5G信號對中波廣播信號源的干擾研究

許博寧

（山東省廣播電視局，山東濟南 250000）

0.引言

中波廣播乃是現(xiàn)代重要傳媒形式之一，其不僅豐富了人們的業(yè)余生活，更是發(fā)布國家、社會及企事業(yè)團體等消息的重要途徑。5G是最新一代的通信技術，近年來，隨著5G的迅速發(fā)展，5G信號對中波廣播信號源的干擾問題也越來越嚴重，導致中波廣播出現(xiàn)了一些明顯的覆蓋質(zhì)量低、收聽效果差等問題。而5G信號對中波廣播信號源產(chǎn)生干擾的原因是多方面的，具體的干擾類型也不止一種，只有加強相關研究，才能夠?qū)ふ业接行У目垢蓴_措施。

1.相關概念簡介

1.1 5G

5G即第五代通信技術。與前面幾代的通信技術一樣，5G的核心技術乃是蜂窩移動通信，但5G又與前面幾代的通信技術存在一些不同之處，其在分類上并非是屬于新型無線接入型技術。5G以專業(yè)角度來分析，本質(zhì)上是屬于一種兼?zhèn)渲悄苄浴⑷诤闲?、?jié)能性、泛在性以及廣帶性的新型網(wǎng)絡結構。5G最突出的特征就是其超低的網(wǎng)絡延遲和超高的網(wǎng)絡峰值速率。具體來說，5G的性能指標主要有：

（1）網(wǎng)絡峰值速率能夠達到10-20Gbit/s，可以有效滿足高清視頻傳輸、VR傳輸?shù)却笮蛿?shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?；?）空中接口時網(wǎng)絡延遲能夠控制在1ms以內(nèi)，可以有效滿足自動駕駛、遠程醫(yī)療等實時應用的需求；（3）擁有百萬連接/平方公里的設備連接能力，可以有效滿足物聯(lián)網(wǎng)通信的需求；（4）在連續(xù)廣域覆蓋與高移動性的情況下，用戶體驗速率能夠達到100Mbit/s；（5）頻譜效率能夠高于LTE 3倍以上；（6）可以移動性支持500km/h的高速移動；（7）流量密度能夠達到10Mbps/m以上。相較于上一代4G而言，5G的數(shù)據(jù)處理速度更快、容量更大、連接規(guī)模更大、成本更低。5G的出現(xiàn)使得網(wǎng)絡融合得以更進一步實現(xiàn)，基于5G下人與物之間真正實現(xiàn)了高效、自由以及安全的聯(lián)通。

5G的無線關鍵技術標準重點在于滿足靈活多樣的物聯(lián)網(wǎng)需要，基于OFDMA和MIMO，5G為能夠有效支持3大應用場景而進行了靈活的全新系統(tǒng)設計。5G的頻段不同于4G只支持中低頻，其充分考慮到了中低頻資源有限的現(xiàn)實情況，在支持中低頻的同時也支持高頻頻段。中低頻主要是為滿足基本的覆蓋與容量需求，高頻則主要是為滿足在熱點區(qū)域進一步提升容量的需求。5G針對中低頻與高頻進行了統(tǒng)一的技術方案設計，且同時支持百MHz的基礎帶寬。5G還采用了新型信道編碼方案LDPC和Polar、大規(guī)模天線技術以及多層/多站數(shù)據(jù)重傳技術等，其目的是支持高速率傳輸、更優(yōu)覆蓋、低時延以及高可靠。而在網(wǎng)絡關鍵技術方面，5G則是應用的全新服務化架構，通過全服務化設計和服務化描述，從而具備模塊化網(wǎng)絡功能，支持靈活部署、差異化業(yè)務場景、按需調(diào)用，真正實現(xiàn)了功能重構和能力開放，且更有利于發(fā)揮出IT開發(fā)實力與網(wǎng)絡潛力。

1.2 中波廣播

無線電波一般是在與地面相距50km～300km的電離層中進行傳播，根據(jù)其波長的不同又可分為長波無線電波、中波無線電波、短波無線電波、超短波無線電波、微波無線電波。不同波長的無線電波的傳播特性與作用功能也各不相同，一般情況下，長波和中波多用于無線電廣播、通訊、導航等領域，短波多用于遠距離的國際無線電廣播、無線電通訊等領域，超短波和微波多用于近距離的傳播和衛(wèi)星無線電信號下的傳播領域。

根據(jù)我國目前對于無線電波的劃分標準，中波的載波頻率是在531kHz～1602kHz范圍內(nèi)，且每隔9kHz為一個頻點。理論上來說，中波廣播可以通過天波或是地波來進行傳輸，但由于在白天時受太陽的影響而經(jīng)常沒有天波，所以在現(xiàn)實中多是通過地波來進行傳輸；夜晚時也會同時通過天波來進行傳輸，天波經(jīng)電離層反射能夠?qū)⑿盘杺鬏斨翈浊Ч锿?，且傳輸穩(wěn)定、電磁波覆蓋范圍廣、磁場污染小、接收設備成本低、抗干擾能力強、可支持定向傳輸。一般情況下，中波廣播發(fā)射臺站信號系統(tǒng)都主要是由4個部分組成的：（1）矩陣切換器；（2）衛(wèi)星接收機；（3）信號接收設備；（4）音頻處理器。其具體的工作運行步驟為：第一步，由信號接收設備對中波信號進行接收并同時做出調(diào)制解調(diào)；第二步，由衛(wèi)星接收設備對經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后的信號數(shù)據(jù)進行進一步深度處理；第三步，由操作人員在衛(wèi)星接收設備的數(shù)據(jù)上輸出調(diào)節(jié)所需信號結果；第四步，由音頻處理器對信號做分析加工處理，注意要確保加工處理后的數(shù)據(jù)能夠在規(guī)定區(qū)間內(nèi)得出一個峰值固定的數(shù)據(jù)結果；最后一步，由矩陣切換器優(yōu)選多路信號源并經(jīng)發(fā)射機將之導出。

2.廣播的發(fā)展背景及其重要性

廣播誕生于20世紀20年代，是一種通過無線電波或者導線來傳送聲音的新聞傳播媒介，其中，通過無線電波來進行傳送的稱為無線廣播，通過導線來進行傳送的則稱為有線廣播。我國境內(nèi)的第一個無線電公司廣播電臺是在1923年1月由一位美國人在上海創(chuàng)辦的，1926年10月，我國終于自主創(chuàng)辦了第一個無線電公司廣播電臺—哈爾濱廣播電臺。時至今日，廣播仍然是國家重要的信息發(fā)布手段之一，在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著至關重要的作用。目前我國的廣播體系中主要包含了2部分：電視廣播與收音廣播。這兩者是2種不同的信號傳播方式，其中，電視廣播具有視聽畫面相結合的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)直觀、真實、生動的信息傳播；收音廣播則具有接收設備體積小、方便、靈活等優(yōu)勢，且其又可分為調(diào)頻廣播與中波廣播兩種形式，前者音質(zhì)和清晰度更好但傳輸距離較短，后者則可支持遠距離信號傳播。

廣播發(fā)射機是廣播信號傳輸?shù)年P鍵設備。廣播發(fā)射機是源于發(fā)射機技術，發(fā)射機技術及設備已經(jīng)經(jīng)歷了將近一個世紀的發(fā)展，其最高峰的發(fā)展階段是在計算機技術誕生及高速發(fā)展以后。在發(fā)射機技術的影響下，廣播發(fā)射機也得到了迅速發(fā)展及經(jīng)歷了幾次重大變革。最早時期的廣播發(fā)射機是電子管發(fā)射機，后來其逐漸發(fā)展為了全固態(tài)PDM機，再后來又發(fā)展為了全固態(tài)DAM廣播發(fā)射機，也是現(xiàn)在所普遍應用的廣播發(fā)射機。經(jīng)過數(shù)10年的研究、應用及發(fā)展更新，目前廣播發(fā)射機無論是在設備本身質(zhì)量上面、還是操作技術上面，均擁有了極大的突破，這使得其設備運行越來越穩(wěn)定、故障發(fā)生概率越來越低、停播率直線下降，以及設備維修能力和安全播出保障能力也得到了極大提升。

總的來說，廣播的主要作用是在于其能夠及時發(fā)布國家、社會及企事業(yè)團體等層面的重要消息，讓群眾和社會各界及時了解到相關信息，尤其是一些自然災害信息、疫病信息、反恐防爆信息、應急搶險信息、救援信息、各類特重大事故信息等。通過廣播來統(tǒng)一發(fā)布這些信息，既能夠在一定程度上緩解人們的緊張情緒，又方便進行統(tǒng)一部署和安排，從而更好地保障社會穩(wěn)定和人民生命財產(chǎn)安全。由此可見，廣播的重要性是不可替代的。

3.5G信號對中波廣播信號源的干擾分析

3.1 5G信號對中波廣播信號源的干擾原因

5G信號所占用的頻段多是集中分布在幾個頻段區(qū)間：（1）3300Hz～3400Hz 區(qū)間 ；（2）3400Hz～3600Hz 區(qū)間 ；（3）4800Hz～5000Hz區(qū)間。通過與中波廣播信號源的常用頻段分布區(qū)間進行比照可以發(fā)現(xiàn)，5G信號與中波廣播信號源的常用頻段區(qū)間存在一定的干擾；換言之，5G信號的傳輸在一定程度上對我國目前的中波廣播電視業(yè)務產(chǎn)生了干擾[1]。

通過進一步的分析來看，5G信號與中波廣播信號源重疊的頻段最主要是分布在2個頻段：（1）波長C波段5900Hz～6500Hz上行頻段；（2）波長C波段3400Hz～4200Hz下行頻段。5G干擾信號往往會經(jīng)信號系統(tǒng)設備而偽裝成正常的音頻數(shù)據(jù)，從而對數(shù)據(jù)信號的正常調(diào)制與解調(diào)產(chǎn)生影響，導致中波廣播發(fā)射臺站發(fā)生信號接收錯誤[2]。

3.2 5G信號對中波廣播發(fā)射臺站信號接收系統(tǒng)的干擾模式

5G信號對中波廣播發(fā)射臺站信號接收系統(tǒng)的干擾模式來看，其主要具有3種類型：（1）同頻干擾；（2）鄰頻干擾；（3）飽和干擾[3]。首先，當5G信號頻段與中波廣播電視臺運行的信號頻率相同時，即會造成同頻干擾，其重復的頻段區(qū)間主要集中在3400Hz～3600Hz；當5G干擾信號的波長約為4000Hz，而中波廣播電視臺的運行設施又正對生活區(qū)時，中波廣播發(fā)射臺站接受的信號會受到干擾，導致信息處理的準確度降低、錯誤概率上升。其次，當5G信號的部分頻段分量進入到中波廣播發(fā)射臺站接收器的有用信號頻率區(qū)間時，即會造成鄰頻干擾，其頻段區(qū)間主要集中在3600Hz～4200Hz，這種情況主要是由于中波廣播衛(wèi)星接收天線的高頻性能所導致的。最后，當5G信號干擾源的總功率＞60dB時，即會造成飽和干擾，其信號波長主要集中在3400Hz～3700Hz，這種情況主要是由于中波廣播數(shù)據(jù)信號功率遭受了5G干擾源功率的壓制所導致的[4]。

4.5G信號對中波廣播信號源的干擾預防措施

近幾年，隨著5G發(fā)展速度的不斷加快，5G基站的建設規(guī)模日益擴大、EMF的空間分布復雜程度日益提高，相應的5G信號對中波廣播信號源造成的干擾情況也越來越嚴重。在此背景下，必須要進一步加強5G信號對中波廣播信號源的干擾研究，結合實際情況采取科學有效的干擾預防措施，以盡可能減少中波廣播信號源所受到的干擾。

4.1 同頻干擾的預防措施

5G信號對中波廣播信號源所造成的同頻干擾的強度，通常是與幾項因素密切相關：（1）5G信號的發(fā)射功率，其發(fā)射功率越強則5G信號對中波廣播信號源所造成的同頻干擾強度越大，反之則干擾強度越小；（2）5G基站與中波廣播發(fā)射臺站之間天線的距離，其距離越短則5G信號對中波廣播信號源所造成的同頻干擾強度越大，反之則干擾強度越??；（3）中波廣播發(fā)射臺站接收信號系統(tǒng)的性能，其性能越差則5G信號對中波廣播信號源所造成的同頻干擾強度越大，反之則干擾強度越小[5]?；诖耍瑸榱擞行p少5G信號對中波廣播信號源的同頻干擾，應盡量加大5G基站與中波廣播發(fā)射臺站之間天線的距離，并不斷提高中波廣播發(fā)射臺站接收信號系統(tǒng)的性能。在具體實踐中，應在進行5G基站選址前先做好充分的實地調(diào)研，詳細了解區(qū)域廣播衛(wèi)星站及天線接收的基礎建設情況，并進行嚴密的電磁計算和環(huán)境測試，然后再在有關部門的協(xié)調(diào)下合法建設5G基站點，以確保廣播衛(wèi)星電視與5G網(wǎng)絡的和諧共存[6]。

4.2 鄰頻干擾的預防措施

經(jīng)對5G信號對中波廣播信號源的鄰頻干擾進行研究可知，通過將傳統(tǒng)的寬帶低噪聲變頻放大器替換為窄帶低噪聲變頻放大器，并同時增設濾波器等設備，能夠有效降低5G信號對中波廣播信號源所造成的鄰頻干擾強度[7]。基于此，為了有效減少5G信號對中波廣播信號源的鄰頻干擾，應盡量提高中波廣播衛(wèi)星與5G數(shù)據(jù)傳播的效率及中波廣播下行信號與5G數(shù)據(jù)的偏差程度，使中波廣播下行信號對5G數(shù)據(jù)的功率占比得到提升。在具體實踐中，應充分結合實際情況來展開全面分析，采取合理的抗鄰頻干擾方案，以從根本上預防鄰頻干擾的發(fā)生。

5.結語

在現(xiàn)實中5G信號對中波廣播信號源的干擾是不可避免的，但干擾程度有輕有重，可以通過采取一些科學有效的手段來降低其干擾程度。尤其是針對同頻干擾與鄰頻干擾這2種主要干擾類型，應分別制訂合理的抗干擾方案，以降低抗干擾的程度。