抗5G 干扰滤波器对C 频段卫星通信站性能影响分析

田兆平，赵乾宏，丁 冉，刘明波

（中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214431）

0 引言

随着5G 基站在国内的大规模部署，5G 信号干扰C 波段卫星通信站下行信号的现象会越来越严重，C波段卫星通信站急需安装抗5G干扰滤波器。本文重点对某型号抗5G 干扰滤波器对C 频段卫星通信站性能的影响进行了对比分析和评估验证。

1 5G 移动通信及频率分配

第五代移动通信技术（5th Generation mobile networks，5G）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G、3G 和2G 系统之后的延伸。5G 网络的主要优势在于数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10 Gb·s-1，比4G LTE 蜂窝网络快100 倍[1]。

2018 年底，中国移动、中国电信、中国联通三大运营商获得5G 中低频段试验频率使用许可证，2019 年6 月，中国广电获得5G 700 MHz 频段运营权，具体的5G 频率分配情况如表1 所示。

表1 中国5G 频率分配一览表

从表1 的频率分配表来看，中国电信3 400～ 3 500 MHz 和中国联通3 500～3 600 MHz 这两个频段的5G 信号，其频率正好在C 频段低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）的接收频率范围（3 400～4 200 MHz）内。中国电信和中国联通这两家运营商分配的频段号一致，均为n78，所在地区实际5G 网络基站部署时，这两家运营商也遵循基站和频率共享的原则[2]。

2 C 频段卫星通信地球站相关情况

C 频段卫星通信地球站的链路由上行支路和下行支路组成。其中，上行支路传输路径为Modem-上变频器-高功放-卫星通信天线，下行支路传输路径为卫星通信天线-LNA-下变频器-Modem，具体的信号连接关系如图1 所示。目前该C 频段卫星通信地球站LNA 使用的频段是3 400～ 4 200 MHz，5G 移动通信主要干扰卫星通信的下行支路。卫星C 频段信号相对5G 基站的信号非常弱，而LNA 引入强度较高的5G 信号，可能导致其工作在饱和状态，从而影响C 频段正常信号的接收。根据国际电信联盟无线电通信部门（ITURadiocommunication Sector，ITU-R）的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-60 dBm，将产生饱和干扰，导致卫星地球站无法正常工作[3]。因此，为了避免5G 频率对卫星通信地球站的干扰，在接收支路加装滤波器，过滤掉5G 对卫星通信的干扰信号，是一个合理可行的方案。

图1 卫星通信地球站设备连接关系图

3 抗5G 干扰滤波器对C 频段卫星通信站性能的影响分析

3.1 抗5G 干扰滤波器选择

为了5G 移动通信系统的顺利实施，同时为了保障原有卫星地球站频率的合法使用，2018年12 月20 日，工业和信息化部印发了《3 000～ 5 000 MHz 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》（以下简称《干扰协调管理办法》）的通知。《干扰协调管理办法》建议要避免5G 信号对现有C 频段卫星接收信号的干扰，在实际应用中需避开5G 频段中的3 400～ 3 600 MHz 频段[4]，有两种方法，一是在LNA 前增加窄带滤波器，二是使用窄带LNA。

本文主要考虑在LNA 前加装窄带滤波器的解决办法。窄带滤波器选择波导腔体结构，利用折叠腔或电容加载可以实现。波导腔体可以选择膜片或者双杆形式，为了减小长度，可以进行折叠操作。也可以利用简并模设计成多模滤波器，多模滤波器的一个谐振腔可以代替多个谐振腔，这样可以缩小滤波器的尺寸，达到小型化，以减少重量以及成本[5]。本文选择谐振腔多模滤波器，主要性能指标如表2所示。

表2 抗5G 干扰滤波器主要性能指标

抗5G 干扰滤波器的实物外形如图2（a）所示，用标量网络分析仪测试出的带阻曲线如图2（b）所示。由带阻测试曲线图可看出，光标1 处频点 3 600 MHz 的带阻达40.802 dB，带外抑制较好；光标2 处频点3 625 MHz 的带阻只有0.451 dB，光标3 处频点4 200 MHz 的带阻只有0.377 dB，该带通滤波器3 625～4 200 MHz 的通透性较好。

图2 抗5G 干扰滤波器

3.2 C 频段卫星通信站加装抗5G 干扰滤波器前后的性能比较

为验证C 频段卫星通信站接收支路在LNA 前加装抗5G 干扰滤波器的效果，特别进行了加装抗5G 干扰滤波器前后的性能比较，以便更直观地了解加装抗5G 干扰滤波器后，滤波器对C 频段卫星通信站性能的影响。主要进行了以下测试。

3.2.1 加装前后抗5G 干扰效果比对

加装抗5G干扰滤波器前，对3 400～4 200 MHz 载波频谱进行了测量，结果如图3（a）所示。加装抗5G 干扰滤波器后，在同样条件下进行频谱测试，结果如图3（b）所示。

图3 加装抗5G 干扰滤波器前后抗5G 干扰效果对比图

由图3 可以直观地看出，该抗5G 干扰滤波器对3 400～3 600 MHz 频段的5G 干扰信号有较好的带外抑制作用。

3.2.2 加装抗5G 干扰滤波器前后的卫星信标电平变化

加装抗5G 干扰滤波器前，对信标进行了测量，结果如图4（a）所示。加装抗5G 干扰滤波器后，在同样条件下进行信标测试，结果如图4（b）所示。

由图4 可知，加装滤波器前4 198.5 MHz 信标电平为-54.43 dB，加装滤波器后4 198.5 MHz 信标电平为-55.12 dB。加装滤波器后，信标信号衰减了0.69 dB，与抗5G 干扰滤波器的插入损耗技术指标0.7 dB 保持一致。

图4 加装抗5G 干扰滤波器前后卫星信标电平变化对比图

3.2.3 加装抗5G 干扰滤波器前后的载波电平变化

加装抗5G 干扰滤波器前，对载波电平载噪比进行了测量，结果如图5（a）所示。加装抗5G 干扰滤波器后，在同样条件下进行载噪比测试，结果如图5（b）所示。

由图5 可知，加装滤波器前的载波电平载噪比为16.2 dB，加装滤波器后的载波电平载噪比为16.09 dB。加装滤波器后，载波电平载噪比衰减了0.11 dB，可见滤波器的带通效果较好。

图5 加装抗5G 干扰滤波器前后载波电平载噪比变化对比图

3.2.4 加装抗5G 干扰滤波器前后卫星通信天线性能的变化

由于抗5G 干扰滤波器安装于接收支路馈源网络与LNA 之间，故主要影响卫星通信天线接收支路的性能，主要包括天线增益和天线G/T值。天线增益指标要求为天线G/T值（单位：dB·K-1）的指标要求为。根据加装抗5G 干扰滤波器后的天线方向图，经计算，得出加装抗5G 干扰滤波器后的天线接收增益如表3 所示，加装抗5G 干扰滤波器后的天线G/T 值如表4 所示。由表3 和表4的结果可知，加装抗5G 干扰滤波器，对卫星通信天线的接收支路性能稍有影响，但均能满足卫星通信天线的性能指标要求。

表3 加装抗5G 干扰滤波器后的天线接收增益

表4 加装抗5G 干扰滤波器后天线的G/T 值

4 结语

随着5G 基站在国内的大规模部署，中国电信和中国联通的5G 信号对C 波段卫星通信站下行信号的干扰会越来越严重。本文重点针对安装了某型号抗5G 干扰滤波器的C 频段卫星通信站，详细分析了安装抗5G 干扰滤波器前后的干扰效果和性能影响，证明加装抗5G 干扰滤波器后能够有效抵抗5G 干扰，并且C 频段卫星通信站相关性能指标仍能满足技术指标要求。该抗5G 干扰滤波器可以作为C 波段卫星通信站有效的抗5G 干扰 设备使用。