5G基站对C波段卫星接收系统的干扰分析及解决方案探讨

2021-03-20刘凌江西广播电视台播出部南昌市330000

江西通信科技 2021年1期

刘凌江西广播电视台播出部南昌市 330000

张翼中国移动江西公司网管中心南昌市 330000

0 研究背景

在信息通信技术飞速发展的当今时代，各大运营商全面铺开5G技术的商用化建设，紧锣密鼓地布设5G基站，建设5G传输网络。截止到2020年底，我国新建的5G基站数量达到58万个。5G基站的大规模商用大大方便了人们的生活，但在5G规模应用推进建设期间,多地广播电视机构报告指出5G基站对广播电视安全播出、监测监管造成了严重干扰。C波段广播电视卫星接收台(站)信号源，多省级有线网络总前端主用中央和地方卫视台的3400MHz-4200MHz频段卫星信号源因受5G基站干扰，无法正常接收信号，出现信号中断、画面黑场、马赛克等现象，影响《新闻联播》等重要节目的转播，影响数千万用户收听收看，用户投诉激增。多地监测台使用3400MHZ-4200MH频段接收到的卫星信号受到干扰，无法正常监测广播电视声音、画面，造成监测监管手段失效。部分无线转播台（站）因条件所限只具备接收3400MHZ-4200MHz频段卫星信号的能力，在被干扰的情况下面临停播风险。经当地无线电管理部门紧急协调关停相关5G基站后，上述干扰严重的问题部分得到了解决，还有的尚未彻底解决。随着后续5G基站的大规模部署，如果不采取切实有效防范措施，做好协调处置工作，5G干扰对广播电视安全播出造成的影响将更加严重。

1 干扰原因分析

在国内，广播电视接收卫星信号主用C波段的中星6A和中星6B卫星。C波段的下行频率为：3625MHZ-4200MHZ，而四大电信运营商5G频谱分配从频率上来看，中国电信获得的3400MHz-3500MHz 5G频谱和中国联通的3500MHz-3600MHz 5G频谱，与卫星C波段下行3625MHz-4200MHz非常接近。四大运营商5G频谱划分和C波段的下行频率如下图1所示。

图1 四大运营商5G频谱划分和C波段的下行频率

广电行业所使用的高频头频率工作范围大多是在3400MHz～4200MHz之间，由于5G基站发射的信号强度要远高于C波段卫星信号，而宽带高频头的接收范围与中国联通和中国电信的5G频谱刚好有部分重叠，因此5G信号很容易干扰附近的C波段卫星接收台（站）的信号，容易产生邻频干扰、同频干扰，造成卫星接收机不能正常锁定信号，从而导致严重的误码，造成马赛克、画面黑场等现象，影响信号的正常接收。如图2所示，使用频谱分析仪测试被干扰信号，波形出现异常尖峰。

图2 干扰波形示意图

2 解决方案探讨

为保护C波段广播电视卫星接收系统免受5G基站干扰、保障安全播出,相关部门可以采用一定的行政手段来协调解决，另外，受影响相关单位也可以采用一定的技术手段来规避此问题。

从行政方面来看，工信部发布了《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》[1]，给出了相应的协调解决办法和建议方案。管理办法指出，“5G基站设置、使用单位应该按照‘频带外让频带内、次要业务让主要业务、后用让先用、无规划让有规划’的原则”。受到5G干扰的卫星接收台（站）应积极与运营商进行沟通协调解决，并将协商进展情况向当地无线电管理机构报备。

从技术方面来看，加装带通滤波器，更换卫星接收机的高频头为窄带高频头，加装物理隔离阻断网，调整5G基站天线最大辐射方向和降低5G基站发射功率等方法能有效抑制干扰源。

2.1 加装抗5G干扰滤波器

在原有的卫星天线馈源和高频头之间加装带通滤波器，在高频头下变频放大前过滤5G信号可有效减少干扰的影响。带通滤波器只接收通带内的信号，过滤通带宽度外的信号，强化带外抑制指标，可防止由带外强信号产生的混频谐波干扰，明显地屏蔽5G信号的干扰，使得卫星地球站、卫星接收台能够正常接收使用卫星信号。

某厂商的抗5G干扰滤波器幅频特性图如图3所示，对频率范围在3700 MHz～4200 MHz信号的衰减几乎为0，而对该频带外的信号衰减很大，能有效抑制干扰。

图3 某厂商抗5G干扰滤波器的幅频特性图

2.2 更换为窄带高频头

高频头（LNB)是Low Noise Block的缩写，即低噪声下变频器，它的作用是把高频率的卫星信号进行下变频，并放大接收到的卫星信号。将原有的宽带高频头更换为窄带高频头，可以有效避免来自相同或者相邻频段、信号强度更高的5G信号的电磁干扰，从而保证C波段信号的正常接收。

某厂商的窄带高频头带外抑制图如图4所示。对频率范围3700 MHz～4200 MHz的信号几乎没有衰减，对低于3600 MHz的射频信号，衰减值约为45dB，而对于频率低于3500 MHz的射频信号，衰减值约为57dB，可以有效抑制轻微的电磁干扰。

图4 某厂商的窄带高频头带外抑制图

2.3 采用搭载带通滤波器和窄带高频头一体化的抗干扰设备

对于一些干扰比较严重，加装带通滤波器或者更换为窄带高频头后仍然受到干扰的情况下，可以采用搭载带通滤波器和窄带高频头一体化的抗干扰设备来尝试解决。

2.4 加装物理隔离阻断网

采取上述方法仍无法消除干扰，可以尝试加装物理隔离阻断金属网或者天线罩。物理隔离阻断网阻隔干扰信号原理如图5所示。

图5 物理隔离阻断网阻隔干扰信号

首先，定位干扰的来源，在频谱仪输入口接入一根C波段的天线，测试出干扰电磁波的方位。其次，在朝向干扰源方向的接收天线附近，架设金属网反射或者吸收干扰波，从而减弱干扰。需注意的是金属网架设方位不能挡住卫星信号的传播方向，且高度应超过卫星天线，另外金属网孔孔径应合理设计以避免干扰波漏进金属网。如果干扰不太严重，且天线非一锅多星，可以在垂直于抛物面的天线外沿，加一圈金属带作为天线罩来阻断干扰。

2.5 调整5G基站天线最大辐射方向

卫星信号是来自星空中的人造地球卫星转发的，5G信号是通过地上5G基站发射出来的，因此，它们的传播角度是不一致的。在距离5G基站较远的情况下，可以采取调整5G基站天线最大辐射方向（调整天线位置）等措施来缓解干扰。由于大规模天线的应用，5G基站可以调整其中的几个天线，尽量让其不指向受干扰的C波段接收台（站），进而能抑制干扰源。