5G基站对通信卫星的干扰解决方案分析

彭 戈，杨 耀，帅彬彬，魏镜西

（中国移动通信集团设计院有限公司湖北分公司，湖北 武汉 430024）

1 5G基站对通信卫星的干扰问题

1.1 干扰问题

干扰问题主要是在正常的播音过程中，C波段卫星接收机的输出信号出现明显卡顿现象，这种卡顿说明正在使用的卫星网络下行信号受到严重干扰，此类干扰会对信号处理和发射产生不同程度的影响。因此按照卫星接收机的输出信号与卡顿现象展开初步判断之后分析卫星系统链路是否有技术问题，此时对接收系统进行排查但未发现故障。因此说明C波段高频头接收信号可能受到干扰。C波段卫星接收系统内部的链路包括抛物面天线和功分器等设备所组成，其中抛物面卫星接收天线将卫星信号汇聚到一个交点之后，此时卫星信号会进行重新分配，接收机接收的卫星信号可以进行解调处理。

从当前国内和国外的研究成果当中，我们可以了解到5G基站天线模型的相关特征，并且根据天线模型与增益分析业务的结果来探讨可能出现的业务干扰问题。假设卫星轨道倾角为零，赤道平面与轨道平面保持重合状态下，地球自转周期、这个卫星轨道周期会保持相同的旋转方向。目前对地静止轨道卫星负责相关的卫星业务，按照不同的组网方式和应用模式差异，不同频段的卫星业务规模和业务类型有所不同，例如以话音为主的通信业务或备份系统等，有着各自应用领域。按照速率的划分，还可以将卫星固定业务划分为窄带和宽带两种类型，各类宽带业务在近几年得到较快发展，特别是基于IP的业务已经开始逐渐转向为点到多点的通信。如果是数据中继卫星系统，那么还可以减少数据传输过程当中的轨道覆盖率过低情况的出现。

考虑到频段使用和卫星系统的兼容性要求，在一些具有遮挡的区域毫米波频段信号受到阻挡衰减情况明显，在传输过程当中会限制信号与卫星接收端的连接过程。根据这些内容以及业务保护要求，我们可以将5G基站对通信卫星的干扰问题研究作为重点，无论是单点干扰还是集总干扰都应该作出正常评估，在必要时还应确定卫星系统在某一频段与信号共存的可能性。

1.2 确定干扰源

在经过一段时间的观察和评估之后，了解到卫星接收机系统的信号强度保持正常，在出现信号卡顿之后，卫星接收器的误码率会有下降情况。此时可以确定有5G测试基站的干扰，不仅载波强度下降，且在某些频段的底噪抬升情况比较明显，如果5G基站暂停之后，干扰现象也会随之消失。

从5G信号的角度分析，没有终端使用流量业务使得基站发射的信号同步较快，也是干扰卫星接收的主要因素。且5G基站发射的信号与使用终端连接并处于满负荷状态时，发射机功率最大，且所有功率都与终端相连接，带宽占用量明显[1]。

从基本原因来看，卫星系统宽带高频头的接收频率范围为3.4～4.2GHz，按照干扰现象，C波段信号受到的干扰是5G试验信号，其频段和卫星C波段的工作频段在部分区域重叠，下变频电路出现饱失真问题，饱和干扰现象明显。所以在5G基站试验信号处于工作状态下，卫星天线的下变频接收的5G信号强度会直接导致下变频电路处于饱和状态，信号接收异常。

1.3 干扰源解决方案

根据协调解决办法和建议方案，在目前的情况下，可以采用窄带滤波器或更新标准高频头两种方式进行干扰控制。从频谱和图像表现与信号指标的分析结果状态使用窄带滤波器在经济成本上优势明显。

窄带信号特征并不稳定，会出现动态变化，但如果使用传统滤波方法对此类不可逆变特性进行处理效果有限，单纯采用信号特征进行掩盖会导致明显的信号滤波误差，因此会选择其他的技术措施[2]。在干扰源控制方面，C波段卫星天线在正常工作状态下，能够借助监视器完成卫星接收机使用状态的评估，通过安装在高频头和馈源之间的窄带滤波器来实现，从而排除5G网络信号对卫星接收机产生的影响。值得一提的是，在某些干扰环境下，窄带传输信号和视频信号具有震荡特征，利用小波变换的理论思想对环境下窄带信号进行分解之后，能够让滤波器的中心频率跟随着窄带信号的频率而改变，能够有效滤除窄带信号面临的各种干扰。当然，假设在C频段滤波器安装之后5G干扰仍然存在，那么基于卫星业务的安全保障要求，需要进行干扰排查并明确后续的解决流程与抗干扰方案。

2 5G频段传播毫米波特性研究

2.1 自由路径损耗

由于当前通信系统的基本传播依据仍然是根据信道的传播特性确定通信系统的总体能力和信号传播质量，所以在空间环境比较复杂的情况之下信道传播具有一定的随机性，特别是在传播频率达到某个阈值之后，5G基站对毫米波传播特性的评估工作意义突出。我们所说的毫米波波长为1～10mm，此类电磁波的工作频率在微波频段和红外线频段中间。在出现通信行为之后，自由空间路径损耗开始出现，电磁波在通过自由空间后，必然会产生信号强度损失。这些损失内容存在于地面至空间的通信环节。我们利用自由空间路径损耗分析基站对卫星业务的干扰之后，可以经过公式计算出具体的取值范围。

2.2 地物损耗

链路计算和地物损耗之间存在着密切的联系，例如地面的树木或建筑物都会产生附加损耗。

2.3 降雨衰减

在不同范围内的测量数据基础之上，可以研究毫米波的降雨衰减模型，不同降雨量产生的衰减数据不相同，而毫米波频段的雨衰会更加明显。

2.4 大气衰减

大气衰落对干扰信号的衰减作用同样非常显著，在进行分析的过程当中，应该考虑到某些参数可能产生的干扰影响。例如氧气层高度、大气折射地球半径、理论状态下的氢气层高度、大气密度等。不过在毫米波传播特性当中大气衰减产生的影响较小，在某些链路预算当中可以被忽略。

3 5G基站和通信卫星业务共存模式

3.1 链路分析

在链路分析的过程当中，确定性分析、仿真性分析和外场测试是当前业务共存模式干扰研究的常用方法，如果建立一条点对点的链路对系统特性进行评估之后，就可以实现链路级和系统级的仿真运作。而根据干扰类型进行划分，可以划分为单点干扰和集总干扰。目前的单点干扰以及小基站干扰程度较轻，室内干扰通常情况下影响范围都在卫星抗干扰的限制要求之内，这说明干扰问题可能并不会对卫星有关业务的正常运行产生严重影响。但由于单点干扰是集总干扰产生的基础，因此在出现干扰后仍然要对干扰情况展开定点分析，确定卫星接收到的IMT干扰功率。但是在产生集总干扰之后，问题会更加严重，此时不仅要考虑到卫星覆盖区域内的基站干扰问题，还应确定在不同干扰条件下基站的工作状态，即每一个基站对卫星的干扰数量以及基站位置，通过比较最大干扰功率和集总干扰功率的差异，判断地面部署对卫星固定业务产生的干扰是否影响两者之间的共存。

3.2 系统共存研究

基于毫米波传播特性，我们可以利用几种分析方法研究某一频段IMT干扰固定卫星业务的具体结果。按照全向天线参数和实际卫星覆盖信息利用干扰分析方法得到系统仿真参数，之后将干扰余量变化趋势进行评估，分别分析雨衰与非雨衰状态下的参数变化。如果是雨衰状态，那么卫星受到干扰降低，原因在于系统传播路径衰减严重，产生的影响更小；反之在非雨衰状态下，由于系统传播路径衰减有限，卫星受到干扰的可能性更高。当雨衰状态或是非雨衰状态下卫星固定业务受到的干扰情况能够处于要求的范围，那么说明两者之间可以进行业务共存。

4 结束语

今后数据业务将始终保持稳定的发展趋势，高频段也是5G极力争取的重点频段。在未来5G大规模商业应用之后，使用C波段卫星信号的用户必然会受到影响，正是考虑到这一潜在干扰国家广播电视总局也与运营商联合发布了干扰协调实施办法。在对5G基站以及卫星接收机的干扰现象进行分析之后，能够通过相关的技术手段完成信号干扰控制工作。与此同时，干扰共存业务研究也不再是单独的场景简单对比，而是通过链路计算和仿真对比的信息展开路径损耗和技术参数的综合评估。