C波段卫星接收信号抗5G干扰分析及解决方案

曹勇

摘 要 文章介绍了5G信号对C波段卫星接收天线的干扰，通过实验测试结果，分析卫星接收天线受干扰类型，从理论上证实卫星天线高频头所受干扰为5G信号的强功率引起的非线性饱和失真；解决方案初步为加装带通滤波器，使用专业测试仪器对器件进行测试分析，通过指标比较改进带通滤波器结构，最终实现解决干扰问题，以及后期环境恶化解决手段。

关键词 5G；滤波器；高频头；非线性饱和失真；增益；衰减；驻波比；插入损耗；带肩指标；多径

中图分类号 TN92 文献标识码 A 文章编号 2096-0360（2020）23-0021-03

伴随国家5G技术的全面发展，各地5G发射基站开始大规模建设，其中5G信号发射频带范围为联通3 500MHz～3 600MHz、电信3 400MHz～3 500MHz、移动2 515MHz～2 615MHz，在其信号覆盖范围内，会对同频或临频无线信号造成干扰；我国对卫星信号使用频率规定为3 400MHz～4 200MHz（2019年前）[ 1 ]，其中联通、电信的5G信号频带范围恰巧在卫星信号接收频带范围内，为解决信号间的干扰，卫星信号接收频率调整为3 700MHz～4 200MHz，以避免同频干扰；但是，在实际应用中通过移频是否能完全能避免5G信号对卫星接收信号的干扰呢？答案是否定的，移频不能彻底解决卫星接收干扰问题，这就要求从其他途径，如加装前级滤波器、更换窄带高频头、加装滤网等方面考虑解决。

1 5G对卫星接收干扰试验

在卫星移频后（3 700Mhz～4 200Mhz）我们联合5G基站使用方对5G信号是否对卫星接收造成影响做了测试实验。首先逐个开启5G基站，然后从低功率逐渐递增，测试完一个基站后关闭该基站，再进行下个基站测试；再依据测试结果（对卫星接收不造成影响的发射功率）逐个开启5G基站，直到对卫星接收造成影响；测试发射功率设置为100W、150W、200W；测试结果表明5G基站发射功率为200W、150W、100W时对卫星接收信号有明显影响。我们通过频谱分析仪获取卫星受干扰频谱，如图1。

在中心频率1 550MHz至1 750MHz频谱明显杂乱无序，明显为5G信号混进卫星高频头后形成，产生非线性饱和失真；对于1 350MHz至1 550MHz信号虽然没有出现明显被干扰显示，但是卫星接收机接收的信号图形出现明显马赛克或大面积花屏，更甚者解不出图像。

经由上述测试结果分析：5G基站对卫星接收信号的影响在200W、150W、100W发射情况下干扰明显，我们使用的高频头频点范围为3 400MHz～4 200MHz，5G信号发射频率在高频头接收频点范围内，初步分析为5G强干扰信号引起卫星天线高频头非线性饱和失真，造成卫星信号接收异常；初步分析为5G信号发射功率过强，造成图像马赛克、花屏、甚至不能锁定信号。

2 干扰方式的理论分析

我们使用的卫星天线为后馈天线，高频头（LNB）其增益62dB，P1dB压缩点为10dB，当进入LNB的5G信号高于10-1-62=-53dB就会出现饱和失真现象；在卫星接收天线周边分布的5G基站目前最近的一个为1.8公里，发射天线增益15dB，根据微波自由空间衰减公式：L=32.4+20㏒F+20㏒D（F为发射频率MHz，D为距离km）L=32.4+70.95+5.11=108.46dB，基站发射功率为100W：则可得卫星接收天线处自由空间中5G信号强度为：50+15-108.46=-43.46dB；从计算的理论数值比较，5G基站发射的微波信号功率远超卫星天线高频头正常接收功率，造成高频头非线性饱和失真是必然现象[ 2 ]。

3 初步解决方案

目前卫星接收频率调整为3 700MHz～4 200MHz，5G信号基站发射频率3 500MHz～3 600MHz已经在卫星信号接收频带外，因此，解决功率过高引起高频头饱和失真可以使用带通滤波器，通过滤波器将3 700MHz～4 200MHz以外频率滤除，以改善卫星天线高频头因功率过高而引起的饱和失真，这样就可以在不更换高频头的情况下解决5G信号对卫星接收天线的干扰问题[3]。我们选择了两款滤波器：3 625MHz～4 200MHz和3 700MHz～4 200MHz（当时卫星天线需要接收境外节目，其频点在3 641MHz左右）带通滤波器，我们使用矢量网络分析仪监测滤波器性能指标，如图2。

图2是3 600MHz～4 200MHz滤波器检测图和实物图，其插入损耗（在选点范围内）最大值为0.7541dB，在4 200MHz频点；驻波比最大值在选点2、3之间为1.19，与其实物标称值小于等于1.3相符，在其他各点位都低于1.2；带外抑制度在小于等于3 600MHz时大于60dB，满足实物标志，同时满足我們对5G信号过滤、屏蔽需求。

图3是3 700MHz～4 200MHz滤波器检测图和实物图，其插入损耗（在选点范围内）最大值为0.666 3dB，在3 700MHz频点；驻波比最大值在选点5处为1.14，与其实物标称值小于等于1.2相符，在其他各点位都低于1.2；带外抑制度在小于等于3 700MHz时大于55dB，与其标称值大于等于60dB有所差距；但是基本满足我们对5G信号过滤、屏蔽需求。

加装滤波器后，我们对卫星接收信号是否继续受到5G信号干扰再次做了联合测试，结果滤波器的加装对卫星天线受5G信号干扰有了明显改善，但是，不同工作频带的滤波器其滤波效果不尽相同，有的滤波器还是会受到干扰，将滤波器全部更换成3 700MHz～4 200MHz（此时卫星信号都已经移频到3 700MHz以上），要求对3 700MHz～4 200MHz带外抑制度要提高，特别是大于4 200MHz外频点需要提高，测试带肩指标越陡峭越好，如图4。

图4是3 700MHz～4 200MHz改进后滤波器，从其测试图形可以看出，其带肩陡峭，明显比先前滤波器效果更佳，驻波比接近1，插入损耗0.07dB，带外抑制度大于70dB，但是，从频谱看其平坦度低于改进前的滤波器，但是，其带肩陡峭度远优于改进前滤波器，特别是在4 200MHz高频点处（在4 200MHz高频点外有未知干扰）。

图5左图使用频谱分析仪监测，无带外杂波干扰；右图在1 500MHz～1 650MHz处有杂波干扰，但是此细小干扰不会造成卫星天线高频头接收信号失真，不会引起卫星接收机受到干扰；左图是中星6B频谱图，右图是亚3S频谱图，两星接收天線均为7.5米后馈天线，高频头、滤波器使用相同品牌器件，6B为东经115.5°，亚7为东经105.5°，方位角相差10°，仰角相差1.58°，6B正前方35米处有一高楼（高100米左右），会遮挡部分5G信号；此高楼在亚3S左前方，对卫星天线不造成正面遮挡；由此可见处于不同空间分布中的5G信号在空间中所造成的影响是不相同的。

4 结语

对于目前5G基站的建设还处于建设中，以后5G基站会越来越密集，5G信号会全面覆盖各处空间，对于我们卫星信号使用者而言，会处于到处被5G信号包围中，基于微波信号空间传输特性（衍射、反射、多径等），随着5G的高速发展，我们卫星信号会受到更大干扰，单纯的滤波器能否解决卫星接收干扰问题还是未知数，因为，目前的5G信号不能通过滤波器全面滤除（虽然对卫星接收不会造成致命影响），而且，目前还是5G处于建设期，信号没有完全覆盖，如果到5G正式运营时，5G基站的建设密度还要继续加大，5G信号的空间传输会更加复杂，对卫星天线的接收会造成更大影响，上面提到的亚3S就是明显例子；如果单纯依靠滤波器不能根本解决5G干扰问题，那么我们会继续考虑继续加装窄带高频头，将3 400MHz～4 200MHz高频头更换为3 700MHz～4 200MHz高频头，进一步对5G信号做滤除处理；如果还会有带外干扰（不会造成高频头非线性失真）我们可以考虑在中频电缆处再增加滤波器，以此改善信号质量；如果单纯以滤波器方式不能解决5G干扰问题，最后我们考虑架设滤网，以滤网屏蔽5G信号进入卫星接收天线天线面，以此达到解决5G干扰卫星信号接收的目的。

参考文献

[1]江晓林，杨明极.通信原理[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

[2]郭庆，王振永，顾学迈卫.星通信系统[M].北京：电子工业出版社2010.

[3]谢益溪.无线电波传播——原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2008.