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5G干扰C波段卫星天线有效解决方案时间:2018-07-04 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-3900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GCF3200,虽然其在3.4-3.6GHz频段的抑制度比加上嘉顿GARDINER BPF3900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。 欢迎扫码咨询我司,我司拥有26年经验,提供专业技术服务。 |