衛(wèi)星天線5G抗干擾改造研究與實踐

摘? 要：2018年12月，工信部將無線頻段3.4～3.6 GHz分配至電信聯(lián)通，用于5G基站建設(shè)工作，并將5G建設(shè)作為國家發(fā)展戰(zhàn)略;但是，3.4～4.2 GHz目前仍然用于廣播衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、各類小型地面衛(wèi)星站;隨著5G建設(shè)規(guī)模的推進(jìn)，部分衛(wèi)星業(yè)務(wù)受到5G信號干擾，導(dǎo)致畫面出現(xiàn)“馬賽克”，影響廣播電視播出和數(shù)據(jù)接收。為解決該問題，文章制定了一種通過5G濾波器設(shè)備，徹底解決衛(wèi)星接收與5G站點(diǎn)兼容的問題，保障衛(wèi)星站業(yè)務(wù)使用正常，為5G新基建保駕護(hù)航。

關(guān)鍵字：5G建設(shè);衛(wèi)星干擾;濾波器;干擾排除

中圖分類號：TN943.3;TN929.5? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）24-0063-04

Research and Practice on 5G Anti-jamming Reconstruction of Satellite Antenna

TAO Yihuan

（Nanjing Branch of China Telecommunications（Group）Co.，Nanjing? 210008，China）

Abstract：In December 2018，the Ministry of Industry and Information Technology allocated the 3.4～3.6 GHz wireless band to China Telecom and China Unicom for 5G base station construction，and take 5G construction as the national development strategy;however，3.4～4.2 GHz is still used for broadcasting satellites，meteorological satellites and various small ground satellite stations;with the development of 5G construction scale，some satellite services are interfered by 5G signal，resulting in “mosaic” of images，affecting radio and television broadcasting and data reception. To solve this problem，this paper develops a 5G filter equipment to completely solve the problem of compatibility between satellite reception and 5G stations，so as to ensure the normal use of satellite station business and escort the 5G new infrastructure.

Keywords：5G construction;satellite jamming;filter;interference elimination

0? 引? 言

電信5G大規(guī)模建設(shè)中，密集城區(qū)主用3.5 GHz頻段（3.4～ 3.5 GHz），而廣電衛(wèi)星接收天線頻段為3.4～4.2 GHz，頻段存在交疊，對廣電衛(wèi)星天線產(chǎn)生了干擾，導(dǎo)致接收機(jī)無法正常接收信號或者接收到的信號模糊。

通過現(xiàn)場實際測試，如果5G信號相比衛(wèi)星接收載波信號強(qiáng)度超過12 dB，則衛(wèi)星信號將受到信號干擾（即ACLR鄰近信道功率比低于12 dB）;通過現(xiàn)場信號實際測試當(dāng)進(jìn)入衛(wèi)星饋源干擾信號總功率超過-60 dBm時，將產(chǎn)生飽和干擾;當(dāng)進(jìn)入接收機(jī)的干擾信號總功率超過-30 dBm時，接收機(jī)可能產(chǎn)生飽和干擾或阻塞干擾;目前，由于衛(wèi)星站前期自行安裝的C波段濾波器的濾波能力較差，無法有效抑制運(yùn)營商5G信號干擾造成誤碼現(xiàn)象。

南京主城區(qū)收到有關(guān)衛(wèi)星干擾排障需求主要涉及單位為：南京電視臺、江蘇電視臺、原南京軍區(qū)、南京氣象局和報業(yè)集團(tuán)等共17家單位。不但影響相關(guān)單位衛(wèi)星業(yè)務(wù)的正常使用，也影響運(yùn)營商在城區(qū)相關(guān)區(qū)域5G基站建設(shè)工作。

2020年上半年，南京電信收到相關(guān)單位關(guān)于5G衛(wèi)星干擾的投訴，在未有妥善解決方案的情況下，臨時閉鎖主城區(qū)衛(wèi)星站周邊64個扇區(qū)，影響電信主城區(qū)電信5G覆蓋能力;同時，依據(jù)工信部《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》相關(guān)要求，在運(yùn)營商完成干擾協(xié)調(diào)和衛(wèi)星改造前，不允許在受到干擾的衛(wèi)星站周邊100米范圍內(nèi)復(fù)開和新建5G站點(diǎn)。因此，在5G新基建大背景下，如何快速解決衛(wèi)星干擾問題，是電信運(yùn)營商推進(jìn)5G基站開通建設(shè)，提升電信用戶感知和網(wǎng)絡(luò)競爭力的關(guān)鍵課題。

2? 5G衛(wèi)星干擾排除原理

2.1? 衛(wèi)星天線組網(wǎng)原理架構(gòu)

衛(wèi)星天線接收系統(tǒng)是由拋物面反射器（衛(wèi)星鍋）、饋源、高頻頭、饋線、衛(wèi)星接收機(jī)組成的，如圖1所示，以前饋天線為例。

拋物面反射器是一個軸對稱二次曲面反射鏡，即俗稱的衛(wèi)星鍋，其作用是將接收到的衛(wèi)星信號能量進(jìn)行反射，匯聚成一個焦點(diǎn)。

饋源是指饋送能量的源，它的作用是將匯聚到焦點(diǎn)的能量全部收集起來，變換成信號電壓供給高頻頭，另一個作用是對接收到的信號進(jìn)行極化。

高頻頭又稱低噪聲放大變頻器（LNB），高頻頭接收到衛(wèi)星信號后，將高頻信號放大至數(shù)十萬倍，再利用本地振蕩電路轉(zhuǎn)換至中頻信號，減少傳輸損耗。

衛(wèi)星電視節(jié)目信號通過地面天線接收機(jī)已安裝的高頻頭進(jìn)行放大和變頻，同時把C波段/Ku波段信號轉(zhuǎn)換為950～2 150 MHz信號;轉(zhuǎn)換完成后，信號被送到調(diào)諧器進(jìn)行再放大和二次變頻處理，輸出36 MHz的中頻信號。衛(wèi)星接收系統(tǒng)采用QPSK解調(diào)器對I/Q模擬基帶信號進(jìn)行解碼，對I/Q模擬基帶信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、QPSK譯碼、前向糾錯幾個方面的處理，進(jìn)而解調(diào)出8字節(jié)的MPEG-2數(shù)據(jù)流。解復(fù)用器可以對MPEG-2數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，分解音頻、視頻同步控制等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。MPEG-2解碼器完成音頻、視頻的解壓和解碼功能，將全部音頻信息、數(shù)據(jù)信息還原為完整的圖像信息和伴音信號，然后通過視頻編碼器和音頻的數(shù)模變換，輸出電視相關(guān)業(yè)務(wù)所需的視頻和音頻信號。

2.2? 衛(wèi)星改造方案

中國電信和聯(lián)通5G頻段范圍3.4 GHz～3.6 GHz，工作頻段相鄰，工作頻譜基本一致，5G信號在頻譜上的具體分布和5G基站所承載的用戶數(shù)和基站發(fā)射功率密切相關(guān)，現(xiàn)階段，由于5G用戶數(shù)較少，5G基站主要發(fā)射同步信道所承載的信號（SSB），5G頻譜相比于4G，具有良好的指向性和單波束寬度較窄、單位面積瞬時能量較高，SSB信道所帶來的信號干擾是現(xiàn)階段衛(wèi)星干擾的主要來源，尤其是距離衛(wèi)星站較近的5G基站，影響更大，被干擾后的衛(wèi)星站接收頻譜如圖2所示。

為解決5G基站對衛(wèi)星站的干擾，需在衛(wèi)星天線上結(jié)合現(xiàn)場實際情況選擇安裝C波段濾波器、L波段濾波器和窄帶高頻頭進(jìn)行帶外抑制。其中，衛(wèi)星饋源安裝C波段濾波器抑制飽和干擾，接收機(jī)前安裝L波段濾波器抑制阻塞干擾，部分站間距過近衛(wèi)星站需再安裝高頻頭。抑制干擾的最終目的是在衛(wèi)星接收和發(fā)射過程中，通過三種無源器件的安裝，抑制衛(wèi)星通信頻帶外的干擾信號，同時，各器件的插入損耗不會影響衛(wèi)星通信正常信號的接收。具體參數(shù)如表1所示。

抗干擾改造目前一般有3種方式，一種是在饋源和高頻頭之間增加窄帶C波段濾波器，一種是將高頻頭替換為窄帶高頻頭，精度要求高的時候可以兩者同時改造，一般情況下，通過安裝以上兩個無源設(shè)備已可以解決大部分的干擾問題，如在安裝C波段濾波器和高頻頭之后，由于5G基站過近導(dǎo)致少量干擾依然存在，則最后再衛(wèi)星接收機(jī)之前安裝L波段濾波器。改造原理如圖3所示。

為了應(yīng)對5G干擾，C波段衛(wèi)星應(yīng)根據(jù)實際情況采取綜合應(yīng)對方式。要將進(jìn)入衛(wèi)星接收設(shè)施的5G信號功率降低到小于等于-60 dBm的范圍內(nèi)，同時技術(shù)改造應(yīng)盡量減少對原衛(wèi)星接收信號的影響，盡可能減少改造過程中的插入損耗，避免影響衛(wèi)星正常的業(yè)務(wù)使用。根據(jù)不同場景實際安裝需求，將衛(wèi)星5G干擾排除步驟總結(jié)為六步：

（1）C波段濾波器必須安裝，優(yōu)先結(jié)合現(xiàn)場饋源型號，安裝C波段濾波器。

（2）如C波段濾波器安裝完成后，仍然不能解決干擾問題，在不影響運(yùn)營商5G信號覆蓋的情況下，適當(dāng)降低5G信號發(fā)射功率、調(diào)整5G基站方向角、更換5G基站建設(shè)位置。

（3）如無法通過更改5G基站參數(shù)進(jìn)行干擾排除，則可以選擇進(jìn)一步加裝窄帶高頻頭。C波段濾波器和窄帶高頻頭安裝完成后如圖4所示。

（4）在上面3個步驟完成后，仍然無法完成解決5G干擾的情況下，在施工可能的情況下，在衛(wèi)星站樓頂建設(shè)屏蔽網(wǎng)，可增加8～12 dB的帶外抑制。

（5）在施工可能的前提下，更換旁瓣特性更好的衛(wèi)星天線或者結(jié)合5G基站位置，更改衛(wèi)星天線的位置。

（6）安裝L波段濾波器可增加30 dB的帶外抑制，但插入損耗會引起3 dB衛(wèi)星信號衰減，在使用過程中，需謹(jǐn)慎處理，做好安裝后評估工作。

在完成衛(wèi)星改造后，通過以下“五步法”驗證改造后衛(wèi)星接收效果：

（1）實施改造前，查詢并記錄臺站內(nèi)正常使用狀態(tài)下的衛(wèi)星接收信噪比顯示T0值。

（2）完成衛(wèi)星改造。

（3）改造完成后，做好安裝驗收和后評估工作，核查記錄衛(wèi)星接收機(jī)的信噪比顯示T1值，應(yīng)保證：T0-T1≤1。

（4）完成衛(wèi)星天線改造后，在確認(rèn)信噪比指標(biāo)滿足要求的前提下，觀察衛(wèi)星天線解碼后的所有通道電視信號是否有損壞、誤碼、卡頓等現(xiàn)象，如出現(xiàn)明顯的視頻和音頻損壞現(xiàn)象，則判定為改造不合格。

（5）衛(wèi)星天線其他指標(biāo)未出現(xiàn)異常和明顯波動。

南京電信為了解決現(xiàn)階段C波段濾波器密封性差、容易受到天氣、環(huán)境影響導(dǎo)致插入損耗變大甚至短路損耗的問題，2020年，南京電信工作小組成功通過CPR229G和CPR229F法蘭盤密封技術(shù)，采用聚酰亞胺薄膜通過環(huán)氧樹脂膠粘接覆蓋在法蘭盤口，不超過密封槽范圍，利用對應(yīng)法蘭的過盈配合實現(xiàn)密封，防止波導(dǎo)腔體內(nèi)部腐蝕，達(dá)到與交指濾波器相近的使用壽命，2020年已提交實用新型專利申請（一種C波段波導(dǎo)腔體濾波器，專利號：ZL2020200438JS0003）。

3? 改造方案效果驗證

目前，南京已完成廣電、江蘇有線、部隊和氣象臺等17家重點(diǎn)單位衛(wèi)星改造工作，共安裝設(shè)備74套，改造完成后，現(xiàn)場掃頻干擾消除，視頻信號恢復(fù)清晰，無“馬賽克”，現(xiàn)場評估結(jié)果如圖5、圖6所示。

2020年至今，“兩會”“十一”“春節(jié)”都是廣電安全播出保障的關(guān)鍵時期，通過南京電信新款5G濾波器的安裝改造，成功保障了江蘇電視臺、南京有線電視臺等政企大客戶視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，獲得南京電視臺、江蘇有線一致認(rèn)可，對南京電信業(yè)務(wù)能力、工作態(tài)度和服務(wù)效果給予了極高的評價。

同時，對于衛(wèi)星站改造完成后，電信成功復(fù)開主城區(qū)5G扇區(qū)64個（前期由于未完成改造，為保障衛(wèi)星業(yè)務(wù)，臨時對于緊鄰的5G基站進(jìn)行閉鎖），電信主城區(qū)5G覆蓋率提升0.87%，部分南京主城區(qū)路測前后對比如圖7所示（信號強(qiáng)度色標(biāo)，黑色為信號弱覆蓋標(biāo)識）。

4? 結(jié)? 論

在5G大建設(shè)和各行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵時期，如何確保衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)使用和5G基站正常開通，更好服務(wù)5G用戶，是5G干擾處理的關(guān)鍵課題。本文面向5G衛(wèi)星干擾，提出了一套較為完善的干擾排查和衛(wèi)星改造方案，并將該改造方案在南京相關(guān)衛(wèi)星單位進(jìn)行大面積推廣，取得良好的效果。南京電信將繼續(xù)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，以用戶感知為導(dǎo)向，加快推進(jìn)衛(wèi)星干擾障礙排查，為5G新基建保駕護(hù)航，帶著“成為世界級綜合信息服務(wù)提供商”的使命，攜手努力，共同追夢，在5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大潮中砥礪前行。

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作者簡介：陶意歡（1989.01—），男，漢族，江蘇南京人，任職于無線維護(hù)中心，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化班組副組長，碩士，研究方向：4/5G無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。