響較大，建議功率調整不高于3 dB。

4? ? 結語

（1）FSS地球站接收端接收頻段范圍包括聯通使用的3.5～3.6 GHz時，必須在FSS地球站接收端增加濾波器過濾3.5～3.6 GHz頻段以避免接收機飽和導致通帶內底噪提升、信號失真。

（2）在FSS地球站接收機加裝Norsat BPF-C-1（頻率范圍3.70～4.20 GHz）濾波器可有效解決聯通NR基站對3.7～4.2 GHz頻段的干擾。3.6～3.7 GHz頻段之間雜散干擾可通過NR天饋工參調整、功率調整、波束調整、降低帶寬、物理隔離、提高射頻單元帶外抑制等手段解決。

（3）廣播電視衛星帶內極限抗干擾能力為在12 dB，當衛星工作在3 650 M以上時，基站與衛星接收機空間最小耦合損耗（Minimum Coupling Loss，MCL）需要大于84 dB，非視距空間隔離約100 m。

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