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浅析5G基站对卫星地面站接收信号的干扰及处理措施

蒋琨

南京欣网通信科技股份有限公司,江苏南京,210032

摘要: 近年来,随着我国社会经济的不断发展,科技的日益进步,卫星领域也高速发展,尤其是卫星地面站数量不断增多,规模也越来越大。但是在产生5G通信业务以来,C波段卫星电视业务不可避免会受到5G基站干扰,对卫星接收业务造成的影响很大,经常会导致卫星地面站不能及时成功接收信号,这样一来,就会直接影响卫星领域的稳定发展,甚至对广播电视等行业也有严重的影响。因此,在该情况下,为了防止这些业务在运行中出现问题,必须要在遵循具体问题具体分析原则的基础上,全方位研究分析5G业务对卫星接收业务的干扰措施。基于此,本文主首先介绍了卫星接收系统特性,然后分析了确定干扰源及其干扰出现的主要原因,最后提出了具体技术措施,以供参考。
关键词: 5G基站;卫星地面站;接收信号干扰
DOI:10.12721/ccn.2022.157080
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若C波段卫星信号受到的干扰非常严重,那么就会直接影响卫星接收业务,导致卫星广播电视信号接收业务不能稳定进行。将中星6A和6B卫星转发的广播电视节目信号进行接收时往往会存在图像有马赛克以及信号中断等问题,进而导致卫星广播电视信号不能及时迅速的接收。国家工信部明确提出我国电信运营商5G中低频段试验频率,其中,中国电信最小不能低于3400MHz,最大不能超过3500MHz,中国联通最小不能低于3500MHz,最大不能超过3600MHz,前者和后者的带宽都是100MHz。而卫星接收业务使用的频谱最小不低于3400MHz,最大不超过4200MHz,5G中低频试验业务干扰卫星接收业务的常见类型表现在以下几点:第一,同频干扰。如果卫星接收系统的工作频率最小不低于3400MHz,最大不超过3600MHz,就容易带来同频干扰。第二,邻频干扰。如果卫星接收业务的工作频率最小不低于3600MHz,最大不超过4200MHz,容易带来邻频干扰。第三,阻塞干扰。因为卫星信号向地面传送,信号强度不大,所以容易受到接收频率周围很强的5G信号干扰,造成由于卫星接收高频头LNB趋于饱和状态而不能正常接收信号,在这种情况下,需要综合制定多项解决技术策略,这是尤为重要的。

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一、卫星接收系统特性

就卫星广播电视接收系统来讲,其通常是由多个部分构成,比如:卫星接收天线、高频头、第一中频电缆、功分器和卫星接收机等。在卫星广播电视接收系统中高频头属最前端设备。其主要是由三个部分构成,一是低噪声放大器,二是本振和混频器,三是第一中频放大电路。就C波段高频头LNB来讲,其本振频率通常为5150MHz,而扩展C波段高频头接收频率最小为3400MHz,最大为4200MHz,也就是宽带高频头。低噪声下变频组件也是由多个部分组成,包括混频器以及低噪声放大器等等。如果高频头的接收信号频率比本振频率小,即所谓的高本振,相反,若高频头的接收信号频率比本振频率大,即所谓的低本振。其中,高频头的主要功能是放大同极化方向的C波段卫星接收信号,而且将变频是L波段950MHz到1750MHz之间的信号利用卫星接收机及时输出。

卫星接收机的参考输入电平最小不低于-65dBm,最大不超过25dBm,倘若输入电平过高,很有可能导致卫星接收机出现很多情况,比如:非线性失真以及阻塞干扰等等。结合国际电联ITU-RS.2199-0报告显示,高频头LNB容易出现饱和干扰,导致卫星接收系统异常运行。通过进行科学的测试,不难发现,如果所接收的卫星信号完全正常,那么此时天线溃源输出的载波功率在-120dBm左右,利用不断第一中频放大器和低噪声放大器具有的放大左右,输出载波功率最小不低于-65dBm,最大不超过25dBm,此时卫星接收机稳定运行。如果5G干扰信号相当大,而且高频头的输出载波功率超过-25dBm,就会导致接收机工作处于饱和或者非线性状态,导致接收信号出现中断以及失真等等多种情况。一般来说,对于卫星接收机而言,其输入电平必须要严格控制在标准范围以内,如果输入信号电平偏大,接收机就很有可能出现非线性失真,甚至饱和,导致图像上有马赛克以及没有信号,干扰信号越强,失真几率越小。

二、确定干扰源及其干扰出现的主要原因

(一)确定C波段信号干扰源

借助扩展C波段高频头的卫星接收系统,而这里的高频头接收频率最小不低于3400MHz,最大不超过4200MHz,在发生干扰时按照规范要求使用频谱仪来全面准确分析C波段信号的第一中频信号频谱。要想对第一中频信号进行准确计算,就必须要采用合适的方法,也就是本振频率和高频头接收频率相减少,得出的结果即第一中频信号的频率。对于第一中频信号频率来说,可以借助频谱分析仪对合理比较分析无干扰与有干扰进,如果是前者,那么不管是哪个极化方向,都能又快又准的检测第一中频信号频率1.0MHz处是否存在干扰信号,通过采取计算第一中频信号频率,可以得出扩展C波段高频头接收的信号频率。除此之外,与5G通信相比之下,其频率范围是一样的。

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(二)分析干扰源5G通信基站

就5G通信基站来看,其干扰卫星接收业务通常需要综合考虑两方面,一方面是同频干扰,另一方面是邻频干扰。通常,有很多因素都会对干扰程度造成影响,具体表现在以下几点:卫星接收天线的仰角,还有卫星接收天线和5G通信基站的相对位置等等。就一个5G通信基站干扰卫星接收天线的模型中,O是指卫星接收天线部位,OP是卫生接收天线主轴方向,A是5G通信基站发生天线部位。若单个5G通信基站出现感染,那么此时必须要使用适合的方法迅速准确计算出卫星接收天线接收的干扰信号。

三、技术措施

要想有效防止干扰,必须要合理制定相应的技术措施,具体表现在以下几点:第一,选用标准C波段高频头,其接收频率范围有明确的规定,最小不低于3700MHz,最大不超过4200MHz。变成扩展C波段高频率,其接收频率也有明确规定,最小不能小于3400MHz,最大不能超过4200MHz,选用标准C波段高频头,其接收频率范围最小不低于3700MHz,最大不超过4200MHz。第二,将频率范围在3700MHz到4200MHz之间的滤波器准确安装于接收频率范围在3400MHz到4200MHz的扩展C波段高频头前端。第三,使5G通信基站具有更高的ACLR。通过合理使用外加波导滤波器,可以有效避免在相邻信道下5G通信基站辐射出很大的平均功率,而且也能避免5G通信基站出现相当大的邻频干扰强度。第四,对于5G通信基站来说,其运用MIMO天线技术,借助波束赋形技术使5G通信基站天线的电波辐射方向发生改变,在一些特定目标方向上可以获得最大化的增益,形成电波辐射主瓣,而电波辐射主瓣有着很强的方向性,在卫星接收天线接收方向不会获得很大的增益,反而是最小的。

一般来说,5G通信基站天线反射增益最大的方向绝对不能靠近卫星接收天线的主瓣方向,尽可能将其避开,可以采取两种方法,第一种是扩大5G通信基站天线干扰方向和卫星接收天线主瓣方向相互之间的离轴角,而且也能使5G通信基站部位发生改变。第四,就卫星接收天线来看,必须要安装相应的屏蔽网,只要不是天线主瓣方向范围以内的干扰信号,就必须要完全屏蔽,最好让天线仅仅将天线主瓣方向卫星信号成功接收到。结合必须要屏蔽的信号的波长范围,选用各种直径大小的金属材质制作的屏蔽网,而这里必须要多加注意的是,直径不能超过接收卫星信号波长的四分之一。那么,之所以安装屏蔽网,其根本目的在于既可以缩减5G通信基站的干扰信号,而且会不同程度的影响接收的卫星信号。第六,就5G基站和卫星地面站在同一个区域和同一个频率进行部署时,基站通常很有可能干扰卫星地面站,所以必须要在充分考虑各项条件下,明确最佳的保护距离。

结束语:

本次研究重点分析了5G基站和卫星地面站在同一个区域和同一个频率进行部署时出现的一些问题,比如:邻频干扰以及阻塞干扰等等,制定有效的技术措施,降低干扰,减少卫星接收系统因为5G通信基站造成的干扰,除了也要重视5G通信业务的高效开展,也要将卫星电视信号接收工作真正落实到位。