C波段衛星接收信號抗5G干擾分析及解決方案

曹勇

摘 要 文章介紹了5G信號對C波段衛星接收天線的干擾，通過實驗測試結果，分析衛星接收天線受干擾類型，從理論上證實衛星天線高頻頭所受干擾為5G信號的強功率引起的非線性飽和失真；解決方案初步為加裝帶通濾波器，使用專業測試儀器對器件進行測試分析，通過指標比較改進帶通濾波器結構，最終實現解決干擾問題，以及后期環境惡化解決手段。

關鍵詞 5G；濾波器；高頻頭；非線性飽和失真；增益；衰減；駐波比；插入損耗；帶肩指標；多徑

中圖分類號 TN92 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360（2020）23-0021-03

伴隨國家5G技術的全面發展，各地5G發射基站開始大規模建設，其中5G信號發射頻帶范圍為聯通3 500MHz～3 600MHz、電信3 400MHz～3 500MHz、移動2 515MHz～2 615MHz，在其信號覆蓋范圍內，會對同頻或臨頻無線信號造成干擾；我國對衛星信號使用頻率規定為3 400MHz～4 200MHz（2019年前）[ 1 ]，其中聯通、電信的5G信號頻帶范圍恰巧在衛星信號接收頻帶范圍內，為解決信號間的干擾，衛星信號接收頻率調整為3 700MHz～4 200MHz，以避免同頻干擾；但是，在實際應用中通過移頻是否能完全能避免5G信號對衛星接收信號的干擾呢？答案是否定的，移頻不能徹底解決衛星接收干擾問題，這就要求從其他途徑，如加裝前級濾波器、更換窄帶高頻頭、加裝濾網等方面考慮解決。

1 5G對衛星接收干擾試驗

在衛星移頻后（3 700Mhz～4 200Mhz）我們聯合5G基站使用方對5G信號是否對衛星接收造成影響做了測試實驗。首先逐個開啟5G基站，然后從低功率逐漸遞增，測試完一個基站后關閉該基站，再進行下個基站測試；再依據測試結果（對衛星接收不造成影響的發射功率）逐個開啟5G基站，直到對衛星接收造成影響；測試發射功率設置為100W、150W、200W；測試結果表明5G基站發射功率為200W、150W、100W時對衛星接收信號有明顯影響。我們通過頻譜分析儀獲取衛星受干擾頻譜，如圖1。

在中心頻率1 550MHz至1 750MHz頻譜明顯雜亂無序，明顯為5G信號混進衛星高頻頭后形成，產生非線性飽和失真；對于1 350MHz至1 550MHz信號雖然沒有出現明顯被干擾顯示，但是衛星接收機接收的信號圖形出現明顯馬賽克或大面積花屏，更甚者解不出圖像。

經由上述測試結果分析：5G基站對衛星接收信號的影響在200W、150W、100W發射情況下干擾明顯，我們使用的高頻頭頻點范圍為3 400MHz～4 200MHz，5G信號發射頻率在高頻頭接收頻點范圍內，初步分析為5G強干擾信號引起衛星天線高頻頭非線性飽和失真，造成衛星信號接收異常；初步分析為5G信號發射功率過強，造成圖像馬賽克、花屏、甚至不能鎖定信號。

2 干擾方式的理論分析

我們使用的衛星天線為后饋天線，高頻頭（LNB）其增益62dB，P1dB壓縮點為10dB，當進入LNB的5G信號高于10-1-62=-53dB就會出現飽和失真現象；在衛星接收天線周邊分布的5G基站目前最近的一個為1.8公里，發射天線增益15dB，根據微波自由空間衰減公式：L=32.4+20㏒F+20㏒D（F為發射頻率MHz，D為距離km）L=32.4+70.95+5.11=108.46dB，基站發射功率為100W：則可得衛星接收天線處自由空間中5G信號強度為：50+15-108.46=-43.46dB；從計算的理論數值比較，5G基站發射的微波信號功率遠超衛星天線高頻頭正常接收功率，造成高頻頭非線性飽和失真是必然現象[ 2 ]。

3 初步解決方案

目前衛星接收頻率調整為3 700MHz～4 200MHz，5G信號基站發射頻率3 500MHz～3 600MHz已經在衛星信號接收頻帶外，因此，解決功率過高引起高頻頭飽和失真可以使用帶通濾波器，通過濾波器將3 700MHz～4 200MHz以外頻率濾除，以改善衛星天線高頻頭因功率過高而引起的飽和失真，這樣就可以在不更換高頻頭的情況下解決5G信號對衛星接收天線的干擾問題[3]。我們選擇了兩款濾波器：3 625MHz～4 200MHz和3 700MHz～4 200MHz（當時衛星天線需要接收境外節目，其頻點在3 641MHz左右）帶通濾波器，我們使用矢量網絡分析儀監測濾波器性能指標，如圖2。

圖2是3 600MHz～4 200MHz濾波器檢測圖和實物圖，其插入損耗（在選點范圍內）最大值為0.7541dB，在4 200MHz頻點；駐波比最大值在選點2、3之間為1.19，與其實物標稱值小于等于1.3相符，在其他各點位都低于1.2；帶外抑制度在小于等于3 600MHz時大于60dB，滿足實物標志，同時滿足我們對5G信號過濾、屏蔽需求。

圖3是3 700MHz～4 200MHz濾波器檢測圖和實物圖，其插入損耗（在選點范圍內）最大值為0.666 3dB，在3 700MHz頻點；駐波比最大值在選點5處為1.14，與其實物標稱值小于等于1.2相符，在其他各點位都低于1.2；帶外抑制度在小于等于3 700MHz時大于55dB，與其標稱值大于等于60dB有所差距；但是基本滿足我們對5G信號過濾、屏蔽需求。

加裝濾波器后，我們對衛星接收信號是否繼續受到5G信號干擾再次做了聯合測試，結果濾波器的加裝對衛星天線受5G信號干擾有了明顯改善，但是，不同工作頻帶的濾波器其濾波效果不盡相同，有的濾波器還是會受到干擾，將濾波器全部更換成3 700MHz～4 200MHz（此時衛星信號都已經移頻到3 700MHz以上），要求對3 700MHz～4 200MHz帶外抑制度要提高，特別是大于4 200MHz外頻點需要提高，測試帶肩指標越陡峭越好，如圖4。

圖4是3 700MHz～4 200MHz改進后濾波器，從其測試圖形可以看出，其帶肩陡峭，明顯比先前濾波器效果更佳，駐波比接近1，插入損耗0.07dB，帶外抑制度大于70dB，但是，從頻譜看其平坦度低于改進前的濾波器，但是，其帶肩陡峭度遠優于改進前濾波器，特別是在4 200MHz高頻點處（在4 200MHz高頻點外有未知干擾）。

圖5左圖使用頻譜分析儀監測，無帶外雜波干擾；右圖在1 500MHz～1 650MHz處有雜波干擾，但是此細小干擾不會造成衛星天線高頻頭接收信號失真，不會引起衛星接收機受到干擾；左圖是中星6B頻譜圖，右圖是亞3S頻譜圖，兩星接收天線均為7.5米后饋天線，高頻頭、濾波器使用相同品牌器件，6B為東經115.5°，亞7為東經105.5°，方位角相差10°，仰角相差1.58°，6B正前方35米處有一高樓（高100米左右），會遮擋部分5G信號；此高樓在亞3S左前方，對衛星天線不造成正面遮擋；由此可見處于不同空間分布中的5G信號在空間中所造成的影響是不相同的。

4 結語

對于目前5G基站的建設還處于建設中，以后5G基站會越來越密集，5G信號會全面覆蓋各處空間，對于我們衛星信號使用者而言，會處于到處被5G信號包圍中，基于微波信號空間傳輸特性（衍射、反射、多徑等），隨著5G的高速發展，我們衛星信號會受到更大干擾，單純的濾波器能否解決衛星接收干擾問題還是未知數，因為，目前的5G信號不能通過濾波器全面濾除（雖然對衛星接收不會造成致命影響），而且，目前還是5G處于建設期，信號沒有完全覆蓋，如果到5G正式運營時，5G基站的建設密度還要繼續加大，5G信號的空間傳輸會更加復雜，對衛星天線的接收會造成更大影響，上面提到的亞3S就是明顯例子；如果單純依靠濾波器不能根本解決5G干擾問題，那么我們會繼續考慮繼續加裝窄帶高頻頭，將3 400MHz～4 200MHz高頻頭更換為3 700MHz～4 200MHz高頻頭，進一步對5G信號做濾除處理；如果還會有帶外干擾（不會造成高頻頭非線性失真）我們可以考慮在中頻電纜處再增加濾波器，以此改善信號質量；如果單純以濾波器方式不能解決5G干擾問題，最后我們考慮架設濾網，以濾網屏蔽5G信號進入衛星接收天線天線面，以此達到解決5G干擾衛星信號接收的目的。

參考文獻

[1]江曉林，楊明極.通信原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2010.

[2]郭慶，王振永，顧學邁衛.星通信系統[M].北京：電子工業出版社2010.

[3]謝益溪.無線電波傳播——原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008.