5G信号对广播电视卫星地球站的干扰研究

【摘要】随着网络信息技术的发展，以信息技术为核心的产业展示出了规模化发展趋势，这也为5G技术的应用与拓随着网络信息技术的发展，以信息技术为核心的产业展示出了规模化发展趋势，这也为5G技术的应用与拓展创造了必要条件。为支持5G产业发展，我国颁布了针对5G系统频率的使用规划，明确5G系统的主要工作频段包括3400 MHz至3600 MHz、4800 MHz至4900 MHz等。本文以此为背景，首先分析了广电卫星地球站（下文统称“地球站”）受到的干扰情况，然后介绍了排查干扰的方法，包括通过测试链路、搜索等方式排查干扰信号，最后提出应对5G干扰的措施，为读者提供借鉴。

【关键词】广播电视；5G信号；卫星地球站

中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.13.005

经过多年发展，我国关于5G基站的抗干扰保护距离规范已趋于完善，5G基站保护的细则和抗干扰协调程序更加清晰，参与方的职责分工也更为明确。完善的政策不仅有利于协调解决5G系统方面的纷争问题，还能够促进行业有关人员在分歧上达成一致，为5G网络系统的高质量发展夯实基础。本文以广电卫星地球站为研究对象，围绕5G可能给地球站造成的干扰展开了讨论，以供参考。

1. 卫星地球站干扰分析

由于地球站所处环境较为复杂，因此，其信号受到干扰的情况无法避免，只有了解干扰的原理及表现，才能够做到及时发现、准确判断播出异态，通过采取恰当应对措施，将信号上行播出所受到影响降至最低[1]。地球站常见的干扰包括大气干扰、天气干扰、电磁干扰等，其中，大气电离层、大气层和对流层等均有可能引起信号传输中的干扰，例如，大气对无线电波产生反射和折射，导致信号的传播路径发生变化，影响信号的接收质量。雷暴、暴风雨、大雾等恶劣的天气条件也会对地球站的信号传输产生影响，例如，暴风雨可能导致信号被遮挡或衰减，影响信号的传输质量。电磁干扰则是指来自其他无线电设备或电磁源的信号影响地球站的正常工作，导致信号接收质量下降或信号中断。频谱干扰可以理解为在信号传输频段内出现其他无关信号，导致信号接收端无法正确识别和处理信号，干扰正常的信号传输。总之，地球站可能受到的干扰种类繁多，需要在设计和运行过程中充分考虑各种干扰因素并采取相应措施，以保障信号传输的质量和稳定性。

2. 5G信号干扰的排查及应对

2.1 排查方法

排查5G信号干扰的工作，通常需要按照既定流程展开。首先需要建立测试链路，按照要求设置标准的通信环境，以便于技术人员监测和评估信号表现，为后续的干扰检测提供可靠的基准。随后，再使用专业的频谱分析工具检测异常信号，筛查出可能会造成干扰的信号。如果筛查发现存在干扰信号，技术人员应尽快通过现场调查、与周围其他无线设备的交互分析，追踪和确定干扰的源头，尽快找到确切的干扰源，采取适当的措施消除或减少干扰，确保地球站稳定可靠运行。

2.1.1 建设链路

地球站应密切关注卫星情况并获取完整接收频谱，确保信号质量和实际覆盖范围与要求相符。日常工作中，可借助频谱分析仪监测卫星信号各项参数，根据监测结果，对信号质量还有特征作出判断，及时发现并消除干扰因素。通过远程接收信号的设备，了解卫星轨道各项参数、当前天线指向角，对设备中频带宽、本振频率进行调整，达到快速锁定、实时跟踪卫星信号的目的，并在跟踪的过程中，如实记录包括误码率、信号强度在内的各项指标。参考信号强度所发生改变，对设备增益进行调整，控制信号输出变化幅度，以避免由于信号强度不符合要求，导致出现噪声或是失真的情况。引入先进的极化旋转器，基于极化形式、信号角度等信息，确定极化方向，保证方向与计划状态高度契合，由此将极化损失等问题出现的概率降至最低。

为了解5G信号干扰地球站的机制和程度，需要沿地球站建设测试5G信号干扰的链路，定期组织开展干扰测试，测试干扰信号的频率及波段，根据测试所得到信息，制定针对性防护方案。对于建设测试链路，先要选择满足测试要求的场地，保证场地环境噪声、距离等条件均符合有关规定，随后，通过基于电信设备打造模拟器，对信号各项发射参数进行模拟，获得多种工作场景及模式[2]。下一步，将模拟调制方式、频率等信号接收参数的地球站模拟器安装在测试场地附近，按照要求连接两个模拟器之间的隔离器、同轴光缆等线路，测试开始后，仔细观察地球站模拟器情况，如实记录模拟器显示信号数据，结合频率所表现出变化趋势，对信号干扰情况做出准确判断。

2.1.2 搜索信号

该项工作需借助频谱分析设备，在测试各频率信号所表现出功率的前提下，对比5G、卫星信号所表现出频谱特征，确定受干扰频段、干扰严重程度。此外，频谱分析设备的作用还包括在定向耦合器、方向性天线的配合下，对干扰距离及方向加以确定，通过更改天线增益或是指向，减弱地球站受到的干扰[3]。该环节同样可以引入对干扰因素具有抑制效果的技术，确保经过预处理的信号不会受到5G的影响。例如，根据地球站实际情况增设滤波器，由滤波器视情况对参数加以调整，由此消除5G影响。具体来说，就是通过监测输入信号的特性，动态地调整其滤波特性，以适应信号环境的变化，从而实现对干扰信号的抑制。再比如，以多个天线接收的信号或是在不同时间点接收的信号为依托，通过空时处理算法，对5G信号、卫星信号进行分离，在此基础上，通过对信号做加权、相位调整处理，达到抑制5G信号或是强化卫星信号的目的。

2.1.3 排查干扰信号

地球站是保证广播电视节目顺利播出的关键设施，主要负责卫星信号的转发与接收，其中，下行接收系统扮演着至关重要的角色，能够直接影响信号整体质量，倘若信号被5G所干扰，将有可能出现信号模糊失真、传输被迫中断的问题。有关人员出于提高信号整体质量的考虑，提出了24 h监测系统的建议，重点关注信噪比以及误码率，对系统被干扰程度加以判断。通常情况下，误码率超出允许范围、信噪比低于预期水平，均代表5G可能正在干扰系统运行，工作人员应当通过频谱分析仪针对系统输入信号展开详细分析，观察信号频谱中是否存在异常峰值，如果发现存在异常峰值，则表示系统正受到5G的干扰。系统构成见图1。

确认系统受到5G干扰后，应当尽快确定给系统造成干扰的5G频率和强度，为后续分析干扰源做准备。实际工作中，先要借助专业设备处理系统输入信号，通过对滤波器对应频带加以调整的方式，使5G得到分离。随后，再借助最新功率计测量5G，对其实际干扰强度做出判断。在完成上述一系列工作之后，采用方位角仪和定向天线设备对方位角进行测量，以此捕捉5G信号的传播方向。具体操作时，先确保方位角仪与定向天线设备之间的连接正确无误，通过必要的校准，以确保测量数据的准确性。随后开启设备，观察方位角仪显示屏上所记录的方位角度数，结合已经获取的地理坐标信息和已知的距离数据，通过三角测量或几何定位的方法，大致确定干扰信号源头的地理位置。该项工作涉及复杂的计算，需要多次测量以验证数据的准确性，操作人员需具备一定的专业知识和经验，以便能够对方位角仪和定向天线设备进行有效的操作，确保定位结果的可靠性，准确锁定干扰源位置，为后续的干扰消除或调整措施提供重要依据。

2.2 应对措施

2.2.1 加装信号反射网和屏蔽器

为应对5G对地球站的干扰问题，可以采用两种不同的技术措施——信号反射网和信号屏蔽器。

（1）反射网

市面现有反射网均为金属反射网，支持电磁波的反射，可主动或是被动消除干扰。实际工作中，工作人员需要结合卫星天线实际角度、朝向，对符合现场情况的反射网类型及各项参数加以确定，通过将反射网安装在卫星天线附近或是前方，打造可以有效阻隔5G信号的屏障。5G信号到达该区域后，反射网将第一时间发现信号，通过吸收或是反射的方式，避免5G信号接触卫星天线，导致卫星天线性能、运行状态受到影响。实践经验表明，反射网的优点在于不会干扰附近无线设备，无需使用电源，不需要定期维护。

（2）屏蔽器

信号屏蔽器的原理是通过发射与目标信号频率相近或是相同的干扰信号，使目标信号被屏蔽或抑制。在选择屏蔽器时，应当考虑地球站当前频段，完成设备选型后，将设备固定在卫星天线的周围，确保其屏蔽范围与卫星接收区域完全重合。5G信号进入屏蔽范围后，通常等待一段时间便会彻底淹没在干扰信号之中。该设备相较于其他设备的优势主要体现在三个方面，一是成本低，二是屏蔽效果较为理想，三是操作难度小。需要注意的是，该设备同样存在较为明显的缺点，即：设备处于工作状态时，有一定概率干扰附近无线设备，因此，如果决定使用该设备，工作人员需要制定科学规划并加大管理力度。

2.2.2 改用窄带高频头配合滤波器

（1）窄带高频头

该组件主要用于接收和发送无线电信号，通常由射频前端、射频调谐器、射频放大器等部件组成。射频前端负责接收和发送无线电信号，射频调谐器可以调整接收和发送的频率范围，射频放大器则可以增强信号的强度，确保信号的稳定传输。该组件在无线通信系统中扮演着至关重要的角色，可以实现信号的接收和发送，保证通信的稳定性和可靠性。

近几年，随着无线通信技术的发展，窄带高频头的性能不断提升，现代窄带高频头具有更高的灵敏度、更广的频率范围和更低的功耗，能够更好地适应复杂的通信环境。作为卫星天线不可缺少的部分，高频头的功能在于把卫星信号从射频信号转换为中频或是低频的信号，通过放大和滤波处理，使得后续接收机能够更好地解调和解码。结构如图2所示。

除特殊情况外，高频头对应工作频率均在3400 MHz至4200 MHz之间，5G信号频率则在3400 MHz至3600 MHz之间，为解决频率重合问题，可以改用接收3700 MHz至4200 MHz这一范围内C波段信号的窄带高频头。

（2）带通滤波器

滤波器的本质是电子器件，特点在于能够以信号的频率为依据，有针对性地阻止部分信号，同时放行其他信号。对本文所讨论的卫星天线而言，出于降低5G干扰的考虑，可将该器件加装在高频头与既有馈源之间，保证仅有频率与要求相符的信号可以顺利通过该器件。带通滤波器的工作原理是基于信号的频率特性进行筛选，该设备具有特定的通带和阻带，只允许通带频率范围内的信号通过。在调频调制（FM）和调幅调制（AM）等模拟调制系统中，该设备用于选择特定的调制信号，滤除其他频率范围的信号，确保信号的质量和稳定性，在数字通信系统中，该设备可以帮助选择特定的频率范围内的数字信号，滤除噪声和干扰信号，提高通信的可靠性[4]。除极特殊情况外，首选额定频率在3800 MHz至4200 MHz这一范围的专业滤波器，其优点是信号群整体延迟可控，可通过持续提供偏高衰减值的方式，去除5G导频、峰值给地球站所造成的负面影响[5]。现阶段，该滤波器已经正式投入使用，运行效果表明，该方案可在一定程度上解决5G干扰卫星信号的问题，为通信系统长时间可靠高效运行提供支持。

针对5G而言，其干扰协调区域具体如表1所示。

3. 结束语

新形势下，为减少5G对地球站的干扰，应全方位管理地球站还有5G基站，并根据实际情况，采取恰当手段对功率加以控制，使得基站方向、辐射功率满足要求，由此达到消除地球站所造成不良影响的目的。相应地，还要对地球站整体的抗干扰性能进行强化，通过加装放大器或其他设备的方式，进一步强化接收站还有发射站整体的隔离度，消除5G的影响，保障卫星通信的稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]赵爱军.5G基站对卫星地球站的影响及优化策略研究[J].中国高新科技，2022（18）：44-46.

[2]覃刚.5G信号干扰卫星地球站的多种防范措施测试分析[J].广西通信技术，2022（03）：33-38.

[3]周峥.5G信号对广电卫星地球站的干扰分析和研究[J].中国新通信，2022，24（17）：13-15.

[4]董金金.5G通信基站对邻频C波段卫星地球站干扰的分析与处置研究[J].无线互联科技，2022，19（11）：1-3.

[5]何秉舜，曾铁坚.卫星地球站抗5G干扰研究和实践[J].广播与电视技术，2020，47（01）：19-22.