鞍山電臺播控中心抗5G干擾衛星天線改造設計與實施

◎劉 明

(鞍山市新聞傳媒中心，遼寧 鞍山 114000)

隨著5G 在全國各地的正式商用，各個臺站也暴露出一些問題，那就是對C 波段廣播下行信號的干擾問題。自2020年12月以來，當附近開通5G 基站后，就出現了接收問題，鞍山電臺衛星接收機接收的C 波段信號受到了嚴重的干擾，尤其是接收中星6B 的垂直極化節目的信號首先受到影響，出現馬賽克、卡頓以及衛星信號無法鎖定的情況，接著中星6B 的水平極化節目也受到了影響，嚴重威脅到央視多套節目的轉播安全。

廣播衛星下行工作在標準C 波段，其頻率范圍為3 700—4 200MHz，此外還有擴展C 波段下行頻率為 3.4—3.7GHz，但該頻段已與現有分配給5G 的工作頻率產生沖突，因為目前我國分配給三大運營商的5G 頻率范圍大體是這樣的：中國電信為3.4—3.5GHz，共100MHz 帶寬；中國聯通為3.5—3.6GHz，共100MHz 帶寬；中國移動為2.515—2.675GHz 和4.8—4.9GHz，共260MHz 帶寬。從頻率的分布情況可以看出，中國移動的5G 頻率由于距離3 700—4 200MHz 這個頻段較遠，對C 波段衛星下行信號的接收影響較小，中國電信和中國聯通的5G 頻率對C 波段衛星下行信號的接收產生了較大的影響，特別是中國聯通的5G 頻率。

一、抗5G干擾衛星天線改造的重要意義

在5G 通信的發展中，頻譜作為一種有限的戰略資源發揮著舉足輕重的作用。2017年底，工業和信息化部明確規定5G 系統工作頻段分別為3 300MHz—3 400MHz(室內)、3 400MHz—3 600MHz 和4 800MHz—5 000MHz。而廣播電臺在C 波段衛星接收節目(C 波段下行頻率為3 625MHz—4 200MHz)，分為垂直極化和水平極化。在實際工作中發現，5G 信號對衛星接收信號有干擾而且是可變的，不但有受垂直極化接收影響而水平極化接收信號正常的，也有一些受到在水平和垂直偏振方向上接收到的信號的不同程度的影響。鄰頻干擾信號對不同C 波段頻率的干擾是不同的。為了實現5G 基站信號與其他無線電業務系統的兼容共存，避免5G 基站干擾造成的廣播電視中斷，促進5G 通信的快速部署和健康發展，廣電總局、中國聯通、中國電信聯合發布《C 波段廣播電視衛星接收站與5G 基站干擾協調實施辦法(試行)》，指導和規范5G 基站與C 波段廣播電視衛星的安裝、使用采取有效措施，保護C 波段廣播電視衛星接收站不受5G 基站的干擾。根據文件精神，充分考慮到5G 發射端改造相當困難(可能影響用戶5G 接收)，我們主要從衛星接收端出發，采用安裝C 波段濾波器和集成高頻頭來解決5G 干擾問題。

隨著5 G 通信牌照的正式發放，5G 通信即將開始大規模商用，越來越多的城市開始大規模建設5G 通信基站，各大運營商也加緊布局大城市中心城區的站點設置，隨之而來的5 G 通信基站信號干擾衛星地球站C 波段信號接收的情況會越來越普遍。三大運營商在全國30 個省份、50 多個城市啟動了5G 網絡的部署和測試，我國5G 建設規模已鎖定世界第一。截至2022年7月，三大運營商已建成5G 基站3.8 萬個，根據規劃到年底將建成13 萬個。由于5 G 信號頻率與部分地球站C 波段頻率重疊，衛星地球站C 波段下行信號較易受到同頻信號不同程度的干擾。5G 通信基站對C 波段衛星訊號干擾是非常嚴重的問題，希望行業人士共同努力，摸索制定一套行之有效的解決方案。

二、解決5G 干擾問題的技術原理

若無法通過調整C 波段衛星信號的下行頻率實現抗干擾，則需要通過安裝帶通濾波器，達到屏蔽5G 信號的目的。帶通濾波器具有過濾雜波、屏蔽帶外干擾的功能，帶通濾波器的工作頻率為3 700—4 200MHz，與C 波段衛星信號的下行頻率、5G 信號的工作頻率相同，因而可適配C 波段衛星信號的傳輸需要。在將帶通濾波器引入到C 波段衛星信號傳輸以后，即可發揮帶通濾波器在屏蔽帶外干擾方面的優勢，抑制5G 信號對C 波段衛星信號所造成的干擾。鞍山電臺使用的京信通信帶通濾波器是型號為FP-V500-OW05 的一體化高頻頭，這款集成的高頻頭功能較為強大，能夠發揮帶通濾波器在降低混諧波方面的作用，以有效抑制5G 信號對C波段衛星信號造成的不良影響。帶通濾波器的使用固然能夠起到較好的抗干擾作用，但是帶通濾波器會降低C 波段衛星信號的C/N 值，因而當C 波段衛星信號的功率不高時，需要通過加大C 波段衛星信號功率，才能夠使帶通濾波器發揮出較好的作用。

(一)安裝C 波段濾波器

濾波器作為頻率選擇裝置，可以將有用信號與噪聲分離，提高信號的抗干擾性能和信噪比；濾除噪聲的頻率成分，提高分析精度；分離單頻分量和復頻分量。濾波器插入損耗大于3dB 的頻率點稱為濾波器截止頻率。當頻率超過截止頻率時，濾波器將進入阻帶。在阻帶中，干擾信號將被極大削減。根據有效信號的帶寬，截止頻率應大于信號的帶寬，以保證有用信號不被削減；根據干擾信號的頻率，干擾頻率應落在濾波器的阻帶內；根據濾波器的選頻功能，分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。低通濾波器和高通濾波器是濾波器最基本的兩種形式，其他濾波器可分為這兩種類型。例如，低通濾波器和高通濾波器串聯用于帶通濾波器，低通濾波器和高通濾波器并聯用于帶阻濾波器等。

對于接收C 波段信號的衛星地面站，LNB 的工作頻率一般為3.4GHz—4.2GHz，衛星天線接收到的5G 信號也會被LNB 放大。由于5G 信號強度遠大于衛星信號強度，容易造成LNB 功率飽和導致接收機無法解調。因此，我們在feed和LNB 之間增加了一個分離濾波器，對3.4GHz—3.7GHz 頻段的5G 信號進行濾波。廣播電視地面接收站通過濾波和抗飽和措施，可以消除或防止5G 信號的干擾。5G 基站信號對地球站的干擾被抑制后，地球站接收到的信號能滿足GY/T148-2000《衛星數字電視接收機技術要求》的要求，并能滿足鞍山臺正常接收衛星信號的要求。C 波段衛星地球站濾波設備包括C 波段抗干擾衛星濾波器，配套的固定螺栓、螺母、轉接彎頭等安裝附件。分體式高頻頭與饋線之間有兩個獨立的部分，通過EIA 國際標準接口BJ40 接口連接。為了解決分裂型衛星的干擾問題，需要在高頻頭和饋源之間串聯一個具有BJ40 接口的抗干擾濾波器。由于安裝空間有限，需要在回饋雙極化衛星地面站安裝C 波段直角波導移相器。參考國家廣電總局規劃院發布的C 波段濾波器測試結果，設計C 波段濾波器的主要技術指標。

(二)濾波器集成高頻頭

高頻頭的作用是放大微弱的衛星信號，處理因傳輸不穩定引起的信號變形和干擾。每顆衛星通常有24 個頻道。為了充分利用這些通道，避免相鄰通道之間的相互干擾，通常采用單通道和雙通道分開的方式來傳輸不同極化方式的電磁波。因此，用于衛星地面接收的高頻頭(LNB)必須具有接收雙極化電磁波的能力，才能接收全部24 個頻道的節目。

C 波段雙極雙本振單輸出高頻頭主要用于衛星中頻分配系統。采用5 150MHz 和5 750MHz 的本振頻率分別對H、V 偏振信號進行處理。將3.6GHz—4.2GHz 范圍內的兩個極化信號分別轉換成950MHz—1 550MHz 和1 550MHz—2 150MHz 的非重疊中頻頻率，這樣就可以在同一饋線上實現傳輸，接收機可以同時接收兩個極化信號。這樣，高頻頭可以通過功分器向多個接收機提供無干擾接收(見圖1)。

圖1 衛星天線加載濾波器原理圖

濾波器一體化是指將高頻頭和饋源兩部分集成為一個整體來處理干擾問題，采用濾波器集成高頻頭(高頻頭LNB/LNA+ 濾波器)和分路饋電取代原有設備。由于廣播電視地面站的C 波段接收機通常通過L 波段信號線串并聯使用，應根據《C 波段廣播電視衛星接收站與5G 基站干擾協調實施辦法(試行)》來操作，從而避免5G 信號經變頻后電平過高，造成接收機輸入飽和。

三、5G抗干擾實踐過程

在排查和處理5G 干擾的過程中，為衛星天線加裝抗5G干擾帶通濾波器一體化高頻頭。在實踐中，集成濾波器一體化高頻頭能夠具有屏蔽帶外干擾的功能，且其群延遲、插損相對較低，工作頻帶處于3 700—4 200MHz，因此在處理C波段衛星接收受 5G 干擾方面有極強的優勢，可以完成對強帶外干擾(5G 信號所引起的)的有效抑制。對比5G 信號和C 波段衛星信號的頻帶范圍能夠了解到，二者勢必存在干擾問題，特別是會對電視廣播信號產生較大的干擾。因此，引入一定的抗干擾裝置，或是落實抗干擾措施是必然選擇。在衛星濾波器的支持下，當射頻信號進入高頻頭下變頻之前，由于 5G 信號所引發的帶外干擾得以控制，從而大幅降低了混頻諧波干擾的發生概率。

(一)C 波段5G 衛星接收受5G 干擾的常見排查方法

對系統內部進行排查的實際情況表明，5G 可能會對C波段信號產生干擾。在這樣的干擾排查中，相關人員需要觀察圖像信息，或是使用頻譜儀完成干擾頻率的檢測。當觀察到干擾情況后，相關人員需要立即對系統內部展開全面排查，檢查區域為除高頻頭之下變頻之后的整個系統，包括功分器、供電器等。在此基礎上，可以引入相關干擾，以此確定C 波段信號和高頻頭實際受到的干擾情況。

對干擾源進行猜測，在受到干擾之后發現，干擾的情況持續了很長時間，而且帶來的影響也很大。為了可以更加全面地了解天線平臺受到的干擾情況，可以對在正常播出中影響比較嚴重的頻點進行記錄，了解其干擾的狀況。經過觀察，就可以發現一部分C 波段信號受到的影響是非常大的，在低樓層受到的干擾會比高樓層更加嚴重。在觀測天線頻率的時候，可以看出會用的頻率屬于五千二兆赫的寬帶高頻頭，這個高頻頭的接收范圍是三千四兆赫到四千二兆赫，然后使用頻譜儀來對高頻頭下的信號進行觀察。我們主要對使用頻率較多的C 波段信號的中星6B 和中星6D 衛星安裝改造濾波器和高頻頭后的實際使用效果進行了評估。

(二)改造思路

電臺衛星接收分為主用衛星信號和備用衛星信號。衛星接收機主要有電平強度和信號質量兩個指標，我們主要觀察信號質量。測試開始時，將濾波器接到主用衛星接收高頻頭上，觀察記錄下主用衛星接收機的電平強度和信號質量。然后將濾波器接到備用衛星接收高頻頭上，觀察記錄下備用衛星接收機的電平強度和信號質量。再將衛星接收天線上的高頻頭取下，將濾波器集成高頻頭換上，然后重復上述動作；在每次的測試中，觀察記錄主用和備用衛星接收機的電平強度和信號質量。同時，監聽轉播信號聲音是否清晰正常，并且與聯通電信通信公司聯系，調整5G 基站信號強度，測試抗干擾邊界情況和確定干擾源。問題解決后，根據試驗方案流程對效果進行評價。

(三)改造步驟

第一步：將原來沒有加濾波器的衛星接收機電平強度和信號質量進行記錄，分別是電平強度90、信號質量68。轉播信號連續卡頓甚至偶爾失去鎖定。

第二步：分別給主備衛星接收天線的高頻頭加裝濾波器，再重新觀察記錄衛星接收機的指標，分別是電平強度90 左右、信號質量75 左右。衛星轉播信號偶爾卡頓。

第三步：分別將主備衛星接收天線高頻頭取下，安裝濾波器高頻頭一體機，再重新觀察記錄衛星接收機的指標，分別是電平強度90 左右、信號質量80 左右。衛星轉播信號正常，偶爾因干擾信號其質量掉到78 左右，轉播信號還是可以接收的。

(四)現場效果

通過實際測試，濾波器確實可以提高衛星接收信號的質量，而且集成的一體機效果更好。還有就是衛星接收機的電平強度不受干擾影響，信號質量必須達到80 以上，才能有足夠的余量，在通信公司的5G 干擾功率加大時仍然可以正常接收衛星信號(見圖2)。

圖2 信號質量提高后衛星接收機效果圖

四、結語

衛星接收系統采用濾波集成高頻頭改造后，5G 基站的干擾能得到明顯的屏蔽，干擾信號能得到很大的抑制，衛星機能夠正常接收和使用衛星信號。鞍山廣播電臺接收衛星信號能夠穩定正常使用，使轉播中央臺的節目得到了保障。在日常和國家重大時刻，電臺轉播報道具有傳統媒體的獨特地位，發揮專業傳播優勢，達到網絡直播難以企及的效果。在5G 通信的快速發展形勢下，鞍山廣播電臺依然能夠克服困難、解決問題，把中央的聲音傳播到千家萬戶。