5G基站對衛星地面站接收信號干擾的分析與處理

趙 慧

（江蘇省淮安市洪澤區融媒體中心，江蘇 淮安 223100）

0 引言

當C波段衛星信號受到較大干擾時，衛星接收業務將受到較大影響，使衛星廣播電視信號接收業務無法正常工作。在接收中星6A衛星和中星6B衛星轉發的廣播電視接節目信號過程中，經常出現圖像中出現馬賽克甚至信號中斷的情況，嚴重影響衛星廣播電視信號的接收。工信部確定的國內電信運營商5G中低頻段試驗頻率為：中國電信3 400 MHz～3 500 MHz，共100 MHz帶寬；中國聯通3 500 MHz～3 600 MHz，共 100 MHz帶寬。衛星接收業務使用3 400 MHz～4 200 MHz頻譜，5G中低頻段試驗業務對衛星接收業務產生的干擾類型有：（1）同頻干擾。對工作頻率3 400 MHz～3 600 MHz的衛星接收系統造成同頻干擾；（2）鄰頻干擾。對工作頻率 3 600 MHz～4 200 MHz的衛星接收業務產生鄰頻干擾；（3）阻塞干擾。由于衛星信號到達地面時，信號強度十分微弱，受到接收頻率附近相對較強的5G信號干擾，導致衛星接收高頻頭LNB飽和而阻塞接收信號，必須考慮采取綜合技術措施加以解決[2]。

1 衛星接收系統特性

衛星廣播電視接收系統由接收天線、饋源、高頻頭LNB和第一中頻電纜組成。高頻頭是在整個衛星廣播電視接收系統中的最前端設備。它由低噪聲放大器（LNA）、本振和混頻器及第一中頻放大電路組成。高頻頭一有源器件，其內部的低噪聲高頻放大器（LNA）和天饋系統一起安裝在室外并通過第一中頻電纜送到室內衛星接收機。C波段高頻頭LNB使用的本振頻率一般都是5 150 MHz，擴展C波段高頻頭接收頻率范圍為3 400 MHz～4 200 MHz（即寬帶高頻頭）。低噪聲放大器（LNA）、本振、混頻器等電路組成低噪聲下變頻組件（LNB）。當高頻頭的本振頻率高于接收信號頻率時，稱為高本振，反之，當高頻頭的本振頻率高于接收信號頻率時，稱為低本振。高頻頭作用是將所有同極化方向的C波段衛星接收信號進行放大，并變頻為L波段950 MHz～ 1 750 MHz信號，輸出衛星接收機[3]。

衛星接收機的參考輸入電平范圍是-65 dBm～-25 dBm，輸入電平太高會造成衛星接收機產生非線性失真或阻塞干擾。根據國際電聯ITU-RS.2199-0報告，當進入衛星地面站的干擾信號總功率超過-60 dBm時，高頻頭LNB將產生飽和干擾，引起衛星接收系統無法正常工作。經測試，接收正常衛星信號時天線饋源輸出的載波功率約為-120 dBm，通過低噪聲放大器（LNA）及第一中頻放大器的放大，輸出載波功率約-65 dBm～-25 dBm，衛星接收機工作正常。當有較大的5G干擾信號時高頻頭的輸出載波功率大于-25 dBm時，使接收機工作在非線性狀態甚至飽和狀態，造成接收信號失真、中斷。衛星接收機的輸入電平應參考輸入電平范圍之內，若輸入信號電平過大，則在接收機將產生非線性失真、飽和，造成圖像出現馬賽克甚至無信號，失真程度的大小隨干擾信號的增強而增大。

如果5G通信信號頻段在衛星接收高頻頭的工作頻段內，5G通信信號就有可能經衛星接收天線、饋源與衛星信號一起送入高頻頭，變換為第一中頻經電纜進入衛星接收機。在進入衛星接收高頻頭5G信號達到一定大小后，將引起LNA/LNB或接收機放大電路工作在非線性狀態甚至飽和狀態。

2 干擾源確定及其干擾產生的原因分析

2.1 C波段信號干擾源的確定

使用擴展C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 400 MHz～ 4 200 MHz）的衛星接收系統，在出現干擾現象時，用頻譜儀對C波段信號的第一中頻信號頻譜進行了分析。第一中頻信號的計算公式為：第一中頻信號的頻率=本振頻率 （5 150 MHz）－高頻頭接收頻率。

用頻譜分析儀對比有干擾和無干擾時的第一中頻信號頻譜，當有干擾時，發現各種極化方向都檢測到第一中頻信號頻率1.6 MHz處出現一個接收功率約為-20 dBm、寬度約100 MHz的干擾信號，經第一中頻信號的頻率計算公式得到擴展C波段高頻頭接收到的信號頻率為3 500 MHz～ 3 600 MHz，其頻率范圍與5G通信頻率范圍一致。

2.2 干擾源5G通信基站的分析

5G通信基站對衛星接收業務的干擾主要考慮同頻干擾和鄰頻干擾。決定干擾的程度主要因素有：衛星接收天線的仰角、5G通信基站與衛星接收天線相對位置、衛星接收天線接收到的5G信號的總干擾功率等。在單個5G通信基站對衛星接收天線的干擾模型中，O為衛星接收天線位置，OP為衛星接收天線主軸方向，A為5G通信基站發射天線位置，AO為5G通信基站發射機對衛星接收天線的干擾電波的主瓣方向；α為衛星接收天線的仰角；φ為干擾電波的主瓣方向與衛星接收天線的主瓣方向的空間離軸角。

當考慮一個 5G 通信基站產生的干擾時，衛星接收天線接收到的干擾信號的功率計算式如下：

其中，IIMT為衛星接收機輸入端接收到的1 MHz帶寬內的干擾功率（dBm），PIMT為5G通信基站每兆赫帶寬的發射功率（dBm），GIMT（γ，β）為5G通信基站的發射天線增益（dB），GFFS（φ）為衛星接收天線增益（dB），L（f，d）為大范圍的路徑損耗（dB），CL（d）為周圍物體的散射損耗（dB），ACLR為相鄰頻道泄露功率比（dB）。5G通信基站對衛星接收天線的總干擾計算式如下：

其中，Iagg為衛星接收機輸入端的總干擾功率譜密度(dBm/MHz)，In 為第n個 5G 通信基站對衛星接收天線的干擾功率譜密度(dBm/MHz)。

式中：LF—自由空間傳播耗損；d—傳輸距離；λ—傳播波長。

根據上式可得出，信號在自由空間傳播損耗與傳輸距離的平方成正比，因此C波段衛星天線接收到的5G通信基站干擾信號功率譜密度遠比衛星電視節目信號功率譜密度大很多，應避免5G基站干擾信號進入衛星天線高頻頭（LNB）。在6A、6B天線高頻頭（LNB）前端加裝濾波器（頻率范圍3 700 MHz～4 200 MHz）后，頻率范圍在 3700 MHz～4200 MHz，電視節目可正常接收。消除了頻率范圍3 400 MHz～3 700 MHz的信號的5G 通信基站所產生的阻塞干擾。

3 技術措施

為避免干擾發生采取的技術措施主要有：

（1）使用標準C波段高頻頭（接收頻率范圍為 3 700 MHz～4 200 MHz）。更換擴展C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 400 MHz～4 200 MHz），使用標準C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 700 MHz～4 200 MHz），濾除頻率范圍3 400 MHz～3700 MHz的信號。

（2）擴展C波段高頻頭（接收頻率范圍為3 400 MHz～ 4 200 MHz）前端加裝濾波器（頻率范圍3 700 MHz～ 4 200 MHz）。

（3）提高5G通信基站的ACLR（相鄰頻道泄露功率比），ACLR是指發射有用信號的信道的平均功率與相鄰信道上輻射的平均功率的比值。采用外加波導濾波器，降低5G通信基站在相鄰信道上輻射的平均功率。減小5G通信基站產生的鄰頻干擾強度。

（4）5G通信基站使用MIMO（多輸入多輸出）天線技術，通過波束賦形技術調整5G通信基站天線的電波輻射方向，在特定目標方向上增益最大，形成方向性極強的電波輻射主瓣，在衛星接收天線方向增益最小。5G通信基站天線的最大發射增益方向避開衛星接收天線的主瓣方向，盡可能增大5G通信基站天線干擾方向與衛星接收天線的主瓣方向離軸角，也可調整5G通信基站位置。

（5）在衛星接收天線方面，主要是加裝屏蔽網，屏蔽天線主瓣方向之外的干擾信號，盡量使天線只接收到天線主瓣方向衛星信號。根據所需要屏蔽信號的波長范圍選擇使用不同直徑的金屬屏蔽網，要求直徑必須要小于所要接收衛星信號波長的1/4。加裝屏蔽網在減少5G通信基站干擾信號同時，也會對所接收衛星信號有一定的影響。

（6）5G基站與衛星地面站同區域同頻部署時，基站對衛星地面站的干擾較大需合理確定保護距離。

4 結語

本文主要探究了5G系統基站與衛星電視接收站同頻和鄰頻部署時存在的鄰頻干擾、阻塞干擾問題，提出一些技術措施減小這些干擾，降低5G通信基站對衛星接收系統的干擾，在開展5G通信業務的同時，做好衛星電視信號接收工作。