C頻段衛星通信抗5G干擾性能分析與改造效果評估

吳榮楠

（浙江省中波發射管理中心慶元廣播轉播臺，浙江 麗水 323800）

0 引 言

自2019年6月以來，中華人民共和國工業和信息化部正式向中國電信集團有限公司、中國移動通信集團有限公司、中國聯合網絡通信集團有限公司以及中國廣播電視網絡有限公司4家移動互聯運營商頒發5G牌照，并同期開始在各地建設5G信號網絡[1]。由于中國廣電采用C頻段衛星信號的工作頻段3.4～4.2 GHz，若采用5G通信時接收站接收到干擾功率不低于-60 dBm，會在接收站形成較強干擾而誘發故障。

為了有效應對干擾問題，提高接收站工作效能，工信部于2018年頒布了《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》（以下簡稱《辦法》）。基于《辦法》中對于參數設置和設備的管理要求，各運營商對受5G干擾影響的C頻段衛星通信信號接收站均實施系統升級改造。因此，如何分析和評估接收站系統改造的抗干擾性能是值得深入研究的問題[2]。基于對5G干擾信號產生機理進行分析，深入探討C頻段衛星通信抗5G干擾的方法，并結合接收系統抗干擾改造實例評估，探析改進性能的方法措施。

1 C頻段衛星通信抗5G干擾性能分析

1.1 干擾機理

C頻段衛星通信接收系統受到的5G干擾信號，主要是因為低噪聲下變頻器和接收機2個系統設備端受到了信號擾動，影響了正常工作[3]。

1.1.1 高頻頭端受擾

高頻頭（Low Noise Block，LNB）的內部結構，如圖1所示。它將衛星通信C頻段信號進行接收、降噪、過濾、變頻以及放大等處理，將原始信號轉換為待用信號，即實現C頻段到L頻段的轉換，其中L頻段的工作頻段為0.95～1.45 GHz[4]。從LNB的工作范圍可以看出，5G信號處于核心頻段，一旦接收站接收的5G信號強度大于-60 dBm，此時LNB工作就會受到干擾。

圖1 LNB內部結構

1.1.2 接收機受擾

C頻段衛星通信接收機的調諧機制可完成對接收信號（含5G信號）的降噪和功放等處理，系統的接收頻段為0.95～2.15 GHz。5G信號經過LNB的處理輸出后，工作頻率基本為1.55～1.75 GHz。可以看出，接收機的濾波器組無法有效過濾干擾信號。實際工作中發現，當接收機受到LNB輸出后的5G干擾達到一定強度后，接收機會出現嚴重的誤碼輸出等問題[5]。

1.2 C頻段衛星通信系統升級改造

為有效解決整個接收系統的5G干擾問題，結合干擾機理完成對LNB、C段以及L段高頻濾波器組的升級改造，即利用最優降噪參數設計濾波器，有效隔離5G信號對衛星通信的擾動，滿足C頻段信號體系的正常工作，如圖2所示[6]。

圖2 衛星通信抗5G干擾功能設計圖

1.2.1 C段高頻濾波器組設計實現

為了隔絕干擾信號的影響，C段高頻濾波器組設計將工作信號與干擾信號進行物理分離，輸出有用信號的同時，提升接收機輸出信噪比，如圖3所示。當輸出信號強度衰減超過3 dB時，濾波器中心頻率點將作為濾波器的截止頻率。一旦噪聲和干擾信號的實際頻率超出截止頻率，濾波器組的阻帶將能極大削弱此類信號。因此，在設計C段高頻濾波器組工作參數時，先考慮將有用信號的工作頻段范圍處于阻帶之外，將其他無用信號置于阻帶內[7]。實際使用中，C段高頻濾波器組以帶阻濾波器設計為主。

圖3 C段高頻濾波器組

對于C段衛星通信信號接收站而言，系統會因LNB作用而完成實際信號的功率放大功能，同時相應提升干擾信號幅度。因為在實際工作中5G信號幅度大于衛星信號，所以在接收帶寬范圍內極易導致LNB出現飽和干擾，造成衛星信號接收機不能解析有用信號。為解決這一問題，系統需要在饋源與LNB間串接1組高頻信號濾波器組，包括濾波器和相關組件（配套轉接頭和連接裝置等）。饋源與LNB間有2組相對獨立部分，通過串聯滿足電子工業協會（Electronic Industries Alliance，EIA）國際標準的BJ40接口實現分體連接，進而實現有用信號與無用信號間的分離，極大程度降低5G干擾信號對系統工作的影響。實際測試發現，通過濾波器對干擾信號的抑制，地面接收站實際接收的有用信號可以滿足《辦法》對信號的標準，即終端可以實現衛星信號的接收、解析以及使用。

1.2.2 窄帶集成高頻頭設計實現

除了降低干擾信號影響外，還可以通過提升有用信號幅度的方法實現抗干擾，本質上同樣是提高了衛星通信信號接收端的輸出信噪比。窄帶集成高頻頭即滿足對衛星信號功率放大，同步減小因信道擾動造成的信號畸變。衛星一般含有24路信道。為了降低信道間信號傳輸時的串擾影響，單/雙通道分體實施，異步傳輸水平/垂直極化波[8]。此時，窄帶集成高頻頭憑借其具備的雙軌道信號接收能力，能夠實現24路衛星通信信號的接收，如圖4所示。

圖4 窄帶集成高頻頭

該高頻頭作用于衛星高頻信號端的前置部分，通過1.55 GHz和5.75 GHz這2組本振信號源實現對單/雙通道信號的分離和放大等處理。輸出端通過將衛星接收端2個相對獨立極化波轉換為0.95～1.55 GHz和1.55～2.15 GHz這2個帶寬范圍的工作信號，在功率放大的同時實現同一傳輸路徑的異步重構，再通過分配器實時分離接收機抗干擾后的信號。

2 C頻段衛星通信抗5G干擾系統評估

2.1 基本思路

為了精準評估分析抗干擾性能，系統測試應當將主用設備連接至衛星，利用頻譜儀實時測量終端接收的實際信號幅度。選取信道中的5組信號進行加載，技術人員通過設備檢測信號是否正常。信號加載過程中，需要確認是否存在異常，判斷是否存在5G信號干擾。當信號出現擾動（延遲、丟幀以及卡頓等現象）時，可按順序激活5組信號對應的接收站點進行干擾源分析和判斷故障源（濾波器或LNB），排除故障后依據流程評估實際效果[9]。

2.2 主要內容

評估主要針對的是接收端的信號強度和輸出端的信噪比。接收端的信號強度是長期演進技術網絡（Long Term Evolution，LTE）的關鍵參數，代表接收信號功率的平均值。輸出端的信噪比是有用信號與5G干擾信號的幅度比。

2.3 方法步驟

2.3.1 原饋源端

首先，頻譜儀連接主衛星，并將備用衛星作為干擾信號判定使用；其次，參考《辦法》模擬輸入衛星下行信道5G信號干擾；最后，設置測試端工作頻段，分別為3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。結果顯示，在5G干擾滿載前提下，實測饋源的輸出功率為-33.45 dBm（剔除了信道衰減影響）。

2.3.2 安裝C段高頻濾波器組

首先，頻譜儀連接分配矩陣，選取第1路信號作為測試信號；其次，參考《辦法》模擬輸入衛星下行信道5G信號干擾；最后，設置測試端工作頻段，分別為3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。結果顯示，在5G干擾滿載前提下，實測安裝C段高頻濾波器組后的輸出功率為-58.56 dBm（剔除了信道衰減影響）。

2.3.3 安裝窄帶集成高頻頭

首先，頻譜儀連接分配矩陣，選取第3路信號作為測試信號；其次，參考《辦法》模擬輸入衛星下行信道5G信號干擾；最后，設置測試端工作頻段，分別為3.4～3.5 GHz和3.5～3.6 GHz。結果顯示，在5G干擾滿載前提下，實測安裝窄帶集成高頻頭后的輸出功率為6.73 dBm（剔除了信道衰減影響）。

2.4 評估結果

在系統升級改造前，饋源的實際輸出功率為-33.45 dBm。當采用C段高頻濾波器組實現抗5G干擾措施時，可以大幅抑制干擾信號，饋源的實際輸出功率達到-58.56 dBm，滿足《辦法》標準。當單獨安裝窄帶集成高頻頭時，實測干擾信號強度為6.73 dBm，即此時接收站受到較強干擾[10]。強干擾條件下，干擾信號會從高頻濾波器組與LNB結合部溢出阻帶，因此此時高頻頭不能有效放大有用信號和抑制干擾信號。

3 結 論

通過對C頻段衛星通信接收站抗5G干擾實例進行研究，探析抗干擾性能與改造效果。實際效果表明，抗干擾測試中仍然存在一系列問題，如濾波器參數設計不合理和高頻頭無法阻斷干擾溢出等。針對存在的問題提出新的評估方法，為抗干擾措施提供參考和依據，以期有效降低5G信號干擾對系統接收站的影響。