5G基站與鄰頻系統(tǒng)之間的干擾問題研究

姚建明

5G基站與鄰頻系統(tǒng)之間的干擾問題研究

姚建明

（西安博亞盛億通訊技術(shù)有限公司，陜西 西安 710077）

針對5G基站與衛(wèi)星地球站等鄰頻系統(tǒng)在頻率共用、地理共存情況下出現(xiàn)的干擾問題，對5G基站被干擾情形進行了理論計算，對其他臺站被干擾情形以及合法臺站之間的共存進行了分析研究，提出了在出現(xiàn)同頻干擾時能提升干擾定位效率的方法，包括使用實時頻譜功能分析同頻信號，運用5G NR解調(diào)功能對信號進行識別，以及結(jié)合車載同頻多輻射源定位方法來確定干擾源的大致位置。

5G；同頻干擾；實時頻譜分析

1 引言

5G是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是2G、3G和4G系統(tǒng)之后的延伸。全球各國政府、組織均把5G作為戰(zhàn)略重點，我國高度重視5G，為5G發(fā)展提供綱領(lǐng)性指導及全方位保障，自2019年6月，工業(yè)和信息化部（簡稱工信部）向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照以來，國內(nèi)5G建設(shè)便進入快車道[1-3]。

與此同時，青海、新疆[4]、河北等地也發(fā)生了多起5G工作頻段內(nèi)的干擾申訴事件。這些5G干擾事件中，既有5G基站被干擾情況，如青海玉樹、新疆奎屯移動5G頻段被干擾；也有5G基站干擾其他臺站情況，如青海西寧、河北張家口出現(xiàn)的衛(wèi)星通信被干擾。干擾定位查找是無線電管理一項重要且較為耗時、耗力的工作。而5G干擾的出現(xiàn)以及進一步處理為無線電管理提出了新的挑戰(zhàn)：既要有序保障5G持續(xù)健康發(fā)展，又要快速解決干擾以維護空中電波秩序；既要做好“預防”工作，推動相關(guān)臺站進行適應性建設(shè)或改造等協(xié)調(diào)工作，又要做好“急救”工作，出現(xiàn)干擾后，花最少的時間、用最小的代價找出干擾源并解決。

文獻[4]針對一起具體的5G基站被干擾案件進行了研究，分析了基于傳統(tǒng)技術(shù)手段的無線電干擾排查過程；文獻[5]和文獻[6]基于《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，結(jié)合實際的C波段衛(wèi)星站被干擾案例，對5G基站與其他臺站共存進行了分析。

針對5G基站與鄰頻臺站之間出現(xiàn)的干擾問題，已有研究成果偏重于實際干擾案例的過程分析。本文從實際出現(xiàn)的干擾案例入手，對不同干擾情形進行了理論計算和分析，并針對耗時、耗力的同頻干擾問題，結(jié)合新技術(shù)手段來提升干擾排查效率，給出了實時頻譜分析、5G NR信號解調(diào)識別以及同頻多輻射源定位等解決思路。

2 問題分析

2.1 頻率共用

國內(nèi)5G的工作頻段，包括中國電信和中國聯(lián)通的3 400～3 600 MHz、中國移動的2 515～2 615 MHz頻段等，與現(xiàn)有或原有臺站工作頻率重疊或鄰近，如原有多信道多點分發(fā)服務（multichannel multipointdistribution service，MMDS）設(shè)備以及標稱工作頻率為3 400～4 200 MHz中星6B衛(wèi)星等，這樣的臺站共存局面會導致同頻干擾、鄰頻干擾和減敏干擾等情況。

表1 MMDS系統(tǒng)技術(shù)特點[7-10]

2.2 干擾分析

2.2.1 5G基站被干擾分析

青海、新疆等地出現(xiàn)的MMDS設(shè)備干擾5G基站情形較為典型，以此為背景進行分析。

MMDS系統(tǒng)，采用微波傳輸、多路分配的無線通信技術(shù)，由于具有投資少、周期短、見效快等優(yōu)點，廣電部門將其用于郊區(qū)、鄉(xiāng)村等地區(qū)的電視信號傳送覆蓋方面。MMDS系統(tǒng)的技術(shù)特點見表1，標稱工作頻率為2 500～2 570 MHz，與工信部分配給中國移動的2 515～2 615 MHz 5G頻率重疊，具有發(fā)生同頻干擾的理論基礎(chǔ)。另外，MMDS設(shè)備發(fā)射功率大，達百瓦級；信號占用帶寬大，為了多傳送電視節(jié)目會采用寬帶發(fā)射模式；信號覆蓋范圍大，達幾十千米。所以，從理論上分析，MMDS很容易對5G基站造成有害干擾。

設(shè)定鄉(xiāng)村平原場景，分析MMDS信號經(jīng)過傳播后對5G基站造成的影響。

參照文獻[5]中給出的MMDS系統(tǒng)應用參數(shù)，假設(shè)MMDS發(fā)射天線與5G基站天線架設(shè)高度均為30 m，MMDS設(shè)備干擾5G基站示意圖如圖1所示，兩者之間的距離為且為無障礙物的通視環(huán)境。

圖1 MMDS設(shè)備干擾5G基站示意圖

MMDS系統(tǒng)應用參數(shù)如下[7]：

路徑損耗方面，大氣層和地面電磁特性是影響因素，包括大氣層對無線電波的折射、吸收、散射、地面反射等因素造成的損耗[11-13]。

表2 近似計算MMDS覆蓋范圍

其中，t單位為MHz，單位為km。

在文獻[7]中給出的MMDS系統(tǒng)參數(shù)基礎(chǔ)上，將其噪聲門限電平等效為接收機輸入噪聲功率，使用式（1）、式（2）、式（3）近似計算得到在9.5 km處的接收信號信噪比為23.3 dB，見表2。

表2結(jié)果與文獻[7]給出的MMDS系統(tǒng)覆蓋效果趨勢相近，基于同樣條件下，進一步分析圖1中5G基站接收天線處的干擾電平。

圖2 MMDS設(shè)備干擾5G基站的功率范圍

5G宏基站的接收靈敏度一般會小于?95 dBm[3]，?80 dBm等級的同頻信號會對5G基站造成有害干擾。

MMDS系統(tǒng)的工作頻率與中國移動的5G工作頻率重疊，外加寬帶大功率發(fā)射以及廣域覆蓋的特點，導致MMDS無法與5G基站同時、同區(qū)工作。

事實上，在2013年12月工信部宣布將 2 555～2 655 MHz頻段分配給運營商進行4G部署時，廣電部門已開始了應對與探索[10]。

基于MMDS應用的現(xiàn)實狀況，無論是從頻率上解決，避開2 515～2 615 MHz，還是從臺站上解決，避免與5G覆蓋區(qū)域重疊，都需要考慮既不影響5G部署應用又充分利用已有投入。

2.2.2 其他臺站被干擾分析

一位醫(yī)療行業(yè)從業(yè)者告訴《中國新聞周刊》，因該司權(quán)限過大，該司官員也容易成為企業(yè)“圍獵”的對象，在吳湞主政期間前，該司就問題頻發(fā)，違紀違法問題頻出。

衛(wèi)星地球站等臺站被5G干擾事件已發(fā)生多起，以C波段臺站最為典型，除了青海西寧、河北張家口，上海、廣州等地也出現(xiàn)過。

國內(nèi)3 400～4 200 MHz和4 500～5 000 MHz頻段衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）、廣播電視地球站、雙向通信地球站、單收地球站5萬～10萬個，用戶涉及廣播電視臺站、氣象、報社、銀行、高校、科研機構(gòu)、證券及電信運營企業(yè)等重要行業(yè)企事業(yè)單位[5]。

已有在線運行的C波段臺站與運營商現(xiàn)行5G工作頻率重疊或相近，三大運營商5G工作頻率見表3、中國電信和中國聯(lián)通5G頻率與C波段頻率如圖3所示，進一步導致了同頻干擾、鄰頻干擾等干擾現(xiàn)象發(fā)生[5-6]。

表3 三大運營商5G工作頻率

圖3 中國電信和中國聯(lián)通5G頻率與C波段頻率

針對C波段臺站與5G基站共存情形，可采取以下方案措施[12-13]：

（1）為地球站等臺站加裝抗干擾濾波器、更換高品質(zhì)窄帶抗5G干擾衛(wèi)星高頻頭等措施，適用于鄰頻干擾等現(xiàn)象；

（2）調(diào)整5G基站發(fā)射功率、天線最大輻射方向等，提升基站帶外抑制水平；

（3）為臺站增加屏蔽、隔離配置，適用于同頻干擾情形。

2.3 共存分析

針對頻率共用或相近的不同臺站共存情形，2018年12月，工信部下發(fā)了《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，為相關(guān)主體的進一步工作提供了思路。

（1）5G工作頻率范圍內(nèi)，不再有增量地面固定業(yè)務臺（站）、空間無線電臺和衛(wèi)星地球站等臺站進場，包括3 400～4 200 MHz和4 800～5 000 MHz頻段的臺站不再受理申請；

（2）5G工作頻率范圍內(nèi)，已建、新建5G基站與已有存量臺站之間，以干擾協(xié)調(diào)管理為思路，采取適應性建設(shè)與適配性改造等措施。

通過《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》并結(jié)合實際情況，分析認為5G干擾情況會在較長時間內(nèi)存在，從目前的階段來看，完全消除5G干擾是不存在理論基礎(chǔ)的，避免和解決“有害干擾”是重點，即把出現(xiàn)的嚴重干擾通過一系列措施控制在可接受的等級范圍內(nèi)是有效的。

3 解決思路和方法

在實際的無線電管理工作當中，5G干擾的情形多種多樣，而以5G工作頻段內(nèi)出現(xiàn)的同頻率干擾信號情形最為復雜。出現(xiàn)5G同頻干擾后，建議從以下幾個方面入手以便提升干擾查找定位的效率。

3.1 解決思路

3.1.1 完整地確定信號特征

隨著5G商用程度進一步加深，通過關(guān)閉基站來確定干擾源的方法會變得越來越困難，在這種情況下，掌握有力的手段來完整地確定信號特征就顯得很有必要，包括待找信號的確定頻點、信號波形等特征。

（1）實時頻譜分析

以5G基站被干擾為例，在基站100 MHz左右的帶寬內(nèi)出現(xiàn)的任意干擾信號，都會對基站性能造成影響乃至業(yè)務受阻。此時，通過實時頻譜分析功能，利用顯示顏色的不同來區(qū)分多種類型的輻射信號，可以清楚明確地獲取同頻干擾信號的“位置”（具體頻點）、信號幅度大小、持續(xù)時間、信號寬度等關(guān)鍵參數(shù)，如圖4所示，可以縮小分析排查的范圍，進一步減少不必要的彎路。

需要說明的是，針對同頻信號，普通的掃頻式頻譜儀或接收機無法分辨，也無法獲取一些準確的特征參數(shù)。

圖4 實時頻譜分析功能說明示意圖

（2）5G信號的解調(diào)識別

在5G同頻干擾出現(xiàn)時，對5G信號進行解調(diào)識別也是非常必要的，因為不同于3G/4G，5G基站的布設(shè)密度大大增加，對應5G個體基站的覆蓋范圍也小很多，在實際的干擾排查現(xiàn)場，方圓幾百米范圍內(nèi)往往會有多個頻率相同的5G基站。

以5G基站干擾衛(wèi)星地球站情形為例，在地球站接收天線口面處，可以通過便攜式設(shè)備確定出與地球站同頻的干擾信號幅度超出預期，也可以通過波形判斷出干擾信號是寬帶信號。此時，如果便攜式設(shè)備具備5G信號解調(diào)識別功能，如圖5所示，就可以明確“5G基站類設(shè)備”就是干擾源，進一步利用手持定向天線結(jié)合5G解調(diào)識別出的基站小區(qū)號，基于來波功率最大對應干擾貢獻最大的原則，初步確定出主要干擾源的方向。

以新疆奎屯移動的2 515～2 635 MHz 5G基站被干擾為例[4]，事實上在有效的頻率劃分文件中，2 515～2 635 MHz頻率是明確分配給移動使用的，這說明實際環(huán)境中的臺站分布要更加復雜。假如有一個頻率為3 400～3 600 MHz的臺站被干擾了，也只能說明5G基站是干擾源的概率更大，或許實際環(huán)境中還有其他同頻率的臺站存在。通過實際的案例比擬說明，指出在實際的5G同頻干擾查找定位過程中，進行必要的5G解調(diào)識別是有意義的。

圖5 實際環(huán)境中的5G NR信號解調(diào)識別結(jié)果列表

3.1.2 結(jié)合有效的車載定位手段

實際工作當中，無線電干擾查找定位的主戰(zhàn)場往往在密集城區(qū)，在這樣的環(huán)境下，多徑效應、反射散射很容易造成方位誤判，高樓大樹會對逼近查找形成困擾，嘈雜的電磁環(huán)境也會對干擾定位造成影響。

在密集城區(qū)進行5G同頻干擾定位查找，依托有效的車載定位手段來進一步縮小目標區(qū)域是有意義的，在有多個5G同頻輻射源同時存在的環(huán)境中，驅(qū)車在方圓幾千米范圍的初始目標區(qū)域中采集數(shù)據(jù)，利用有效的定位算法粗略確定出同頻輻射源在大目標區(qū)域中的位置，并在地圖中標示出來，可以進一步縮小排查范圍。

3.2 方法步驟

5G同頻干擾的查找定位可以參照以下步驟進行。

步驟1 通過實時頻譜分析設(shè)備監(jiān)測被干擾頻段，區(qū)分出干擾信號與被干擾信號，并獲取干擾信號頻率等頻域特征參數(shù)。

步驟2 進行5G NR信號解調(diào)，獲取5G NR基站PCI等解調(diào)域特征參數(shù)。在衛(wèi)星臺站被干擾過程中，在衛(wèi)星天線處通過定向天線可以獲得干擾貢獻最大的基站方向和PCI參數(shù)。

步驟3 通過步行式逼近或車載式逼近策略確定干擾源。在車載式定位干擾過程中，如果是5G基站被干擾情形，使用功率到達法定位系統(tǒng)的多輻射模式，確定出同頻輻射源的大致位置，進一步縮小查找區(qū)域；如果是衛(wèi)星臺站被干擾情形，可以使用5G基站路測設(shè)備，通過在衛(wèi)星天線處獲取的最大貢獻基站的PCI，確定出最終的干擾源。

3.3 分析結(jié)果

通過使用實時頻譜分析、5G信號解調(diào)識別以及同頻多輻射源定位等新技術(shù)手段，在5G工作頻段內(nèi)出現(xiàn)同頻干擾事件時，可以讓干擾定位并解決干擾問題事半功倍。另外，在實際的干擾查找定位過程中，手持定向天線的波瓣寬度也是需要考慮的因素，尤其是周圍都是5G信號時，較好的方向特性可以在逼近目標基站過程中少走彎路。

4 結(jié)束語

保障5G持續(xù)健康的發(fā)展具有重要的意義，頻譜本身又是稀缺的資源，所以，5G基站與其他在用合法臺站頻率共用的現(xiàn)象在相當長時間內(nèi)會持續(xù)存在，由此帶來的同頻干擾、鄰頻干擾等現(xiàn)象也會長期存在，基于這樣的現(xiàn)狀因素，結(jié)合《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，規(guī)避和解決“有害干擾”對實現(xiàn)5G基站與其他同頻存量臺站和諧共存具有現(xiàn)實意義。

在規(guī)避5G工作頻段內(nèi)出現(xiàn)的“有害干擾”方面，除了對其他在線合法臺站進行適應性改造，包括加裝濾波器、屏蔽措施等，還需要5G進行適配性建設(shè)，包括保證已建新建5G基站設(shè)備發(fā)射與接收特性滿足規(guī)范要求等。

而解決“有害干擾”同樣是非常重要的事情，5G工作頻率內(nèi)出現(xiàn)了同頻率干擾信號，無論是5G基站被干擾，還是5G基站干擾其他合法臺站，如何在不關(guān)站、少關(guān)站情況下以最快的時間找出干擾源并解決“有害干擾”是一項挑戰(zhàn)。

在面臨5G基站密集部署、5G信號深度覆蓋以及日益復雜的電磁環(huán)境形勢下，基于常規(guī)掃頻式接收設(shè)備的傳統(tǒng)無線電干擾排查手段，會使得干擾定位的效率比較低，而且需要工作人員有豐富的排查經(jīng)驗、跨部門之間的信息要共享充分、及時等。

本文的思路是利用新技術(shù)應對新形勢下的新問題，提出了結(jié)合使用實時頻譜分析、5G信號解調(diào)識別以及同頻多輻射源定位等手段進行干擾排查，在5G基站與其他臺站出現(xiàn)干擾問題后，尤其是同頻有害干擾時，可以有效提升干擾定位的效率。

[1] 席楓. 推進5G新基建, “換道超車”贏先機[N]. 光明日報, 2020.

XI F. Promoting new 5G infrastructure, "change lane to overtake" to win the first opportunity [N]. Guangming Daily, 2020.

[2] 工業(yè)和信息化部. 3000－5000MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺(站)干擾協(xié)調(diào)管理辦法[Z]. 2018.

Ministry of Industry and Information Technology. Coordinated management of interference between fifth-generation mobile communication base stations and satellite earth stations and other radio stations (stations) in the 3000-5000 MHz frequency band [Z]. 2018.

[3] 3GPP. Base Station (BS) radio transmission and reception: TS38.104[S]. 2020.

[4] 谷萬民, 張志勇, 張文昌. 對一起5G基站干擾的排查分析[J]. 中國無線電, 2021(2): 61-63.

GU W M, ZHANG Z Y, ZHANG W C. Investigation and analysis of 5G base station interference[J]. China Radio, 2021(2): 61-63.

[5] 韓國驊, 蔣晨暉. 讓5G與C波段衛(wèi)星地球站和平共處[J]. 上海信息化, 2019(12): 63-66.

HAN G H, JIANG C H. Making 5G coexist peacefully with C-band satellite earth stations[J]. Shanghai Informatization, 2019(12): 63-66.

[6] 梁剛毅, 王國威, 朱勤偉. 5G通信基站對C波段衛(wèi)星電視的干擾分析[J]. 廣播與電視技術(shù), 2019, 46(11): 32-35.

LIANG G Y, WANG G W, ZHU Q W. Analysis of interference by 5G communication base station on C-band satellite TV signal[J]. Radio & TV Broadcast Engineering, 2019, 46(11): 32-35.

[7] 嚴波. MMDS系統(tǒng)參數(shù)的計算[C]//中國數(shù)學力學物理學高新技術(shù)交叉研究會第7屆學術(shù)研討會論文集, 出版地: 出版者不詳, 1998(7): 317-319.

YAN B. Calculation of MMDS system parameters [C]// Proceedings of the 7th Symposium of the Chinese Society of Mathematical Mechanics Physics High-Tech Intersection Research, [S.l.:S.n.], 1998(7): 317-319..

[8] 王越東. 數(shù)字MMDS的前景及前端解決方案[J]. 中國有線電視, 2008(1): 30-32.

WANG Y D. Digital MMDS: the prospects and front-end solutions[J]. China Digital Cable TV, 2008(1): 30-32.

[9] 吳孝華. 數(shù)字MMDS傳輸系統(tǒng)在我鎮(zhèn)“村村通”中的設(shè)計與應用[J]. 科教文匯(下旬刊), 2013(3): 111-112.

WU X H. Design and application of MMDS digital TV in our town "Cuncun Tong" project[J]. The Science Education Article Collects, 2013(3): 111-112.

[10] 張毅, 鄒引凡, 張興華. 數(shù)字MMDS調(diào)制方式的技術(shù)探索[J]. 廣播與電視技術(shù), 2014, 41(9): 83-85.

ZHANG Y, ZOU Y F, ZHANG X H. Technical solution of modulation in digital MMDS[J]. Radio & TV Broadcast Engineering, 2014, 41(9): 83-85.

[11] 王紅光, 韓杰, 王波, 等. 基于數(shù)值模擬大氣環(huán)境預測海上微波傳播損耗[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2012, 34(3): 457-461.

WANG H G, HAN J, WANG B, et al. Numerical modeling of atmospheric environment for microwave propagation loss prediction over the sea surface[J]. Systems Engineering and Electronics, 2012, 34(3): 457-461.

[12] 王好同, 李偉明, 方偉, 等. 超短波傳播損耗預測研究與應用[C]//第13屆中國系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應用學術(shù)年會論文集, 出版地: 出版者不詳, 2011：231-236.

WANG H T, LI W M, FANG W, et al. Research and application of ultrashort wave propagation loss prediction[C]//Proc- eedings of the 13th Annual Chinese Academic Conference on System Simulation Technology and its Applications, [S.l.:s.n.], 2011: 231-236.

[13] 楊超然, 常廣平, 常江濤. 海上衛(wèi)星移動通信傳播損耗仿真研究[J]. 科技傳播, 2019, 11(1): 6-10.

YANG C R, CHANG G P, CHANG J T. Simulation study on propagation loss of maritime satellite mobile communication[J]. Public Communication of Science & Technology, 2019, 11(1): 6-10.

Study on interference problems between 5G base stations and adjacent frequency systems

YAO Jianming

Xi’an Boya Shengyi Communication Technology Co., Ltd., Xi’an 710077, China

For the interference problems in frequency sharing and geographical coexistence between 5G base stations and the adjacent frequency systems such as satellite earth stations, the different situations consisting of the interferences to 5G base stations and the interferences to other stations were analyzed, and the solutions to improve interference positioning efficiency including analyzing the same frequency signal using real-time spectrum function, identifying the signal using 5G NR demodulation function, and locating the interference source combined with same-frequency multiple radio source positioning method were presented.

5G, same frequency interference, real-time spectrum analysis

TN927

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2021242

姚建明（1980? ），男，西安博亞盛億通訊技術(shù)有限公司技術(shù)總工程師，主要研究方向為無線電、移動通信、信號分析等。

2021?06?08；

2021?10?18