5G 通信基站對鄰頻C 波段衛星地球站干擾的分析與處置研究

董金金

(新疆維吾爾自治區廣播電視局七六〇六臺,新疆 石河子 832000)

0 引言

信息技術的快速發展以及相關產業的不斷轉型升級,極大地促進了5G 技術的應用及發展。 現階段,國家對5G 系統使用頻率及工作頻段進行了明確的規劃,相應的頻譜分配方案逐步得到實施和落實。 從目前的分配情況可以看出,在C 波段的標準頻段及擴展頻段中,5G系統存在著一定程度的干擾現象,所以如何解決5G 系統信號對鄰頻C 波段衛星地球站所造成的干擾,成為5G技術發展中亟待解決的問題。 首先,需要對5G 系統與應受保護地球站之間的距離范圍以及影響因素等進行明確。 其次,對改善干擾的有效措施和建議進行探究和實踐,并進一步細化和完善干擾協調程序,確保各相關單位明確協調工作分工及自身職責,充分了解雙方協商補償內容及原則,從而使5G 系統運行所引發的相關行業紛爭得以有效解決,實現多方兼容共存,對5G 系統的可持續發展起到有力支撐作用。

1 5G 系統與C 波段衛星地球站共存狀況分析

1.1 C 波段衛星下行接收系統

衛星下行接收系統由衛星饋源、接收天線、高頻頭、衛星接收機、功分器等構成,如圖1 所示。

圖1 衛星下行接收系統

首先,衛星轉發的下行信號通過接收天線進行反射,并在天線焦點處進行匯聚,再利用饋源對所匯聚的信號進行饋送,由混頻器、低噪聲放大器、中頻放大器及本振等組成的高頻頭能夠對微弱衛星信號進行低噪聲放大,并根據其具體種類決定中頻信號范圍。 同時高頻頭對電磁波干擾較為敏感,現階段C 波段高頻頭工作頻段通常處于3 400~4 200 MHz,同時其功率增益為60 dB 左右,高頻頭組成如圖2 所示。 功率分配器能夠對一路輸入信號進行分配,使其能夠采用兩路或多路方式進行輸出。 利用衛星接收機,能夠對所接收的衛星信號進行解調,并對電視圖像和伴音信號或數據信號進行輸出[1]。

圖2 高頻頭組成

1.2 干擾衛星信號的因素

衛星信號不可避免地會受到廣電衛星傳輸系統運行環境及特點的影響,并受到外部環境如太空和地面等各種不可預見因素的干擾。 因此,需要對不同干擾因素的原理和表征進行分析,進而能夠正確判斷安全播出過程中的各種監測異態,及時制定相應的解決方案,保證衛星信號的上行播出效果。 另外,衛星信號受到的地面干擾主要包括地球站自身設備存在的雜波干擾、交叉極化干擾、電磁干擾以及互調干等;相鄰信息干擾及鄰星干擾的空間干擾;日凌、雨衰、衛星蝕以及電離層閃爍等的自然干擾。 惡意干擾則主要是不法分子的惡意破壞。 其中5G 通信基站所造成的信號干擾作為電磁干擾,屬于地面干擾范疇,主要表現為受到侵入播出系統的干擾信號,或串入下行接收系統的干擾信息的影響,對上行信號造成干擾,或對衛星信號接收和監測造成不利影響。

1.3 5G 頻率對C 波段衛星下行頻率的影響

C 波段的衛星地球站中通常采用標準波段以及部分使用擴展頻率,從現階段分配頻率范圍可以看出,5G頻譜會對衛星擴展C 波段下行頻率造成同頻干擾,尤其是中國電信和聯通所使用的頻段,現時也會對標準波段下行頻率造成鄰頻干擾。 同時兩個或多個信號因頻率相同而導致存在同頻干擾的現象,兩個或多個信號因頻率相近或相鄰而導致信號之間產生鄰頻干擾,對5G 信號干擾進行分析時,需要對其中存在的同頻干擾和鄰頻干擾加大研究力度。 另外,如濾波器性能無法充分發揮,會導致使用頻率帶寬侵入頻率相近或相鄰的信號,進而對頻率造成干擾[2]。

1.4 5G 基站信號與C 波段衛星下行信號比較

在無線電通信領域中,等效全向輻射功率主要是指某個指定方向上地面站或衛星站的輻射功率。 隨著C 波段衛星轉發器輻射功率數值的不斷加大,其到達地面的場強也不斷提高,同時衛星下行信號從太空下行于地面接收點的途中,存在自由空間傳輸損耗。 以中國聯通5G 基站為例,其帶內發射功率系統帶寬為100 MHz 時,其信號強度遠超衛星下行信號強度,所以5G 信號會對衛星地面接收系統造成一定程度的干擾,衛星站需要采取有效措施緩解信號干擾現象。

1.5 信號干擾

在高頻頭工作頻段內,5G 信號通過衛星接收天線侵入,會受其信號頻譜的影響,使5G 信號與衛星下行信號混合,此混合信號通過LNB 變頻及中頻放大再由接收機接收。 因與5G 信號相比,衛星信號相對較弱,高強度5G 信號進入高頻頭扣,會導致工作狀態飽和,造成阻塞干擾或飽和干擾現象,進而對其他C 頻段正常信號的接收造成不利影響。 另外,當LNB 內的干擾信號功率超過一定數值后,會造成飽和干擾現象,同時電平輸入過高也會造成衛星接收機中上述干擾現象。

1.6 衛星地球站上行業務受到5G 信號的影響

由于C 頻段衛星上行頻率與5G 信號之間不存在重疊,5G 信號也不會對其造成干擾和影響,通常受到影響的主要為衛星地球站的下行信號,同時不利于衛星地球站針對其上行信號播出情況進行下行監測和接收,同時對衛星廣播電視上行播出安全造成間接影響[3]。

2 5G 信號對C 波段衛星地球站干擾排查的有效措施

以某地廣播電視衛星地球站為例,它采用的主要為中星6A 的C 波段,并采用衛星廣播電視數字收發專業設備及先進的衛星天線群,其中下行頻率為3 700~4 200 MHz、上行頻率為5 925~6 425 MHz。 另外,饋源主要包括一幅下行單收天線、五幅采用后饋方式的大口徑上下行雙向天線以及八幅采用前饋方式的單收天線。

2.1 5G 信號干擾

隨著5G 基站建設力度的不斷加大,為了切實保障衛星廣播電視播出的安全性,需要對5G 通信信號加強關注,加強跟蹤基站啟動后對衛星接收頻譜所造成的變化,確保5G 干擾現象得到及時發現和處理。 另外,在衛星接收系統監測的下行頻譜圖中存在極微弱的信號干擾,因干擾信號較弱,對衛星信號的正常接收未造成不利影響。 同時可以判斷此類干擾信號極可能為5G 基站信號。

2.2 全方位搜索和檢測5G 信號

為了全面了解和掌握C 波段地球站周圍環境中的5G 信號,需要全方位搜索和檢測周邊信號情況。 同時結合實時頻譜檢測情況進行分析可以發現,對地球站信號造成干擾的主要來自中國電信和中國聯通的5G信號,同時終端流量與頻域中5G 信號分布密切相關。

2.3 排查衛星下行接收系統干擾

因C 波段衛星地球站下行頻譜與中國聯通的5G頻譜接近,導致極易產生鄰頻干擾,所以衛星地球站可與運營商加強協商溝通,了解和掌握其周邊基站的布局情況,同時要求其在測試工作中提供支持。 同時,在測試過程中,通過開啟衛星地球站周邊范圍內5G 基站的方式,對衛星系統受到的最大干擾狀況進行測試。 另外,因測試所采用的天線安裝位置及離地高度存在差異,并且觀測天線指向及范圍也有所不同,導致觀測結果缺乏可比性。 與小口徑天線相比,大口徑天線因指向性好、波束較窄等優勢,在抗干擾能力方面效果更明顯。

3 5G 信號對C 波段衛星地球站干擾的有效處置策略

現階段我國相關部門與各大運營商對相關基站干擾協調實施方法進行了研究和制定,通過實施辦法的試行,能夠對運營企業和C 頻段衛星接收站加強指導和規范,同時通過有效保護措施的應用,最大限度地減少廣播電視相關系統所受到的5G 信號干擾。

在具體防護措施中,需要采用綜合實施方式,最大限度地降低5G 信號進入C 頻段衛星接收系統的信號強度。 首先,可采用C 頻段濾波器加裝的方式,此方式通過相關測試可以看出,雖簡捷易行,但抗5G 干擾能力不足,因此需要在此基礎上,有效組合一個或幾個防護措施。 其他措施包括以下幾種:采用帶濾波功能的窄帶高頻頭更換;L 頻段濾波器加裝;降低5G 基站發射功率,或更改5G 基站安裝位置,或調整天線下傾角和最大輻射方向;加裝衛星接收天線屏蔽網;更改衛星天線安裝位置,或提高衛星天線的旁瓣指標[4]。

電視衛生地球站為了有效保障衛星廣播電視播出的安全性,需要嚴格依照工信部及相關部門的要求,與衛星地球站衛星天線實際情況相結合,對保護情況進行報備;對衛星接收信號誤碼率、下行信號信噪比以及接收衛星頻譜加強監測;與5G 運營商加強聯系,了解和掌握相關干擾數據;結合基站實際情況,與生產商加強技術交流。

衛星地球站可與基站實際運行情況相結合,根據實際受干擾情況,按照干擾協調協議加裝C 頻段濾波器。 現階段某電視衛星地球站除了兩幅天線因安裝位置不合適之外,其他12 幅天線進行了濾波器安裝,在此基礎上,對站內已加裝了濾波器的各天線頻譜進行觀測,發現其中無干擾信號存在,呈現出良好的過濾效果,并且能夠有效濾除處于3 700~4 200 MHz 的帶外干擾信號[5]。 另外,對濾波器安裝前后的衛星接收機信噪比值進行檢查比較,能夠發現安裝濾波器后接收衛星信號誤碼率、電視節目畫面等均未有異常狀況出現,說明濾波器安裝與防護要求相符合。

4 5G 信號干擾跟蹤及抗干擾效果分析

完成上述處置措施后,在持續一段時間內,通過全面檢測某電視衛星地球站的鄰近5G 信號,對干擾信號的變化情況及驗證抗干擾效果進行跟蹤,可以記錄和獲得最新的5G 信號實時頻譜。 同時從所得到的5G 信號實時頻譜中可以看出,與采取有效防護措施前相比,中國電信5G 信號頻譜有著明顯的差異,而中國聯通的5G 信號頻譜沒有明顯變化。 另外,通過與5G 終端的有效連接,在5G 終端進行滿負荷下載時,基站頻率加大,導致5G 終端號功率大幅度加大,使干擾信號強度明顯提升,而對電視衛星地球站的衛星接收系統頻譜進行觀察可以發現,其未存在明顯干擾現象,則可以說明此電視衛星地球站初步解決了5G 信號干擾問題。

5 結語

目前,5G 技術的快速發展極大地推動了5G 系統的運營和發展,大幅度提高用戶量和流量,加大了5G基站的發射功率,同時也加劇了對鄰頻C 波段衛星地球站所涉及頻段的下行信號干擾問題。 因此需要跟蹤觀測衛星地球站實時頻譜變化,結合實際情況,采用相應的解決處置對策,并對系統進行全面評估測試,如C頻段濾波器加裝后,抗5G 干擾效果不明顯,則需要通過窄帶高頻頭更換、L-Band 濾波器加裝等措施的應用,進一步降低干擾現象。 另外,如果上述措施仍無法抵抗5G 信號干擾,可采用調整5G 系統輻射方向、降低5G 基站發射功率、更換基站位置等方式,有效消除衛星接收系統受到的干擾,對衛星廣播電視播出安全予以有效保障。