浅谈5G信号干扰C波段卫星信号接收的监测与处理

李仁杰，彭 璐，许柳竣熙

（云南广播电视台，云南 昆明 650000）

1 5G信号干扰现象

2019年下半年，云南广播电视台新台站点的C波段卫星接收系统传输的中星6A的卫星节目发生异常，间断出现马赛克、黑屏等故障。在排除了卫星接收系统自身的故障以及恶劣天气导致的信号异常后。我方怀疑新台周边的电信和联通5G信号干扰了C波段卫星信号的接收，理由为以下三点。

第一，卫星信号可能是受到了同区域内其他电磁信号的干扰。卫星信号和5G信号的传输都依赖于电磁波的传播，由于电磁波的传播具有开放性，卫星天线在接收有用信号的同时，还会收到一定距离范围内符合接收性能的其他信号。当时我台使用的C波段LNB（低噪声变频放大器）的工作频率范围是3.4～4.2 GHz，电信及联通5G基站的工作频率范围是3.4～3.6 GHz。5G基站工作频率范围处于C波段LNB工作频率范围内，所以C波段卫星天线有可能收到一定范围内5G基站发出的信号，从而形成干扰。第二，中星6A天线的接收方向上存在其他电磁信号干扰。卫星接收天线为定向天线，只有当电磁波来自特定的方向时，天线收到的信号特别强，而几乎无法接收其他方向的上的电磁波。所以，在中星6A天线的接收方向上可能存在的5G信号干扰了正常信号的接收。第三，信号故障是间断发生的，说明干扰并不是一直存在的。可能由于当时5G基站处于测试阶段，5G发射机未一直开启，当其开启时，卫星信号受到干扰，当关闭时，干扰消失。

为此，我方及时与电信、联通公司相关部门联系，了解到当时电信公司在新台周边开启了5G基站，联通公司的5G基站还未开始建设。为了确认信号异常是否由于天线周边存在5G信号干扰，同时进一步了解5G干扰可能造成的后果，我方与电信、联通协调进行了相关测试。

第一次测试，电信公司技术人员携带频谱仪对5G信号进行扫描，在新台的卫星天线处能够扫描到5G信号。当关闭距离最近的5G发射基站时，频谱仪未扫描到5G信号，卫星节目恢复正常。重新开启5G发射基站，中星6A信号被干扰，出现黑屏、马赛克故障。由此可以确定，此前导致中星6A信号异常的原因是5G信号干扰。且5G信号干扰存在方向性，只有当卫星天线的方位、俯仰、极化所处的角度存在一定强度的5G信号时，卫星信号才会受到干扰。

第二次测试，联通公司技术人员在新台卫星天线处搭建临时的5G基站。当基站开启时，中星6A和中星6B所有节目同时出现严重马赛克、绿屏现象，基站关闭后，节目恢复正常。因为临时的5G基站位于卫星天线正前方，中星6A和中星6B天线同时受到干扰，临时基站与卫星天线距离近，受到的干扰较之前的明显增强。

2019年时，新台周边的5G基站刚刚投入建设，5G信号覆盖不全，只有中星6A的信号受到干扰。之后，随着周边5G基站与5G用户的逐渐增多，导致中星6B、亚洲5号、亚洲6号、亚洲7号等其他天线的信号也受到了干扰，且干扰较之前的更加严重。但各天线受到干扰情况不一，部分天线信号出现马赛克异常，部分天线信号无法锁定。总体来说，当C波段卫星信号受到5G信号干扰较弱时，卫星接收机检测到误码，节目出现轻微马赛克或者短暂黑屏等。当5G信号干扰变强时，卫星接收机显示误码率升高，出现严重马赛克、绿屏现在，甚至节目失锁。

2 5G信号干扰监测

卫星天线通过金属抛物面将接收到的电磁波反射到馈源和LNB，C波段LNB（本振为5.15 GHz）将信号放大变频后，传输到下级设备。我台接收的C波段卫星节目的下行频率为3.7～4.2 GHz，下变频后变为0.95～1.45 GHz，5G信号下变频后变为1.55～1.75 GHz，如图1、图2所示。

图1 5G、C波段信号频段

图2 经LNB变频后的频段

由于LNB会对5G信号进行放大，可以利用天线后端的频谱仪来监测进入到系统内部的5G信号频谱，可直观判断系统内部的5G信号干扰的强弱。一般而言，进入卫星接收系统的5G信号强度越大，系统受到的5G信号干扰越严重。给出文中全部频谱图像的频谱仪均使用以下配置：Sweep_mode：continuous_sweep；

sweep_type：FFT；RBW：300 kHz；VBW：1 kHz。

通过频谱仪可以观察到卫星信号频谱与5G信号频谱有明显区别，图3所示为正常的亚洲5号水平极化的广播电视节目频谱，图4所示为5G信号频谱。由于卫星上传输的广播电视节目相对固定，一个节目复用流占用一个固定的频率和带宽，卫星发射机的功率也保持相对稳定。所以，在连续扫描模式下，广播电视节目的波形清晰，每个波占用的带宽固定，且功率也保持相对稳定。5G信道中任意时刻传输的数据由用户行为决定，流量大小随之变化，5G信号的功率也会改变，所以5G信号频段的频谱杂乱且功率快速浮动。

图3 广播电视节目频谱

通过监测1.55～1.75 GHz频段的功率大小，可以直观判断经LNB放大后的5G信号功率。图4中超出1.55～1.75 GHz频段且与5G信号频谱相似的部分应为5G发射机的带外辐射。发射机在发射有用信号时会产生带外辐射，它包括由于调制引起的邻频辐射和带外杂散辐射[1]。当卫星信号和干扰信号的电平都很低，进入卫星接收系统的所有信号的合成信号幅度小于卫星接收系统的电路的线性范围时，卫星接收系统是一个线性系统。5G发射机发出的带内5G信号和带外辐射信号与卫星信号频段相邻，会对卫星信号产生邻频干扰。当进入到卫星接收系统的5G信号电平过高，导致最终合成信号的幅度超过电路的线性范围时，此时的卫星接收系统是一个非线性系统，在非线性电路中，卫星信号可能被高电平的5G信号抑制，产生阻塞干扰。非线性电路会使信号产生幅度和相位失真，导致信号间相互作用，从而形成新的干扰信号，产生交叉干扰[2]。

图4 5G信号频谱

3 5G信号干扰处理及结果监测

由于C波段的卫星节目频段与5G信号频段不重叠，可以通过抑制天线接收到的5G信号来消除、降低干扰。实施方案为在天线的馈源和C波段LNB之间加装C波段滤波器（工作频段为3.7～4.2 GHz）。如若效果不佳，可在此基础上，将普通的LNB（工作频段为3.4～4.2 GHz）更换为滤波型LNB（工作频段为3.625～4.2 GHz），如图5所示。

图5 抑制5G信号的实施方案

根据以上方案，分别在4副天线上加装C波段滤波器或者更换滤波型LNB，设置四组对照试验，通过观察5G信号频谱，检验方案对5G信号的抑制效果，并寻找其他可能影响5G信号干扰强弱的因素。实验中使用到的天线、C波段滤波器及滤波型LNB的品牌、型号相同。4副天线均位于新台站点，位置相近，其中，1、2、4号天线位于平台上方，前方无阻挡，3号天线位于平台下方，前方有墙体阻挡。除4号天线设置了不同的观测时间外，其余天线的观测时间一致。

第一组，使用1号天线（亚洲5号水平），对比该天线只加装滤波器和同时加装滤波器、更换LNB两种情况。效果如图6、图7所示：卫星天线同时安装滤波器和更换LNB，比只加装滤波器对5G信号的抑制效果更佳。且在只加装滤波器情况下，卫星机偶尔会观察到误码。第二组，使用2号天线（亚洲7号水平）和3号天线（亚洲7号水平，前方有墙体阻挡），同时加装滤波器。效果如图8、图9所示，在不影响卫星信号接收的情况下，天线前方的墙体可以有效降低进入卫星接收系统的5G信号强度。第三组，对比图6、图8，位置相近的两副天线，由于天线所对的卫星不同，导致天线的方位、俯仰、极化不同，收到的5G信号强度不同，加装滤波器后，抑制效果有明显差别。第四组，使用4号天线（亚洲5号垂直），加装滤波器，分别在白天和凌晨两个时间点进行监测。效果如图10、图11所示，凌晨5G信号的强度较白天明显减弱。

图6 1号天线（加装滤波器）

图7 1号天线（加装滤波器、更换LNB）

图8 2号天线（加装滤波器）

图9 3号天线（加装滤波器，有墙体）

图10 4号天线（加装滤波器，白天）

图11 4号天线（加装滤波器，凌晨）

由上可得结论：加装滤波器以及更换LNB，都可以起到抑制5G信号的作用，但无法完全隔离5G信号，双重抑制效果更佳。同一站点的不同天线由于所对卫星不同、周边环境不同导致收到的5G信号强弱不同，应根据实际情况选择处理方案。凌晨5G信号强度减弱与在线5G用户减少、5G流量降低有关。C波段卫星天线受到的5G信号干扰会随着5G用户及流量的增多而增强。

4 偶发问题的处理

加装滤波器和更换LNB之后，新台的5G信号干扰问题得到极大改善。但在白天时段，CCTV3、5、8三套高清节目依然会出现轻微马赛克，卫星机检测到误码，观察同一天线极化上的其他节目并未发现异常。经过对系统进行梳理，发现这三套节目的卫星机均位于同一个功分器之后。

图12 卫星接收系统

同一个卫星极化上转发的广播电视节目数量较多，为保证天线后端的使用需求，卫星机一般前置一分八或者一分十六功分器。功分器可将一路信号输入分配为多路信号输出，分配时信号会有衰减，为补偿信号衰减，功分器具备放大功能。经检查，CCTV3、5、8三套高清节目的卫星机前置一分十六的功分器，为保证信号强度，增益设置为+19 dB。在保证节目正常接收的条件下，尝试取消增益，误码问题解决。在卫星接收系统中，除LNB外，还会存在多级放大器，放大器在放大卫星信号的同时也会放大5G信号，5G信号强度增大可能会造成干扰，导致卫星信号异常。在保证节目正常接收的情况下，尽可能降低放大器增益可以减弱进入系统中的5G信号强度，避免干扰产生。

5 其他保障方法

根据工业和信息化部发布的《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》，除了加装滤波器、更换LNB，还可以采取加装屏蔽网，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降低、消除干扰[3]。

除了降低、消除干扰的办法，可以采用以下方式对信号进行多重保障。一是对重大会议、活动的直播传输，卫星信号采用C、Ku双波段保障。Ku波段频率高，不易受到地面其他信号干扰，但Ku波段信号降雨衰耗远大于C波段信号，所以C、Ku波段信号可互为备份。二是同一C波段信号可采取多站点异地保障。由于节目制播、卫星发射、微波发射等业务所需的地理环境不一样，台内的各传输站点分散在不同位置。不同站点周边的5G基站覆盖进度参差，导致不同站点受到的5G信号干扰不一致。部分偏远站点由于人流稀少，未进行5G信号覆盖，卫星信号接收也不会受到干扰。可使不同站点接收同一卫星信号，再通过站点间原有的光纤链路和微波通道进行传输，实现异地备份。三是多种传输方式共同保障，积极运用互联网传输渠道。根据实际的使用需求，可同时使用卫星、微波、IP专网传输等方式，除此之外，也可充分利用互联网资源，通过有线（网线、光纤）、无线（4G背包、5G背包）的方式进行传输。互联网传输的优点在于成本低，接入方便，随着互联网技术的提高，安全也可以得到保障。

6 结束语

5G信号会对同区域内的C波段卫星信号造成邻频干扰、阻塞干扰、交叉干扰。干扰的强弱会受到卫星天线方位角、俯仰角、极化角以及5G基站的远近、发射功率、辐射角度的影响。可以通过卫星天线后端的频谱分析仪观察进入卫星接收系统的5G信号干扰信号的强弱。通过安装滤波器，更换LNB，可抑制进入卫星接收系统的5G信号，从而降低干扰，但无法完全消除5G信号的干扰。

未来，我们将持续关注LNB接收精准性提升、滤波器的滤波功能增强等相关技术性改革，并将其运用到广播电视卫星节目接收领域，最大可能地实现无线电业务系统与5G系统间的兼容共存。