C波段衛(wèi)星接收信號(hào)抗5G干擾分析及解決方案

曹勇

摘 要 文章介紹了5G信號(hào)對(duì)C波段衛(wèi)星接收天線的干擾，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，分析衛(wèi)星接收天線受干擾類型，從理論上證實(shí)衛(wèi)星天線高頻頭所受干擾為5G信號(hào)的強(qiáng)功率引起的非線性飽和失真；解決方案初步為加裝帶通濾波器，使用專業(yè)測(cè)試儀器對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試分析，通過指標(biāo)比較改進(jìn)帶通濾波器結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)解決干擾問題，以及后期環(huán)境惡化解決手段。

關(guān)鍵詞 5G；濾波器；高頻頭；非線性飽和失真；增益；衰減；駐波比；插入損耗；帶肩指標(biāo)；多徑

中圖分類號(hào) TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2020）23-0021-03

伴隨國(guó)家5G技術(shù)的全面發(fā)展，各地5G發(fā)射基站開始大規(guī)模建設(shè)，其中5G信號(hào)發(fā)射頻帶范圍為聯(lián)通3 500MHz～3 600MHz、電信3 400MHz～3 500MHz、移動(dòng)2 515MHz～2 615MHz，在其信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，會(huì)對(duì)同頻或臨頻無線信號(hào)造成干擾；我國(guó)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)使用頻率規(guī)定為3 400MHz～4 200MHz（2019年前）[ 1 ]，其中聯(lián)通、電信的5G信號(hào)頻帶范圍恰巧在衛(wèi)星信號(hào)接收頻帶范圍內(nèi)，為解決信號(hào)間的干擾，衛(wèi)星信號(hào)接收頻率調(diào)整為3 700MHz～4 200MHz，以避免同頻干擾；但是，在實(shí)際應(yīng)用中通過移頻是否能完全能避免5G信號(hào)對(duì)衛(wèi)星接收信號(hào)的干擾呢？答案是否定的，移頻不能徹底解決衛(wèi)星接收干擾問題，這就要求從其他途徑，如加裝前級(jí)濾波器、更換窄帶高頻頭、加裝濾網(wǎng)等方面考慮解決。

1 5G對(duì)衛(wèi)星接收干擾試驗(yàn)

在衛(wèi)星移頻后（3 700Mhz～4 200Mhz）我們聯(lián)合5G基站使用方對(duì)5G信號(hào)是否對(duì)衛(wèi)星接收造成影響做了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。首先逐個(gè)開啟5G基站，然后從低功率逐漸遞增，測(cè)試完一個(gè)基站后關(guān)閉該基站，再進(jìn)行下個(gè)基站測(cè)試；再依據(jù)測(cè)試結(jié)果（對(duì)衛(wèi)星接收不造成影響的發(fā)射功率）逐個(gè)開啟5G基站，直到對(duì)衛(wèi)星接收造成影響；測(cè)試發(fā)射功率設(shè)置為100W、150W、200W；測(cè)試結(jié)果表明5G基站發(fā)射功率為200W、150W、100W時(shí)對(duì)衛(wèi)星接收信號(hào)有明顯影響。我們通過頻譜分析儀獲取衛(wèi)星受干擾頻譜，如圖1。

在中心頻率1 550MHz至1 750MHz頻譜明顯雜亂無序，明顯為5G信號(hào)混進(jìn)衛(wèi)星高頻頭后形成，產(chǎn)生非線性飽和失真；對(duì)于1 350MHz至1 550MHz信號(hào)雖然沒有出現(xiàn)明顯被干擾顯示，但是衛(wèi)星接收機(jī)接收的信號(hào)圖形出現(xiàn)明顯馬賽克或大面積花屏，更甚者解不出圖像。

經(jīng)由上述測(cè)試結(jié)果分析：5G基站對(duì)衛(wèi)星接收信號(hào)的影響在200W、150W、100W發(fā)射情況下干擾明顯，我們使用的高頻頭頻點(diǎn)范圍為3 400MHz～4 200MHz，5G信號(hào)發(fā)射頻率在高頻頭接收頻點(diǎn)范圍內(nèi)，初步分析為5G強(qiáng)干擾信號(hào)引起衛(wèi)星天線高頻頭非線性飽和失真，造成衛(wèi)星信號(hào)接收異常；初步分析為5G信號(hào)發(fā)射功率過強(qiáng)，造成圖像馬賽克、花屏、甚至不能鎖定信號(hào)。

2 干擾方式的理論分析

我們使用的衛(wèi)星天線為后饋天線，高頻頭（LNB）其增益62dB，P1dB壓縮點(diǎn)為10dB，當(dāng)進(jìn)入LNB的5G信號(hào)高于10-1-62=-53dB就會(huì)出現(xiàn)飽和失真現(xiàn)象；在衛(wèi)星接收天線周邊分布的5G基站目前最近的一個(gè)為1.8公里，發(fā)射天線增益15dB，根據(jù)微波自由空間衰減公式：L=32.4+20㏒F+20㏒D（F為發(fā)射頻率MHz，D為距離km）L=32.4+70.95+5.11=108.46dB，基站發(fā)射功率為100W：則可得衛(wèi)星接收天線處自由空間中5G信號(hào)強(qiáng)度為：50+15-108.46=-43.46dB；從計(jì)算的理論數(shù)值比較，5G基站發(fā)射的微波信號(hào)功率遠(yuǎn)超衛(wèi)星天線高頻頭正常接收功率，造成高頻頭非線性飽和失真是必然現(xiàn)象[ 2 ]。

3 初步解決方案

目前衛(wèi)星接收頻率調(diào)整為3 700MHz～4 200MHz，5G信號(hào)基站發(fā)射頻率3 500MHz～3 600MHz已經(jīng)在衛(wèi)星信號(hào)接收頻帶外，因此，解決功率過高引起高頻頭飽和失真可以使用帶通濾波器，通過濾波器將3 700MHz～4 200MHz以外頻率濾除，以改善衛(wèi)星天線高頻頭因功率過高而引起的飽和失真，這樣就可以在不更換高頻頭的情況下解決5G信號(hào)對(duì)衛(wèi)星接收天線的干擾問題[3]。我們選擇了兩款濾波器：3 625MHz～4 200MHz和3 700MHz～4 200MHz（當(dāng)時(shí)衛(wèi)星天線需要接收境外節(jié)目，其頻點(diǎn)在3 641MHz左右）帶通濾波器，我們使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀監(jiān)測(cè)濾波器性能指標(biāo)，如圖2。

圖2是3 600MHz～4 200MHz濾波器檢測(cè)圖和實(shí)物圖，其插入損耗（在選點(diǎn)范圍內(nèi)）最大值為0.7541dB，在4 200MHz頻點(diǎn)；駐波比最大值在選點(diǎn)2、3之間為1.19，與其實(shí)物標(biāo)稱值小于等于1.3相符，在其他各點(diǎn)位都低于1.2；帶外抑制度在小于等于3 600MHz時(shí)大于60dB，滿足實(shí)物標(biāo)志，同時(shí)滿足我們對(duì)5G信號(hào)過濾、屏蔽需求。

圖3是3 700MHz～4 200MHz濾波器檢測(cè)圖和實(shí)物圖，其插入損耗（在選點(diǎn)范圍內(nèi)）最大值為0.666 3dB，在3 700MHz頻點(diǎn)；駐波比最大值在選點(diǎn)5處為1.14，與其實(shí)物標(biāo)稱值小于等于1.2相符，在其他各點(diǎn)位都低于1.2；帶外抑制度在小于等于3 700MHz時(shí)大于55dB，與其標(biāo)稱值大于等于60dB有所差距；但是基本滿足我們對(duì)5G信號(hào)過濾、屏蔽需求。

加裝濾波器后，我們對(duì)衛(wèi)星接收信號(hào)是否繼續(xù)受到5G信號(hào)干擾再次做了聯(lián)合測(cè)試，結(jié)果濾波器的加裝對(duì)衛(wèi)星天線受5G信號(hào)干擾有了明顯改善，但是，不同工作頻帶的濾波器其濾波效果不盡相同，有的濾波器還是會(huì)受到干擾，將濾波器全部更換成3 700MHz～4 200MHz（此時(shí)衛(wèi)星信號(hào)都已經(jīng)移頻到3 700MHz以上），要求對(duì)3 700MHz～4 200MHz帶外抑制度要提高，特別是大于4 200MHz外頻點(diǎn)需要提高，測(cè)試帶肩指標(biāo)越陡峭越好，如圖4。

圖4是3 700MHz～4 200MHz改進(jìn)后濾波器，從其測(cè)試圖形可以看出，其帶肩陡峭，明顯比先前濾波器效果更佳，駐波比接近1，插入損耗0.07dB，帶外抑制度大于70dB，但是，從頻譜看其平坦度低于改進(jìn)前的濾波器，但是，其帶肩陡峭度遠(yuǎn)優(yōu)于改進(jìn)前濾波器，特別是在4 200MHz高頻點(diǎn)處（在4 200MHz高頻點(diǎn)外有未知干擾）。

圖5左圖使用頻譜分析儀監(jiān)測(cè)，無帶外雜波干擾；右圖在1 500MHz～1 650MHz處有雜波干擾，但是此細(xì)小干擾不會(huì)造成衛(wèi)星天線高頻頭接收信號(hào)失真，不會(huì)引起衛(wèi)星接收機(jī)受到干擾；左圖是中星6B頻譜圖，右圖是亞3S頻譜圖，兩星接收天線均為7.5米后饋天線，高頻頭、濾波器使用相同品牌器件，6B為東經(jīng)115.5°，亞7為東經(jīng)105.5°，方位角相差10°，仰角相差1.58°，6B正前方35米處有一高樓（高100米左右），會(huì)遮擋部分5G信號(hào)；此高樓在亞3S左前方，對(duì)衛(wèi)星天線不造成正面遮擋；由此可見處于不同空間分布中的5G信號(hào)在空間中所造成的影響是不相同的。

4 結(jié)語

對(duì)于目前5G基站的建設(shè)還處于建設(shè)中，以后5G基站會(huì)越來越密集，5G信號(hào)會(huì)全面覆蓋各處空間，對(duì)于我們衛(wèi)星信號(hào)使用者而言，會(huì)處于到處被5G信號(hào)包圍中，基于微波信號(hào)空間傳輸特性（衍射、反射、多徑等），隨著5G的高速發(fā)展，我們衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受到更大干擾，單純的濾波器能否解決衛(wèi)星接收干擾問題還是未知數(shù)，因?yàn)?，目前?G信號(hào)不能通過濾波器全面濾除（雖然對(duì)衛(wèi)星接收不會(huì)造成致命影響），而且，目前還是5G處于建設(shè)期，信號(hào)沒有完全覆蓋，如果到5G正式運(yùn)營(yíng)時(shí)，5G基站的建設(shè)密度還要繼續(xù)加大，5G信號(hào)的空間傳輸會(huì)更加復(fù)雜，對(duì)衛(wèi)星天線的接收會(huì)造成更大影響，上面提到的亞3S就是明顯例子；如果單純依靠濾波器不能根本解決5G干擾問題，那么我們會(huì)繼續(xù)考慮繼續(xù)加裝窄帶高頻頭，將3 400MHz～4 200MHz高頻頭更換為3 700MHz～4 200MHz高頻頭，進(jìn)一步對(duì)5G信號(hào)做濾除處理；如果還會(huì)有帶外干擾（不會(huì)造成高頻頭非線性失真）我們可以考慮在中頻電纜處再增加濾波器，以此改善信號(hào)質(zhì)量；如果單純以濾波器方式不能解決5G干擾問題，最后我們考慮架設(shè)濾網(wǎng)，以濾網(wǎng)屏蔽5G信號(hào)進(jìn)入衛(wèi)星接收天線天線面，以此達(dá)到解決5G干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的目的。

參考文獻(xiàn)

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