淺談5G信號干擾C波段衛(wèi)星信號接收的監(jiān)測與處理

李仁杰，彭 璐，許柳竣熙

（云南廣播電視臺，云南 昆明 650000）

1 5G信號干擾現(xiàn)象

2019年下半年，云南廣播電視臺新臺站點(diǎn)的C波段衛(wèi)星接收系統(tǒng)傳輸?shù)闹行?A的衛(wèi)星節(jié)目發(fā)生異常，間斷出現(xiàn)馬賽克、黑屏等故障。在排除了衛(wèi)星接收系統(tǒng)自身的故障以及惡劣天氣導(dǎo)致的信號異常后。我方懷疑新臺周邊的電信和聯(lián)通5G信號干擾了C波段衛(wèi)星信號的接收，理由為以下三點(diǎn)。

第一，衛(wèi)星信號可能是受到了同區(qū)域內(nèi)其他電磁信號的干擾。衛(wèi)星信號和5G信號的傳輸都依賴于電磁波的傳播，由于電磁波的傳播具有開放性，衛(wèi)星天線在接收有用信號的同時(shí)，還會收到一定距離范圍內(nèi)符合接收性能的其他信號。當(dāng)時(shí)我臺使用的C波段LNB（低噪聲變頻放大器）的工作頻率范圍是3.4～4.2 GHz，電信及聯(lián)通5G基站的工作頻率范圍是3.4～3.6 GHz。5G基站工作頻率范圍處于C波段LNB工作頻率范圍內(nèi)，所以C波段衛(wèi)星天線有可能收到一定范圍內(nèi)5G基站發(fā)出的信號，從而形成干擾。第二，中星6A天線的接收方向上存在其他電磁信號干擾。衛(wèi)星接收天線為定向天線，只有當(dāng)電磁波來自特定的方向時(shí)，天線收到的信號特別強(qiáng)，而幾乎無法接收其他方向的上的電磁波。所以，在中星6A天線的接收方向上可能存在的5G信號干擾了正常信號的接收。第三，信號故障是間斷發(fā)生的，說明干擾并不是一直存在的。可能由于當(dāng)時(shí)5G基站處于測試階段，5G發(fā)射機(jī)未一直開啟，當(dāng)其開啟時(shí)，衛(wèi)星信號受到干擾，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，干擾消失。

為此，我方及時(shí)與電信、聯(lián)通公司相關(guān)部門聯(lián)系，了解到當(dāng)時(shí)電信公司在新臺周邊開啟了5G基站，聯(lián)通公司的5G基站還未開始建設(shè)。為了確認(rèn)信號異常是否由于天線周邊存在5G信號干擾，同時(shí)進(jìn)一步了解5G干擾可能造成的后果，我方與電信、聯(lián)通協(xié)調(diào)進(jìn)行了相關(guān)測試。

第一次測試，電信公司技術(shù)人員攜帶頻譜儀對5G信號進(jìn)行掃描，在新臺的衛(wèi)星天線處能夠掃描到5G信號。當(dāng)關(guān)閉距離最近的5G發(fā)射基站時(shí)，頻譜儀未掃描到5G信號，衛(wèi)星節(jié)目恢復(fù)正常。重新開啟5G發(fā)射基站，中星6A信號被干擾，出現(xiàn)黑屏、馬賽克故障。由此可以確定，此前導(dǎo)致中星6A信號異常的原因是5G信號干擾。且5G信號干擾存在方向性，只有當(dāng)衛(wèi)星天線的方位、俯仰、極化所處的角度存在一定強(qiáng)度的5G信號時(shí)，衛(wèi)星信號才會受到干擾。

第二次測試，聯(lián)通公司技術(shù)人員在新臺衛(wèi)星天線處搭建臨時(shí)的5G基站。當(dāng)基站開啟時(shí)，中星6A和中星6B所有節(jié)目同時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重馬賽克、綠屏現(xiàn)象，基站關(guān)閉后，節(jié)目恢復(fù)正常。因?yàn)榕R時(shí)的5G基站位于衛(wèi)星天線正前方，中星6A和中星6B天線同時(shí)受到干擾，臨時(shí)基站與衛(wèi)星天線距離近，受到的干擾較之前的明顯增強(qiáng)。

2019年時(shí)，新臺周邊的5G基站剛剛投入建設(shè)，5G信號覆蓋不全，只有中星6A的信號受到干擾。之后，隨著周邊5G基站與5G用戶的逐漸增多，導(dǎo)致中星6B、亞洲5號、亞洲6號、亞洲7號等其他天線的信號也受到了干擾，且干擾較之前的更加嚴(yán)重。但各天線受到干擾情況不一，部分天線信號出現(xiàn)馬賽克異常，部分天線信號無法鎖定。總體來說，當(dāng)C波段衛(wèi)星信號受到5G信號干擾較弱時(shí)，衛(wèi)星接收機(jī)檢測到誤碼，節(jié)目出現(xiàn)輕微馬賽克或者短暫黑屏等。當(dāng)5G信號干擾變強(qiáng)時(shí)，衛(wèi)星接收機(jī)顯示誤碼率升高，出現(xiàn)嚴(yán)重馬賽克、綠屏現(xiàn)在，甚至節(jié)目失鎖。

2 5G信號干擾監(jiān)測

衛(wèi)星天線通過金屬拋物面將接收到的電磁波反射到饋源和LNB，C波段LNB（本振為5.15 GHz）將信號放大變頻后，傳輸?shù)较录壴O(shè)備。我臺接收的C波段衛(wèi)星節(jié)目的下行頻率為3.7～4.2 GHz，下變頻后變?yōu)?.95～1.45 GHz，5G信號下變頻后變?yōu)?.55～1.75 GHz，如圖1、圖2所示。

圖1 5G、C波段信號頻段

圖2 經(jīng)LNB變頻后的頻段

由于LNB會對5G信號進(jìn)行放大，可以利用天線后端的頻譜儀來監(jiān)測進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)部的5G信號頻譜，可直觀判斷系統(tǒng)內(nèi)部的5G信號干擾的強(qiáng)弱。一般而言，進(jìn)入衛(wèi)星接收系統(tǒng)的5G信號強(qiáng)度越大，系統(tǒng)受到的5G信號干擾越嚴(yán)重。給出文中全部頻譜圖像的頻譜儀均使用以下配置：Sweep_mode：continuous_sweep；

sweep_type：FFT；RBW：300 kHz；VBW：1 kHz。

通過頻譜儀可以觀察到衛(wèi)星信號頻譜與5G信號頻譜有明顯區(qū)別，圖3所示為正常的亞洲5號水平極化的廣播電視節(jié)目頻譜，圖4所示為5G信號頻譜。由于衛(wèi)星上傳輸?shù)膹V播電視節(jié)目相對固定，一個(gè)節(jié)目復(fù)用流占用一個(gè)固定的頻率和帶寬，衛(wèi)星發(fā)射機(jī)的功率也保持相對穩(wěn)定。所以，在連續(xù)掃描模式下，廣播電視節(jié)目的波形清晰，每個(gè)波占用的帶寬固定，且功率也保持相對穩(wěn)定。5G信道中任意時(shí)刻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由用戶行為決定，流量大小隨之變化，5G信號的功率也會改變，所以5G信號頻段的頻譜雜亂且功率快速浮動。

圖3 廣播電視節(jié)目頻譜

通過監(jiān)測1.55～1.75 GHz頻段的功率大小，可以直觀判斷經(jīng)LNB放大后的5G信號功率。圖4中超出1.55～1.75 GHz頻段且與5G信號頻譜相似的部分應(yīng)為5G發(fā)射機(jī)的帶外輻射。發(fā)射機(jī)在發(fā)射有用信號時(shí)會產(chǎn)生帶外輻射，它包括由于調(diào)制引起的鄰頻輻射和帶外雜散輻射[1]。當(dāng)衛(wèi)星信號和干擾信號的電平都很低，進(jìn)入衛(wèi)星接收系統(tǒng)的所有信號的合成信號幅度小于衛(wèi)星接收系統(tǒng)的電路的線性范圍時(shí)，衛(wèi)星接收系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。5G發(fā)射機(jī)發(fā)出的帶內(nèi)5G信號和帶外輻射信號與衛(wèi)星信號頻段相鄰，會對衛(wèi)星信號產(chǎn)生鄰頻干擾。當(dāng)進(jìn)入到衛(wèi)星接收系統(tǒng)的5G信號電平過高，導(dǎo)致最終合成信號的幅度超過電路的線性范圍時(shí)，此時(shí)的衛(wèi)星接收系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，在非線性電路中，衛(wèi)星信號可能被高電平的5G信號抑制，產(chǎn)生阻塞干擾。非線性電路會使信號產(chǎn)生幅度和相位失真，導(dǎo)致信號間相互作用，從而形成新的干擾信號，產(chǎn)生交叉干擾[2]。

圖4 5G信號頻譜

3 5G信號干擾處理及結(jié)果監(jiān)測

由于C波段的衛(wèi)星節(jié)目頻段與5G信號頻段不重疊，可以通過抑制天線接收到的5G信號來消除、降低干擾。實(shí)施方案為在天線的饋源和C波段LNB之間加裝C波段濾波器（工作頻段為3.7～4.2 GHz）。如若效果不佳，可在此基礎(chǔ)上，將普通的LNB（工作頻段為3.4～4.2 GHz）更換為濾波型LNB（工作頻段為3.625～4.2 GHz），如圖5所示。

圖5 抑制5G信號的實(shí)施方案

根據(jù)以上方案，分別在4副天線上加裝C波段濾波器或者更換濾波型LNB，設(shè)置四組對照試驗(yàn)，通過觀察5G信號頻譜，檢驗(yàn)方案對5G信號的抑制效果，并尋找其他可能影響5G信號干擾強(qiáng)弱的因素。實(shí)驗(yàn)中使用到的天線、C波段濾波器及濾波型LNB的品牌、型號相同。4副天線均位于新臺站點(diǎn)，位置相近，其中，1、2、4號天線位于平臺上方，前方無阻擋，3號天線位于平臺下方，前方有墻體阻擋。除4號天線設(shè)置了不同的觀測時(shí)間外，其余天線的觀測時(shí)間一致。

第一組，使用1號天線（亞洲5號水平），對比該天線只加裝濾波器和同時(shí)加裝濾波器、更換LNB兩種情況。效果如圖6、圖7所示：衛(wèi)星天線同時(shí)安裝濾波器和更換LNB，比只加裝濾波器對5G信號的抑制效果更佳。且在只加裝濾波器情況下，衛(wèi)星機(jī)偶爾會觀察到誤碼。第二組，使用2號天線（亞洲7號水平）和3號天線（亞洲7號水平，前方有墻體阻擋），同時(shí)加裝濾波器。效果如圖8、圖9所示，在不影響衛(wèi)星信號接收的情況下，天線前方的墻體可以有效降低進(jìn)入衛(wèi)星接收系統(tǒng)的5G信號強(qiáng)度。第三組，對比圖6、圖8，位置相近的兩副天線，由于天線所對的衛(wèi)星不同，導(dǎo)致天線的方位、俯仰、極化不同，收到的5G信號強(qiáng)度不同，加裝濾波器后，抑制效果有明顯差別。第四組，使用4號天線（亞洲5號垂直），加裝濾波器，分別在白天和凌晨兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。效果如圖10、圖11所示，凌晨5G信號的強(qiáng)度較白天明顯減弱。

圖6 1號天線（加裝濾波器）

圖7 1號天線（加裝濾波器、更換LNB）

圖8 2號天線（加裝濾波器）

圖9 3號天線（加裝濾波器，有墻體）

圖10 4號天線（加裝濾波器，白天）

圖11 4號天線（加裝濾波器，凌晨）

由上可得結(jié)論：加裝濾波器以及更換LNB，都可以起到抑制5G信號的作用，但無法完全隔離5G信號，雙重抑制效果更佳。同一站點(diǎn)的不同天線由于所對衛(wèi)星不同、周邊環(huán)境不同導(dǎo)致收到的5G信號強(qiáng)弱不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇處理方案。凌晨5G信號強(qiáng)度減弱與在線5G用戶減少、5G流量降低有關(guān)。C波段衛(wèi)星天線受到的5G信號干擾會隨著5G用戶及流量的增多而增強(qiáng)。

4 偶發(fā)問題的處理

加裝濾波器和更換LNB之后，新臺的5G信號干擾問題得到極大改善。但在白天時(shí)段，CCTV3、5、8三套高清節(jié)目依然會出現(xiàn)輕微馬賽克，衛(wèi)星機(jī)檢測到誤碼，觀察同一天線極化上的其他節(jié)目并未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)過對系統(tǒng)進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)這三套節(jié)目的衛(wèi)星機(jī)均位于同一個(gè)功分器之后。

圖12 衛(wèi)星接收系統(tǒng)

同一個(gè)衛(wèi)星極化上轉(zhuǎn)發(fā)的廣播電視節(jié)目數(shù)量較多，為保證天線后端的使用需求，衛(wèi)星機(jī)一般前置一分八或者一分十六功分器。功分器可將一路信號輸入分配為多路信號輸出，分配時(shí)信號會有衰減，為補(bǔ)償信號衰減，功分器具備放大功能。經(jīng)檢查，CCTV3、5、8三套高清節(jié)目的衛(wèi)星機(jī)前置一分十六的功分器，為保證信號強(qiáng)度，增益設(shè)置為+19 dB。在保證節(jié)目正常接收的條件下，嘗試取消增益，誤碼問題解決。在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，除LNB外，還會存在多級放大器，放大器在放大衛(wèi)星信號的同時(shí)也會放大5G信號，5G信號強(qiáng)度增大可能會造成干擾，導(dǎo)致衛(wèi)星信號異常。在保證節(jié)目正常接收的情況下，盡可能降低放大器增益可以減弱進(jìn)入系統(tǒng)中的5G信號強(qiáng)度，避免干擾產(chǎn)生。

5 其他保障方法

根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《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》，除了加裝濾波器、更換LNB，還可以采取加裝屏蔽網(wǎng)，降低5G基站發(fā)射功率及調(diào)整5G基站天線最大輻射方向等綜合措施降低、消除干擾[3]。

除了降低、消除干擾的辦法，可以采用以下方式對信號進(jìn)行多重保障。一是對重大會議、活動的直播傳輸，衛(wèi)星信號采用C、Ku雙波段保障。Ku波段頻率高，不易受到地面其他信號干擾，但Ku波段信號降雨衰耗遠(yuǎn)大于C波段信號，所以C、Ku波段信號可互為備份。二是同一C波段信號可采取多站點(diǎn)異地保障。由于節(jié)目制播、衛(wèi)星發(fā)射、微波發(fā)射等業(yè)務(wù)所需的地理環(huán)境不一樣，臺內(nèi)的各傳輸站點(diǎn)分散在不同位置。不同站點(diǎn)周邊的5G基站覆蓋進(jìn)度參差，導(dǎo)致不同站點(diǎn)受到的5G信號干擾不一致。部分偏遠(yuǎn)站點(diǎn)由于人流稀少，未進(jìn)行5G信號覆蓋，衛(wèi)星信號接收也不會受到干擾?？墒共煌军c(diǎn)接收同一衛(wèi)星信號，再通過站點(diǎn)間原有的光纖鏈路和微波通道進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)異地備份。三是多種傳輸方式共同保障，積極運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)傳輸渠道。根據(jù)實(shí)際的使用需求，可同時(shí)使用衛(wèi)星、微波、IP專網(wǎng)傳輸?shù)确绞?，除此之外，也可充分利用互?lián)網(wǎng)資源，通過有線（網(wǎng)線、光纖）、無線（4G背包、5G背包）的方式進(jìn)行傳輸。互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于成本低，接入方便，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提高，安全也可以得到保障。

6 結(jié)束語

5G信號會對同區(qū)域內(nèi)的C波段衛(wèi)星信號造成鄰頻干擾、阻塞干擾、交叉干擾。干擾的強(qiáng)弱會受到衛(wèi)星天線方位角、俯仰角、極化角以及5G基站的遠(yuǎn)近、發(fā)射功率、輻射角度的影響?？梢酝ㄟ^衛(wèi)星天線后端的頻譜分析儀觀察進(jìn)入衛(wèi)星接收系統(tǒng)的5G信號干擾信號的強(qiáng)弱。通過安裝濾波器，更換LNB，可抑制進(jìn)入衛(wèi)星接收系統(tǒng)的5G信號，從而降低干擾，但無法完全消除5G信號的干擾。

未來，我們將持續(xù)關(guān)注LNB接收精準(zhǔn)性提升、濾波器的濾波功能增強(qiáng)等相關(guān)技術(shù)性改革，并將其運(yùn)用到廣播電視衛(wèi)星節(jié)目接收領(lǐng)域，最大可能地實(shí)現(xiàn)無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)與5G系統(tǒng)間的兼容共存。