5G 通信基站对 C 波段卫星地球站干扰 分析及解决

5G 通信基站对 C 波段卫星地球站干扰分析及解决

刘祥超

山东广播电视台

【摘要】由于中国联通、中国电信的5G通信基站通信频段与C波段卫星下行频段相邻，因此对相应的卫星地球站接收信号造成严重的邻频干扰。本文主要以工信部发布的相应管理办法为主要依据为中国联通、中国电信5G通信基站对于C波段卫星接收地球站造成的邻频干扰提供相应的解决方案。

【关键词】5G通信基站，C波段卫星地球站，邻频干扰

Interference Analysis and Solution of 5G Communication Base Station to C-band Satellite Earth Etation

Liu Xiangchao

(Shandong Radio and Television Station)

Abstract As the 5G communication base station communication frequency band of China Unicom and China Telecom is adjacent to the C-band satellite downlink frequency band, the corresponding satellite earth station receives signals with serious adjacent frequency interference. In this paper, the corresponding management methods issued by the Ministry of industry and information technology are the main basis for China Unicom and China Telecom 5G communication base station to provide the corresponding solutions for the adjacent frequency interference caused by the C-band satellite receiving earth station.

Keywords 5G communication base station,C-band satellite earth station,Adjacent frequency interference

0 引言

第五代移动通信(5G)技术，是现代工业、智能化发展等新型产业的关键基础设施，5G技术标准的制定以及全面领先将会促进我国向世界制造业强国看齐，促进国家发展。因此国家大力发展5G通信技术，并且有意向提升5G为国家战略。

1 存在的干扰情况

5 G牌照的正式发放，5G通信即将开始大规模商用，越来越多的城市开始大规模建设5 G通信基站，各大电信运营商也加紧布局各大城市中心城区的站点设置。然而，各电信运营商获得的5G频率资源（中国电信:3400-3500MHz，中国联通：3500-3600MHz，中国移动：4800-4900MHz），对于依法设置的3400－4200MHz频段范围内的卫星地球站，固定业务站和射电天文台等传统业务频带重叠，5G基站发射可能会对其接收产生同频干扰、邻频干扰和减敏干扰（图1）。不远的将来，5G网络建设必然全面铺开，各台站有必要及早考虑其干扰的预防解决措施。为此工信部专门发布《3000-5000MHz频段第五代移动通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调管理办法》并且给出了相应的干扰协调解决办法和管理方案。本文主要以此为主要依据为中国联通、中国电信5G通信基站对于C波段卫星地球站造成的邻频干扰提供相应的解决方案。

图1 各运营商5G频段与C波段卫星下行频段

2 现实情况分析

笔者工作工作单位为山东广播电视台下属的中波发射台，主要负责播出山东广播电视台的三套广播节目，由于历史原因该中波发射台现处于济南闹市，为严重的电磁干扰区。该中波台节目信号源主要有四路信号源，第一路信号为光纤信号源，该信号为常用信号源；第二路信号源为4.5米接收天线接收卫星信号源，该信号源为第一备用信号源；第三路信号源为3.5米接收天线接收卫星信号源，该信号源为第二备用信号源；该两路卫星信号源全部来自中星6B，其下行频率为3834MHz。第四路信号源为调频信号源，该路信号源为第三备用信号源。四路信号源信号输出信号一直比较稳定。但是自从2019年下半年来在实际工作中屡次发现两路卫星信号断续的受到强烈的干扰，导致接收信号强度变弱无法正常被解调，给安全播出造成严重的隐患。干扰现象首次出现后我们工作人员首先排除日凌现象的影响，然后又排查整个接收链路（高频头，传输线，卫星接收机，信号放大器，信号切换器，音频处理器）引入干扰的可能，判断为高频头以及C波段信号受到的干扰可能性比较大。因为这个时间段，全国陆续有城市开通5G通信试运营，本工作单位又收到电信运营商关于开展5G通信业务可能会对C波段卫星信号接收造成干扰影响的通知函。笔者第一时间查阅相关资料了解各电信运营商关于5G通信基站信号发射情况，知道中国联通、中国电信5G通信基站会对于C波段卫星地球站造成的邻频干扰。因此我们工作人员第一时间猜测此类干扰应该为电信运营商5G通信基站造成的干扰。

3 干扰信号的猜测验证

该发射台接收的两路共六套卫星信号源均受到强烈电磁干扰导致无法正常解调。猜测判定两个卫星接收锅的两个高频头都串入强烈的同频率或者邻频率的干扰信号。当2020年1月2日上午10时左右干扰信号出现时，工作人员用频谱仪测量LNB接收到的信号，发现载波功率值、载波形状均正常，但载波频谱上会出现微小“毛刺”，干扰功率不高但随机出现的频次较高，位置也不固定（图2）。卫星接收机解码异常应该由这些“毛刺”干扰引起。再用频谱仪随机观察频带上其他几个点的频谱情况：无论是基底信号还是载波信号，“毛刺”都有出现，似乎整个下行频带上都有这个干扰。因下行载波功率值、链路增益等正常，说明整个接收、放大链路设备功能基本正常。应该是系统内部一些比较特殊的情况引入了干扰。通过频谱仪测量观察发现3500〜3600MHz频段内存在极高功率的信号，此频段正好为中国联通5G信号基站下行频段（图3）。此时电话联系中国联通历城区工作人员，得到的答复是中国联通相关工作人员正在我发射台南附近400m左右处的5G信号基站进行实验测试，并且测试功率信号开的比较大，实验测试将会进行两个小时左右。下午13时左右，卫星干扰信号消失。由此验证了之前猜测5G信号基站对C波段卫星下行信号干扰是正确的。

图2 干扰情况示意图

图3 3500〜3600MHz频段内5G下行信号频谱

4 干扰信号的解决方案

工信部发布的《3000-5000MHz频段第五代移动通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调管理办法》附件1<5G基站与卫星地球站干扰协调程序一、干扰保护标准>中对于5G基站给卫星地球站造成的干扰给出了相应的干扰协调解决办法和管理方案。该附件中表明对于依法设置的3400〜4200MHz频段范围内的卫星地球站，如果5G基站发射可能会对其接收产生同频干扰、邻频干扰和减敏干扰，建议采取为地球站加装滤波器或更换高频头、地域隔离、加装屏蔽网、降低5G基站发射功率及调整5G基站天线最大辐射方向等综合措施缓解或消除干扰。我们尝试着对该管理办法中给出的解决方案一一加以解释说明。

4.1 加装滤波器或更换高频头

根据国际电联ITU-R S.2199-0报告，当卫星地球站接收到的干扰信号总功率超过-60dB时，将产生饱和干扰，导致卫星地球站无法正常工作。在正常的情况下，C波段卫星下行频率实际使用信道主要在窄带C波段范围，即3.7-4.2GHz范围，与5G信号是邻频关系。但早期配备的C波段接收LNB（低噪声变频放大器）多是全频带C波段范围，即3400〜4200MHz。使得5G下行信道（中国电信:3400〜3500MHz，中国联通：3500〜3600MHz）落入了LNB的工作频带。C波段卫星信号相对于5G通信试验信号而言非常微弱，这时，除了5G信号在接收频段内的杂散发射能量成为噪声影响信号信噪比外，干扰信号还可能通过使放大器进入饱和区这种方式（如此例）影响信号质量。在全频带C波LNB之前加入窄带C波段滤波器，或者直接使用窄带C波段LNB，抑制进入LNB的5G干扰电平水平，可以有效缓解以上两种干扰情况。并且也是最经济最行之有效的解决办法。

4.1.1滤波器方面

中国联通济南分公司根据工信部发布的管理条例要求为我发射台提供了相应的窄带滤波器，其型号为Norsat的BPF-C-1U（图4），从其幅频特性（图5），可以看到虽然滤波器引入了0.6dB的插入损耗，但其在3400〜3500MHz频段有-70dB的抑制度，在3500〜3600MHz频段也有-60dB的抑制度。安装测试后发现即使选择合适的窄带滤波器，其消除干扰的效果也不是特别满意，尤其是在3600MGHz频率附近的节目业务。并且对现有高频头加装窄带滤波器还出现两个主要问题：1）滤波器重量较重，对馈源支撑杆负重太大；2）5G信号仍可能从滤波器与高频头的表面缝隙引入，经多次尝试，笔者找到了用铝箔纸包裹表面缝隙的方法来避免5G信号串入高频头，但其缺点就是夏季气温过高，可能会影响高频头的性能，甚至会带来安全隐患

4.1.2高频头方面

加装窄带滤波器的解决方案，性价比不高，更换成本太大，而且存在安全隐患，所以并不是最佳方案。笔者又尝试将宽带高频头（频率范围3400〜4200MGMHz）更换为窄带高频头（频率范围3700〜4200MGHz），观察发现，其带外信号抑制能力满足需求。经实际测试发现，无论从频谱图像表现还是信号指标上看，使用窄带滤波器确实能够较好地屏蔽5G信号，而且窄带高频头的重量轻，对馈源支撑杆的负重少，关键是性价比高，易于推广实施。根据实际测试结果，将宽带高频头更换为窄带高频头，是解决当前遇到的5G信号干扰问题的最佳选择。

图4 高频头滤波器BPF-C-1U

图5 高频头滤波器BPF-C-1U幅频特性

4.2地域隔离、加装屏蔽网

工信部发布的管理办法中指出对于工作在3700〜4200MHz频段的卫星地球站，如果卫星地球站已采用滤波和抗饱和措施且指标满足相关要求，工作在3400〜3600MHz频段内的室外5G基站的协调区可减小为以卫星地球站为中心、半径100米的圆形区域，否则协调区为以卫星地球站为中心、半径2公里的圆形区域；因为由于历史原因该发射台处于人口稠密的市区，同时该地区5G通信基站建设分布必不可少，无法满足该协调区的实现。并且目前已存在的基站正好在接收天线朝口方向一致，加装屏蔽网有可能会屏蔽相应卫星信号。因此地域隔离和加装屏蔽网对于本发射台都不适用。

4.3降低5G基站发射功率及调整5G基站天线最大辐射方向

在实际工作中台领导多次与移动运营商协商，在满足其覆盖要求的情况下，尽量减小基站的输出功率，调整其天线的最大辐射方向和下倾角，使指向受干扰卫星天线的天线增益最小，发现在其减少功率和调整5G基站天线最大辐射方向后，本台卫星接收信号受干扰程度明显降低。

因为卫星接收系统输入信号强度很低，灵敏度极高，应综合利用各种手段措施才有可能是正常信号接收达到满意的效果。因此本发射台最终采取了更换窄带高频头，同时联系中国联通方面降低5G基站发射功率以及调整5G基站天线最大辐射方向。最后实际接收卫星信号接收达到比较令人满意的效果。

5 结束语

随着5G通信基站的大规模建设布置，5G干扰地球卫星站C波段信号将是广电行业技术人员一个持久的工作任务和课题，并且不同干扰强度、不同区域都有不同的处置手段需要大家不断实践、摸索，这就要求行业工作人员互相交流经验共同解决干扰问题。通过本发射台解决干扰问题的过程中中国联通济南历城分公司给予的高度帮助，笔者还感悟到在发射台平时工作中要尽可能的同周边工作单位和周边群众搞好关系以有助于在碰到特殊时期能顺利开展工作。希望本文能为碰到同样干扰问题的有接收C波段卫星信号需要的单位提供解决方案。