5G干扰C波段卫星天线有效解决方案

第五代移动通信(5G)技术，是现代工业、智能化发展等新型产业的关键基础设施，目前，全国许多地区已经开始建设5G测试网络。然而，各运营商获得的5G测试频率资源（中国电信:3.4-3.5GHz，中国联通：3.5-3.6GHz，中国移动：4.8-4.9GHz），有部分与C波段卫星地球站、固定业务站和发射电天文台、电视台、广电网络公司、气象局、部队、国防、银行、证卷水利局等传统业务频带重叠，可能对其业务产生一定影响，出现信号时有时无，马赛克、丢包等现象。不远的将来，5G网络建设必然全面铺开，各台站有必要及早考虑其干扰的预防解决措施。

由于5G试验网的建设开始不久，相关干扰情况的现象的描述、解决办法的探讨也较少见。本文将根据最近实际经历的一起C波段卫星接收受5G移动通信下行信号干扰，说明5G干扰的某些特点及其频谱特性，计算分析干扰产生的原因，也将探讨邻频、同频两种情况下，5G下行频段干扰的解决方法等内容。

1. 一次C波段卫星接收受5G移动通信下行信号干扰情况

1.1 5G信号干扰现象与频谱特征

2018年12月上旬，我们赴浙江绍兴，执行世界女子排球俱乐部锦标赛直播电视信号卫星传送的任务。使用设备是一台C波段VSAT卫星车，车载2.4m 偏馈折叠天线，Norsat3120N LNB（低噪声变频放大器），使用亚洲5号卫星（E100.5度），高清视频信号使用DVB-S2调制，占用带宽9MHz，频点3.7GHz左右。整个寻星过程非常顺利，信标强度、参考信道解调裕量都在标准范围，参考信道节目接收良好。然而第二天测试时发现，卫星自收电视信号马赛克现象不断。用频谱仪仔细观察L波段下行信号，发现载波的功率值、载波形状等正常，但载波频谱上会随机出现微小的干扰“毛刺”（图1为干扰情况示意图），干扰功率不高但随机出现的频次较高，位置也不固定。马赛克等解码异常情况应该就是这些干扰所引起。

用解调器解调昨天还正常接收的参考频道，也出现马赛克。同时用频谱仪观察其频谱，现象相同。再用频谱仪随机观察频带上其他几个点的频谱情况：无论是基底噪声还是载波信号，“毛刺”都有出现。似乎整个下行频带上都有这个干扰。因下行载波功率值、链路增益等正常，说明整个接收、放大链路设备功能基本正常。应该是系统内部一些比较特殊的情况引入了干扰。

疑惑之际，偶然发现体育场馆附近一个5G体验展位。询问得知，运营商在离场馆1km左右的位置架设了一套5G发射设备，功放功率10W以上，用于场馆附近5G体验展位的覆盖，下行频率3.5GHz，正在我LNB的频段范围内。通过频谱仪观察，也证实了在此频带上存在极高功率的信号。图2为LNB接收到的3.5-3.6GHz频段内5G下行信号频谱。

 3.5-3.6GHz频段内5G下行信号频谱

1.2 此次5G干扰现象具有时变性

经观察，此次干扰现象并非一直存在，干扰强度变化也较大，会随着时间和业务情况发生变化：马赛克的情况在第一天展位进行搭建测试的时候最为严重（饱和业务量测试），第二天早上几乎没有（展位未使用），第二天下午实际展示时再次出现，但频次较第一天有很大改善（正常业务量使用）。这个特点在将来的干扰侦测、处理效果评估时，应列入考虑。

1.3 对干扰原理的判断

经判断，此次干扰现象是5G下行信号串入卫星接收LNB，使得LNB发生饱和失真而造成的。判断饱和失真的依据为：

A、卫星车使用的Norsat3120N LNB的工作频段范围为3.4-4.2GHz，5G移动通信干扰源频段为3.5GHz，正落在其工作频带内。LNB的P1dB压缩点为9dBm，增益在62dB，则当串入LNB的5G信号功率超过9-1-62=-54dBm就会出现饱和失真现象。

B、根据运营商技术人员提供的信息：1km处有一10W发射功率的5G基站，假设覆盖天线增益15dBi，根据无线电波自由空间传输损耗公式：L=32.5+20lgF+20lgD=103.38dB（L为无线电自由空间传输损耗，F为无线电频率以MHz为单位，D为传输距离以km为单位）。则卫星车处自由空间中的5G信号接收强度约为：40+15-103=-48dBm。

C、即使不计算基站处于卫星天线方向图的某一个旁瓣带来的增益，以及5G信号峰均比（PAPR）等，直接空间耦合进入LNB的5G下行信号，也足以引起LNB的饱和失真。

D、当输入信号过大时，饱和失真将导致信号严重畸变，放大器的非线性会使各频带上都产生较大杂波。又因为5G调制信号会随业务实时变化，生成杂波的频谱位置也会随时变化。与我们观察到的宽频带，频繁出现在各处的小功率杂波现象相吻合。

2. C波段卫星接收受移动通信5G覆盖信号干扰的解决方案

2.1 接收频段处于窄带C波段范围内（邻频）的情况

在常见的情况下，电视直播卫星实际使用信道主要在窄带C波段范围，即3.7-4.2GHz范围，与5G信号是邻频关系。但早期配备的C波段接收LNB（低噪声变频放大器）多是全频带C波段范围，即3.4-4.2GHz。使得5G下行信道（中国电信:3.4-3.5GHz，中国联通：3.5-3.6GHz）落入了LNB的工作频带。

这时，除了5G信号在接收频段内的杂散发射能量成为噪声影响信号信噪比外，干扰信号还可能通过使放大器进入饱和区这种方式（如此例）影响信号质量。

在全频带C波LNB之前加入窄带C波段滤波器，或者直接使用窄带C波段嘉顿高频频头LNB，抑制进入LNB的5G干扰电平水平，可以有效缓解以上两种干扰情况。

按此思路，我们找到了两类适用的产品：

A、滤波器方面，有GARDINER嘉顿的BPF-3200，从其幅频特性（图3），可以看到虽然GARDINER嘉顿滤波器引入了0.6dB的插入损耗，但其在3.4-3.5GHz频段有-75dB的抑制度，在3.5-3.6GHz频段也有-65dB的抑制度。

图3 嘉顿GARDINER BPF-3200滤波器幅频特性图

B、窄带C波段嘉顿高频头LNB，有嘉顿GARDINER的15RF，虽然其在3.4-3.6GHz频段的抑制度比加上嘉顿GARDINER BPF3200低6.5dB左右，但因其插损低，体积小，非常适合没有额外空间添加滤波器的应用场景。

2.2 使用到3.4-3.6GHz频段进行卫星接收（同频）的情况。

对于必须使用到3.4-3.6GHz频段的C波段接收系统，5G干扰作为噪声将直接影响其信号接收。

因为卫星接收系统输入信号强度很低，灵敏度极高，应综合利用各种手段，同时从各方面减少5G干扰进入接收放大器的强度，才有可能达到满意的效果，其中包括：

A、可与移动运营商协商。在满足其覆盖要求的情况下，尽量减小基站的输出功率，调整其天线的最大辐射方向和下倾角，使指向受干扰卫星天线的天线增益最小。

B、电磁波空中自由传输衰减与两点距离有关，干扰源距离接收点越远越好。

C、降低发射、接收天线高度、选择被建筑物遮挡的位置放置接收天线，甚至在接收天线附近朝向干扰源的方向上架设金属隔离网等，都能有效降低干扰强度。如：单墙体可增加8-20 dB的隔离度，单层屏蔽网可增加8-12 dB的隔离度。

D、使干扰源尽量处于卫星接收天线的低增益位置（旁瓣、副瓣、背瓣）处。

3. 结语

虽然5G移动通信网络建设目前尚未正式铺开，但为保障业务安全，各C波段卫星地球站、固定业务站和射电天文台、银行、部队、气象局、水利局、实验室、证卷、福利彩票、广电网络公司、电视台、融媒体中心等，对于其干扰的预防解决措施有必要及早探讨、积极准备。