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        C波段衛(wèi)星接收信號抗5G干擾分析及解決方案

        2020-04-01 20:09:33曹勇
        新媒體研究 2020年23期
        關(guān)鍵詞:衛(wèi)星天線信號

        曹勇

        摘 要 文章介紹了5G信號對C波段衛(wèi)星接收天線的干擾,通過實驗測試結(jié)果,分析衛(wèi)星接收天線受干擾類型,從理論上證實衛(wèi)星天線高頻頭所受干擾為5G信號的強功率引起的非線性飽和失真;解決方案初步為加裝帶通濾波器,使用專業(yè)測試儀器對器件進行測試分析,通過指標比較改進帶通濾波器結(jié)構(gòu),最終實現(xiàn)解決干擾問題,以及后期環(huán)境惡化解決手段。

        關(guān)鍵詞 5G;濾波器;高頻頭;非線性飽和失真;增益;衰減;駐波比;插入損耗;帶肩指標;多徑

        中圖分類號 TN92 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360(2020)23-0021-03

        伴隨國家5G技術(shù)的全面發(fā)展,各地5G發(fā)射基站開始大規(guī)模建設(shè),其中5G信號發(fā)射頻帶范圍為聯(lián)通3 500MHz~3 600MHz、電信3 400MHz~3 500MHz、移動2 515MHz~2 615MHz,在其信號覆蓋范圍內(nèi),會對同頻或臨頻無線信號造成干擾;我國對衛(wèi)星信號使用頻率規(guī)定為3 400MHz~4 200MHz(2019年前)[ 1 ],其中聯(lián)通、電信的5G信號頻帶范圍恰巧在衛(wèi)星信號接收頻帶范圍內(nèi),為解決信號間的干擾,衛(wèi)星信號接收頻率調(diào)整為3 700MHz~4 200MHz,以避免同頻干擾;但是,在實際應用中通過移頻是否能完全能避免5G信號對衛(wèi)星接收信號的干擾呢?答案是否定的,移頻不能徹底解決衛(wèi)星接收干擾問題,這就要求從其他途徑,如加裝前級濾波器、更換窄帶高頻頭、加裝濾網(wǎng)等方面考慮解決。

        1 5G對衛(wèi)星接收干擾試驗

        在衛(wèi)星移頻后(3 700Mhz~4 200Mhz)我們聯(lián)合5G基站使用方對5G信號是否對衛(wèi)星接收造成影響做了測試實驗。首先逐個開啟5G基站,然后從低功率逐漸遞增,測試完一個基站后關(guān)閉該基站,再進行下個基站測試;再依據(jù)測試結(jié)果(對衛(wèi)星接收不造成影響的發(fā)射功率)逐個開啟5G基站,直到對衛(wèi)星接收造成影響;測試發(fā)射功率設(shè)置為100W、150W、200W;測試結(jié)果表明5G基站發(fā)射功率為200W、150W、100W時對衛(wèi)星接收信號有明顯影響。我們通過頻譜分析儀獲取衛(wèi)星受干擾頻譜,如圖1。

        在中心頻率1 550MHz至1 750MHz頻譜明顯雜亂無序,明顯為5G信號混進衛(wèi)星高頻頭后形成,產(chǎn)生非線性飽和失真;對于1 350MHz至1 550MHz信號雖然沒有出現(xiàn)明顯被干擾顯示,但是衛(wèi)星接收機接收的信號圖形出現(xiàn)明顯馬賽克或大面積花屏,更甚者解不出圖像。

        經(jīng)由上述測試結(jié)果分析:5G基站對衛(wèi)星接收信號的影響在200W、150W、100W發(fā)射情況下干擾明顯,我們使用的高頻頭頻點范圍為3 400MHz~4 200MHz,5G信號發(fā)射頻率在高頻頭接收頻點范圍內(nèi),初步分析為5G強干擾信號引起衛(wèi)星天線高頻頭非線性飽和失真,造成衛(wèi)星信號接收異常;初步分析為5G信號發(fā)射功率過強,造成圖像馬賽克、花屏、甚至不能鎖定信號。

        2 干擾方式的理論分析

        我們使用的衛(wèi)星天線為后饋天線,高頻頭(LNB)其增益62dB,P1dB壓縮點為10dB,當進入LNB的5G信號高于10-1-62=-53dB就會出現(xiàn)飽和失真現(xiàn)象;在衛(wèi)星接收天線周邊分布的5G基站目前最近的一個為1.8公里,發(fā)射天線增益15dB,根據(jù)微波自由空間衰減公式:L=32.4+20㏒F+20㏒D(F為發(fā)射頻率MHz,D為距離km)L=32.4+70.95+5.11=108.46dB,基站發(fā)射功率為100W:則可得衛(wèi)星接收天線處自由空間中5G信號強度為:50+15-108.46=-43.46dB;從計算的理論數(shù)值比較,5G基站發(fā)射的微波信號功率遠超衛(wèi)星天線高頻頭正常接收功率,造成高頻頭非線性飽和失真是必然現(xiàn)象[ 2 ]。

        3 初步解決方案

        目前衛(wèi)星接收頻率調(diào)整為3 700MHz~4 200MHz,5G信號基站發(fā)射頻率3 500MHz~3 600MHz已經(jīng)在衛(wèi)星信號接收頻帶外,因此,解決功率過高引起高頻頭飽和失真可以使用帶通濾波器,通過濾波器將3 700MHz~4 200MHz以外頻率濾除,以改善衛(wèi)星天線高頻頭因功率過高而引起的飽和失真,這樣就可以在不更換高頻頭的情況下解決5G信號對衛(wèi)星接收天線的干擾問題[3]。我們選擇了兩款濾波器:3 625MHz~4 200MHz和3 700MHz~4 200MHz(當時衛(wèi)星天線需要接收境外節(jié)目,其頻點在3 641MHz左右)帶通濾波器,我們使用矢量網(wǎng)絡分析儀監(jiān)測濾波器性能指標,如圖2。

        圖2是3 600MHz~4 200MHz濾波器檢測圖和實物圖,其插入損耗(在選點范圍內(nèi))最大值為0.7541dB,在4 200MHz頻點;駐波比最大值在選點2、3之間為1.19,與其實物標稱值小于等于1.3相符,在其他各點位都低于1.2;帶外抑制度在小于等于3 600MHz時大于60dB,滿足實物標志,同時滿足我們對5G信號過濾、屏蔽需求。

        圖3是3 700MHz~4 200MHz濾波器檢測圖和實物圖,其插入損耗(在選點范圍內(nèi))最大值為0.666 3dB,在3 700MHz頻點;駐波比最大值在選點5處為1.14,與其實物標稱值小于等于1.2相符,在其他各點位都低于1.2;帶外抑制度在小于等于3 700MHz時大于55dB,與其標稱值大于等于60dB有所差距;但是基本滿足我們對5G信號過濾、屏蔽需求。

        加裝濾波器后,我們對衛(wèi)星接收信號是否繼續(xù)受到5G信號干擾再次做了聯(lián)合測試,結(jié)果濾波器的加裝對衛(wèi)星天線受5G信號干擾有了明顯改善,但是,不同工作頻帶的濾波器其濾波效果不盡相同,有的濾波器還是會受到干擾,將濾波器全部更換成3 700MHz~4 200MHz(此時衛(wèi)星信號都已經(jīng)移頻到3 700MHz以上),要求對3 700MHz~4 200MHz帶外抑制度要提高,特別是大于4 200MHz外頻點需要提高,測試帶肩指標越陡峭越好,如圖4。

        圖4是3 700MHz~4 200MHz改進后濾波器,從其測試圖形可以看出,其帶肩陡峭,明顯比先前濾波器效果更佳,駐波比接近1,插入損耗0.07dB,帶外抑制度大于70dB,但是,從頻譜看其平坦度低于改進前的濾波器,但是,其帶肩陡峭度遠優(yōu)于改進前濾波器,特別是在4 200MHz高頻點處(在4 200MHz高頻點外有未知干擾)。

        圖5左圖使用頻譜分析儀監(jiān)測,無帶外雜波干擾;右圖在1 500MHz~1 650MHz處有雜波干擾,但是此細小干擾不會造成衛(wèi)星天線高頻頭接收信號失真,不會引起衛(wèi)星接收機受到干擾;左圖是中星6B頻譜圖,右圖是亞3S頻譜圖,兩星接收天線均為7.5米后饋天線,高頻頭、濾波器使用相同品牌器件,6B為東經(jīng)115.5°,亞7為東經(jīng)105.5°,方位角相差10°,仰角相差1.58°,6B正前方35米處有一高樓(高100米左右),會遮擋部分5G信號;此高樓在亞3S左前方,對衛(wèi)星天線不造成正面遮擋;由此可見處于不同空間分布中的5G信號在空間中所造成的影響是不相同的。

        4 結(jié)語

        對于目前5G基站的建設(shè)還處于建設(shè)中,以后5G基站會越來越密集,5G信號會全面覆蓋各處空間,對于我們衛(wèi)星信號使用者而言,會處于到處被5G信號包圍中,基于微波信號空間傳輸特性(衍射、反射、多徑等),隨著5G的高速發(fā)展,我們衛(wèi)星信號會受到更大干擾,單純的濾波器能否解決衛(wèi)星接收干擾問題還是未知數(shù),因為,目前的5G信號不能通過濾波器全面濾除(雖然對衛(wèi)星接收不會造成致命影響),而且,目前還是5G處于建設(shè)期,信號沒有完全覆蓋,如果到5G正式運營時,5G基站的建設(shè)密度還要繼續(xù)加大,5G信號的空間傳輸會更加復雜,對衛(wèi)星天線的接收會造成更大影響,上面提到的亞3S就是明顯例子;如果單純依靠濾波器不能根本解決5G干擾問題,那么我們會繼續(xù)考慮繼續(xù)加裝窄帶高頻頭,將3 400MHz~4 200MHz高頻頭更換為3 700MHz~4 200MHz高頻頭,進一步對5G信號做濾除處理;如果還會有帶外干擾(不會造成高頻頭非線性失真)我們可以考慮在中頻電纜處再增加濾波器,以此改善信號質(zhì)量;如果單純以濾波器方式不能解決5G干擾問題,最后我們考慮架設(shè)濾網(wǎng),以濾網(wǎng)屏蔽5G信號進入衛(wèi)星接收天線天線面,以此達到解決5G干擾衛(wèi)星信號接收的目的。

        參考文獻

        [1]江曉林,楊明極.通信原理[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2010.

        [2]郭慶,王振永,顧學邁衛(wèi).星通信系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社2010.

        [3]謝益溪.無線電波傳播——原理與應用[M].北京:人民郵電出版社,2008.

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