5G基站對通信衛星的干擾解決方案分析

彭 戈，楊 耀，帥彬彬，魏鏡西

（中國移動通信集團設計院有限公司湖北分公司，湖北 武漢 430024）

1 5G基站對通信衛星的干擾問題

1.1 干擾問題

干擾問題主要是在正常的播音過程中，C波段衛星接收機的輸出信號出現明顯卡頓現象，這種卡頓說明正在使用的衛星網絡下行信號受到嚴重干擾，此類干擾會對信號處理和發射產生不同程度的影響。因此按照衛星接收機的輸出信號與卡頓現象展開初步判斷之后分析衛星系統鏈路是否有技術問題，此時對接收系統進行排查但未發現故障。因此說明C波段高頻頭接收信號可能受到干擾。C波段衛星接收系統內部的鏈路包括拋物面天線和功分器等設備所組成，其中拋物面衛星接收天線將衛星信號匯聚到一個交點之后，此時衛星信號會進行重新分配，接收機接收的衛星信號可以進行解調處理。

從當前國內和國外的研究成果當中，我們可以了解到5G基站天線模型的相關特征，并且根據天線模型與增益分析業務的結果來探討可能出現的業務干擾問題。假設衛星軌道傾角為零，赤道平面與軌道平面保持重合狀態下，地球自轉周期、這個衛星軌道周期會保持相同的旋轉方向。目前對地靜止軌道衛星負責相關的衛星業務，按照不同的組網方式和應用模式差異，不同頻段的衛星業務規模和業務類型有所不同，例如以話音為主的通信業務或備份系統等，有著各自應用領域。按照速率的劃分，還可以將衛星固定業務劃分為窄帶和寬帶兩種類型，各類寬帶業務在近幾年得到較快發展，特別是基于IP的業務已經開始逐漸轉向為點到多點的通信。如果是數據中繼衛星系統，那么還可以減少數據傳輸過程當中的軌道覆蓋率過低情況的出現。

考慮到頻段使用和衛星系統的兼容性要求，在一些具有遮擋的區域毫米波頻段信號受到阻擋衰減情況明顯，在傳輸過程當中會限制信號與衛星接收端的連接過程。根據這些內容以及業務保護要求，我們可以將5G基站對通信衛星的干擾問題研究作為重點，無論是單點干擾還是集總干擾都應該作出正常評估，在必要時還應確定衛星系統在某一頻段與信號共存的可能性。

1.2 確定干擾源

在經過一段時間的觀察和評估之后，了解到衛星接收機系統的信號強度保持正常，在出現信號卡頓之后，衛星接收器的誤碼率會有下降情況。此時可以確定有5G測試基站的干擾，不僅載波強度下降，且在某些頻段的底噪抬升情況比較明顯，如果5G基站暫停之后，干擾現象也會隨之消失。

從5G信號的角度分析，沒有終端使用流量業務使得基站發射的信號同步較快，也是干擾衛星接收的主要因素。且5G基站發射的信號與使用終端連接并處于滿負荷狀態時，發射機功率最大，且所有功率都與終端相連接，帶寬占用量明顯[1]。

從基本原因來看，衛星系統寬帶高頻頭的接收頻率范圍為3.4～4.2GHz，按照干擾現象，C波段信號受到的干擾是5G試驗信號，其頻段和衛星C波段的工作頻段在部分區域重疊，下變頻電路出現飽失真問題，飽和干擾現象明顯。所以在5G基站試驗信號處于工作狀態下，衛星天線的下變頻接收的5G信號強度會直接導致下變頻電路處于飽和狀態，信號接收異常。

1.3 干擾源解決方案

根據協調解決辦法和建議方案，在目前的情況下，可以采用窄帶濾波器或更新標準高頻頭兩種方式進行干擾控制。從頻譜和圖像表現與信號指標的分析結果狀態使用窄帶濾波器在經濟成本上優勢明顯。

窄帶信號特征并不穩定，會出現動態變化，但如果使用傳統濾波方法對此類不可逆變特性進行處理效果有限，單純采用信號特征進行掩蓋會導致明顯的信號濾波誤差，因此會選擇其他的技術措施[2]。在干擾源控制方面，C波段衛星天線在正常工作狀態下，能夠借助監視器完成衛星接收機使用狀態的評估，通過安裝在高頻頭和饋源之間的窄帶濾波器來實現，從而排除5G網絡信號對衛星接收機產生的影響。值得一提的是，在某些干擾環境下，窄帶傳輸信號和視頻信號具有震蕩特征，利用小波變換的理論思想對環境下窄帶信號進行分解之后，能夠讓濾波器的中心頻率跟隨著窄帶信號的頻率而改變，能夠有效濾除窄帶信號面臨的各種干擾。當然，假設在C頻段濾波器安裝之后5G干擾仍然存在，那么基于衛星業務的安全保障要求，需要進行干擾排查并明確后續的解決流程與抗干擾方案。

2 5G頻段傳播毫米波特性研究

2.1 自由路徑損耗

由于當前通信系統的基本傳播依據仍然是根據信道的傳播特性確定通信系統的總體能力和信號傳播質量，所以在空間環境比較復雜的情況之下信道傳播具有一定的隨機性，特別是在傳播頻率達到某個閾值之后，5G基站對毫米波傳播特性的評估工作意義突出。我們所說的毫米波波長為1～10mm，此類電磁波的工作頻率在微波頻段和紅外線頻段中間。在出現通信行為之后，自由空間路徑損耗開始出現，電磁波在通過自由空間后，必然會產生信號強度損失。這些損失內容存在于地面至空間的通信環節。我們利用自由空間路徑損耗分析基站對衛星業務的干擾之后，可以經過公式計算出具體的取值范圍。

2.2 地物損耗

鏈路計算和地物損耗之間存在著密切的聯系，例如地面的樹木或建筑物都會產生附加損耗。

2.3 降雨衰減

在不同范圍內的測量數據基礎之上，可以研究毫米波的降雨衰減模型，不同降雨量產生的衰減數據不相同，而毫米波頻段的雨衰會更加明顯。

2.4 大氣衰減

大氣衰落對干擾信號的衰減作用同樣非常顯著，在進行分析的過程當中，應該考慮到某些參數可能產生的干擾影響。例如氧氣層高度、大氣折射地球半徑、理論狀態下的氫氣層高度、大氣密度等。不過在毫米波傳播特性當中大氣衰減產生的影響較小，在某些鏈路預算當中可以被忽略。

3 5G基站和通信衛星業務共存模式

3.1 鏈路分析

在鏈路分析的過程當中，確定性分析、仿真性分析和外場測試是當前業務共存模式干擾研究的常用方法，如果建立一條點對點的鏈路對系統特性進行評估之后，就可以實現鏈路級和系統級的仿真運作。而根據干擾類型進行劃分，可以劃分為單點干擾和集總干擾。目前的單點干擾以及小基站干擾程度較輕，室內干擾通常情況下影響范圍都在衛星抗干擾的限制要求之內，這說明干擾問題可能并不會對衛星有關業務的正常運行產生嚴重影響。但由于單點干擾是集總干擾產生的基礎，因此在出現干擾后仍然要對干擾情況展開定點分析，確定衛星接收到的IMT干擾功率。但是在產生集總干擾之后，問題會更加嚴重，此時不僅要考慮到衛星覆蓋區域內的基站干擾問題，還應確定在不同干擾條件下基站的工作狀態，即每一個基站對衛星的干擾數量以及基站位置，通過比較最大干擾功率和集總干擾功率的差異，判斷地面部署對衛星固定業務產生的干擾是否影響兩者之間的共存。

3.2 系統共存研究

基于毫米波傳播特性，我們可以利用幾種分析方法研究某一頻段IMT干擾固定衛星業務的具體結果。按照全向天線參數和實際衛星覆蓋信息利用干擾分析方法得到系統仿真參數，之后將干擾余量變化趨勢進行評估，分別分析雨衰與非雨衰狀態下的參數變化。如果是雨衰狀態，那么衛星受到干擾降低，原因在于系統傳播路徑衰減嚴重，產生的影響更??；反之在非雨衰狀態下，由于系統傳播路徑衰減有限，衛星受到干擾的可能性更高。當雨衰狀態或是非雨衰狀態下衛星固定業務受到的干擾情況能夠處于要求的范圍，那么說明兩者之間可以進行業務共存。

4 結束語

今后數據業務將始終保持穩定的發展趨勢，高頻段也是5G極力爭取的重點頻段。在未來5G大規模商業應用之后，使用C波段衛星信號的用戶必然會受到影響，正是考慮到這一潛在干擾國家廣播電視總局也與運營商聯合發布了干擾協調實施辦法。在對5G基站以及衛星接收機的干擾現象進行分析之后，能夠通過相關的技術手段完成信號干擾控制工作。與此同時，干擾共存業務研究也不再是單獨的場景簡單對比，而是通過鏈路計算和仿真對比的信息展開路徑損耗和技術參數的綜合評估。