梁剛毅　許斌　朱勤偉

【摘? 要】為了解決5G通信基站對C波段單收地球站的干擾共存問題，選取一個干擾的實例作為研究對象，分析干擾成因，并通過實測數(shù)據(jù)得出帶外抑制比ACLR是影響鄰頻干擾大小的主要因素。根據(jù)地球站的干擾保護(hù)準(zhǔn)則并通過工程實踐，可計算得出兩系統(tǒng)鄰頻共存時需要保持的ACLR。

【關(guān)鍵詞】C波段;5G;鄰頻干擾;阻塞干擾;干擾處置

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.018? ? ? ? 中圖分類號：TN927

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）03-0089-08

引用格式：梁剛毅， 許斌， 朱勤偉. 5G通信基站對鄰頻C波段衛(wèi)星地球站干擾的分析與處置[J]. 移動通信， 2020，44（3）： 89-96.

Interference Analysis and Disposal of 5G Communication Base Station to Adjacent C-Band Satellite Earth Station

LIANG Gangyi1， XU Bin2， ZHU Qinwei1

（1. Guangzhou Digital Media Group Co.， Ltd.， Guangzhou 510335， China;

2. Guangzhou Broadcasting Network， Guangzhou 510335， China）

[Abstract]?In order to solve the interference coexistence issue of 5G communication base station to C-band single-receiving earth station， this paper selects an interference example as the research object， analyzes the cause of interference， and obtains that ACLR （Adjacent Channel Leakage Ratio） is the main factor affecting the adjacent frequency interference strength through measured data. According to the interference protection guidelines of the earth station and the engineering practice， the ACLR that maintains the coexistence of the two adjacent frequency systems can be calculated.

[Key words]C-band; 5G; adjacent frequency interference; blocking interference; interference disposal

0? ?引言

2018年12月7日，三大運營商先后公告稱工信部同意其在全國開展第五代移動通信（5G）系統(tǒng)試驗。2018年12月11日，工信部頒布《3000-5000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》（以下簡稱《協(xié)調(diào)管理辦法》）。2019年1月9日和14日，廣州國際媒體港C波段衛(wèi)星信號受到嚴(yán)重干擾，經(jīng)排查確定為廣州塔進(jìn)行5G通信試驗所致。由于現(xiàn)階段5G通信基站對鄰頻C波段衛(wèi)星地球站干擾處置仍停留在理論研究階段，缺乏工程實踐驗證，相關(guān)單位按程序啟動協(xié)調(diào)機制進(jìn)行了多次聯(lián)合電測，以求緩解干擾問題。本文詳細(xì)介紹了這一過程，分析了干擾的現(xiàn)象和產(chǎn)生的原因，并給出一些切實可行的緩解干擾的具體方法。

1? ? 理論和實際干擾情況介紹

1.1? 理論干擾類型的分析

基于3.5 GHz頻段的5G NR基站使用頻率范圍是3 400 MH—3 600 MHz，其中3 400 MHz—3 500 MHz為電信使用、3 500 MHz—3 600 MHz為聯(lián)通使用。當(dāng)前3 400 MHz—4 200 MHz頻譜為衛(wèi)星地球接收站使用，3.5G頻段的5G NR基站對其產(chǎn)生三種類型的干擾：

（1）同頻干擾：對工作頻率3 400 MHz—3 600 MHz的衛(wèi)星接收系統(tǒng)造成同頻干擾;

（2）鄰頻干擾：對工作頻率3 600 MHz—4 200 MHz的衛(wèi)星接收系統(tǒng)造成鄰頻干擾;

（3）阻塞干擾：衛(wèi)星接收機在接收弱衛(wèi)星信號時，受到接收頻率旁一個強5G信號的干擾，導(dǎo)致衛(wèi)星接收鏈路的LNB飽和，產(chǎn)生非線性失真而阻塞通信。

我國衛(wèi)星廣播電視信號頻率分布情況如表1所示，表中頻率為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中心頻率。

由表1可知，中星6B垂直（V）極化的衛(wèi)星廣播電視信號工作頻率包含3 600 MHz—3 700 MHz范圍，5G通信基站可能同時對其產(chǎn)生同頻干擾和鄰頻干擾。其余衛(wèi)星廣播電視信號工作在3 700 MHz—4 200 MHz，與3.5G頻段的5G NR基站存在100 MHz的間隔帶寬，5G通信基站可能對其產(chǎn)生阻塞干擾。

1.2? 現(xiàn)階段鄰頻共存的研究

在國際電聯(lián)《ITU-R S.2199》報告中，經(jīng)其建模仿真分析并通過實地驗證，得出5G通信基站與衛(wèi)星地球站共存的若干分析結(jié)論。

（1）兩者共存需要一定的間隔距離，兩者在同一地區(qū)同頻共存是不可行的。

（2）鄰頻部署將存在兩種干擾：1）造成LNB飽和;2）鄰頻干擾。

（3）在某些情況，特別是不滿足間隔距離時，基站的干擾會讓衛(wèi)星地球站完全無法工作。

（4）衛(wèi)星地球站附近不部署高功率的基站，能有效降低LNB飽和、減少鄰頻干擾的可能性。

（5）在衛(wèi)星天線安裝帶通濾波器的作用十分有限，不過在LNB前安裝帶通濾波器是有效的，可降低帶外信號10 dB，但成本較高，會引入額外的損耗，且無法解決同頻干擾。

（6）當(dāng)衛(wèi)星地球站接收到干擾信號總功率超過-60 dBm時，LNB將進(jìn)入非線性區(qū)間;當(dāng)衛(wèi)星地球站接收到干擾信號總功率超過-50 dBm時，LNB將進(jìn)入飽和狀態(tài)。

在廣電總局2019年2月22日《3000-5000 MHz頻段第五代移動通信基站與衛(wèi)星地球站等無線電臺（站）干擾協(xié)調(diào)指南（征求意見稿）》中（以下簡稱《干擾協(xié)調(diào)指南》），給出若干處置建議：

（1）明確協(xié)調(diào)區(qū)范圍：工作頻段3 400 MHz—3600 MHz協(xié)調(diào)區(qū)半徑42.5 km，工作頻段3 600 MHz—3700 MHz協(xié)調(diào)區(qū)半徑4 km，3 700 MHz—4 200 MHz協(xié)調(diào)區(qū)半徑最低100 m。

（2）地球站工作頻段避開5G通信基站，以及為3 700 MHz

—4 200 MHz頻段的衛(wèi)星地球站加裝該頻段濾波器，可增加45 dB左右的隔離度。

（3）5G通信基站避讓衛(wèi)星地球站接收天線主瓣方向可增加20～34 dB的隔離度。

（4）為衛(wèi)星地球站加裝屏蔽網(wǎng)，單層可增加8～12 dB的隔離度;有效率用建筑物隔離，單墻體可增加8～20 dB的隔離度。

（5）調(diào)整5G通信基站最大輻射方向和下傾角可增加0～8 dB的隔離度。

（6）降低5G通信基站發(fā)射功率，可以在一定能程度上緩解干擾。

綜合上述現(xiàn)階段國內(nèi)外對兩系統(tǒng)鄰頻共存的理論研究報告，不難發(fā)現(xiàn)：5G通信基站理論上對同頻、鄰頻的衛(wèi)星地球站便存在干擾，且同頻干擾難以消除。工作頻段3 400 MHz—4 200 MHz的衛(wèi)星地球站，均需加裝濾波器避免阻塞干擾;工作頻段3 400 MHz—3 600 MHz的衛(wèi)星地球站，需考慮遷移至3 700 MHz—4 200 MHz頻段;工作頻段3 600 MHz—3 700 MHz的衛(wèi)星地球站，理論可通過一定措施緩解干擾，但沒有給出明確指標(biāo)和措施用于指導(dǎo)工程實踐。因此對于工作頻段3 600 MHz—3 700 MHz的衛(wèi)星地球站，必須在工程實踐中對理論緩解措施進(jìn)行驗證，以求緩解干擾并得出進(jìn)一步的研究結(jié)論。

1.3? 實際干擾情況介紹

廣州國際媒體港單收地球站C波段衛(wèi)星信號受到5G基站信號干擾時，C波段所有極化（中星6B-H/V、中星6A-H/V、亞洲6-H）的全部節(jié)目（工作頻段3 640 MHz—4 192 MHz）均出現(xiàn)信號異常的現(xiàn)象。經(jīng)確認(rèn)，廣州塔新設(shè)立了5G基站，關(guān)閉該基站，則干擾信號立即消失，確認(rèn)該干擾信號為該5G基站產(chǎn)生。該基站距離衛(wèi)星天線距離120 m、高度約35 m、視距范圍無明顯遮擋。

2? ? 測試過程及確認(rèn)干擾原因

2.1? 制定測試方案

根據(jù)《協(xié)調(diào)管理辦法》規(guī)定，2019年2月15日，我方連同廣州廣播電視臺，與聯(lián)通、設(shè)備提供方華為共同召開干擾協(xié)調(diào)會議，討論制定了如下測試方案：

（1）測量衛(wèi)星天線處5G信號的開路功率，結(jié)合衛(wèi)星天線與LNB增益，根據(jù)計算結(jié)果確認(rèn)是否存在阻塞干擾。

（2）如若存在阻塞干擾，需在衛(wèi)星天線的LNB前加裝帶通濾波器，確保LNB不工作在飽和狀態(tài)及非線性區(qū)間，再確認(rèn)是否存在鄰頻干擾。

（3）如若存在鄰頻干擾，通過調(diào)整5G通信基站的場景波束方案和發(fā)射功率，嘗試找出產(chǎn)生鄰頻干擾的臨界點，得出5G系統(tǒng)工作頻段和衛(wèi)星地球站工作頻段的實際所需隔離度。

（4）各方通過設(shè)備優(yōu)化、工參調(diào)整等手段，在留有一定冗余的前提下，滿足實際所需隔離度，使得5G通信基站對鄰頻C波段衛(wèi)星地球站鄰頻共存。

2.2? 消除阻塞干擾

通過比對分析衛(wèi)星天線正常情況下和受干擾時的頻譜及QPSK星座圖，發(fā)現(xiàn)有干擾時衛(wèi)星信號的Eb/No值低于門限值5.5 dB，距離干擾信號最遠(yuǎn)的4 192 MHz維特比譯碼輸出誤碼率為1.45×10-3，也大于門限值2.0×10-4，維特比譯碼輸出誤碼率急劇增加是信號異常現(xiàn)象的主要原因。分析受干擾頻譜，3 550 MHz的信號功率增加了20 dB至-19 dBm，不僅大于系統(tǒng)噪聲功率，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了衛(wèi)星信號的強度，不符合國際電聯(lián)的要求，理論將對衛(wèi)星地球站接收系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的阻塞干擾。

為最終確認(rèn)是否存在阻塞干擾，使用無增益全向天線，測量得到衛(wèi)星天線處5G信號的開路功率為-80 dBm。衛(wèi)星天線和LNB的主要參數(shù)如表2所示：

5G NR基站采用Massive MIMO（大規(guī)模天線陣列）方案，其波束方向、空間場強不是固定的，而是隨著時間和用戶的移動在不斷變化。所以在進(jìn)行定性計算的時候，只考慮其落入天線主瓣的情況。經(jīng)定性計算： -80 dBm+43.5 dB+62 dBm=25.5 dBm，所得結(jié)果遠(yuǎn)大于LNB飽和點9 dBm，結(jié)合理論分析，確認(rèn)存在阻塞干擾。

在LNB前加裝帶通濾波器嘗試消除阻塞干擾，帶通濾波器頻譜圖如圖1所示。

下文中的頻譜圖均為經(jīng)過衛(wèi)星天線和LNB一次變頻后的頻譜，并非空間中的實際頻譜和實際場強，但能真實反映出空中電磁波的頻譜特性和相對強度，其接收頻率的計算公式為：中頻接收頻率=本振頻率（5 150）-下行頻率?？芍? 500 MHz信號在圖中頻率為1 650 MHz，3 600 MHz信號在圖中為1 550 MHz。

鑒于亞洲6-H在3 600 MHz—4 000 MHz只存在天線底噪，故選取其作為加裝3 700 MHz—4 200 MHz帶通濾波器前后的參照。圖2為加裝帶通濾波器無天線增益的開路5G信號頻譜，圖3為未加裝帶通濾波器的亞洲6-H頻譜，圖4加裝帶通濾波器的亞洲6-H頻譜，基站功率為200 W，默認(rèn)場景。

對比圖3和圖4可知，在加裝帶通濾波器后，進(jìn)入衛(wèi)星天線系統(tǒng)的基站信號的最大功率由原來的-19.4 dBm大幅下降至-33.47 dBm，由于LNB飽和造成3 600 MHz—4 200 MHz出現(xiàn)的嚴(yán)重干擾波形完全消失。此時，亞洲6-H的全部衛(wèi)星信號受干擾的現(xiàn)象消失。將濾波器安裝到6A、6B天線上，除3 600 MHz—3 700 MHz的信號外，其它電視節(jié)目恢復(fù)正常接收。確認(rèn)加裝帶通濾波器后，確實能夠避免LNB飽和，消除阻塞干擾。

2.3? 處置鄰頻干擾

對比圖3和圖4，分析受干擾前后頻譜，衛(wèi)星信號受到干擾時整個系統(tǒng)底噪至少提升了5 dB，而衛(wèi)星信號正常時，本系統(tǒng)衛(wèi)星信號最低功率約為-45 dBm，要求外來信號的功率應(yīng)低10 dB左右，為-55 dBm。由圖3可知，5G通信基站帶外約150 MHz處的信號功率才小于此數(shù)值。

由圖2可知，加裝帶通濾波器后，仍然有較強的5G通信基站信號帶外功率落入3 600 MHz—3 750 MHz。同時可以看出，5G通信基站信號的帶外頻譜與天線其它頻率的噪聲頻譜存在明顯區(qū)別，其功率也超過了國際電聯(lián)ITU-R S.1432-1建議書的要求，在衛(wèi)星地球站工作頻段及其相鄰頻段，干擾信號限制為晴空條件下衛(wèi)星地球站接收系統(tǒng)噪聲功率減12 dB。

根據(jù)圖2、圖3、圖4的頻譜，結(jié)合中星6B-V的3 640 MHz節(jié)目及3 680 MHz節(jié)目仍舊出現(xiàn)嚴(yán)重馬賽克的現(xiàn)象，證實5G基站信號對工作頻段3 600 MHz—3 700 MHz衛(wèi)星信號存在鄰頻干擾。

為了緩解鄰頻干擾，嘗試調(diào)整5G NR基站的場景內(nèi)波束方案和發(fā)射功率，尋找產(chǎn)生鄰頻干擾的臨界點。該基站共有四個小區(qū)，按照表3方案進(jìn)行聯(lián)合電測。

如表3所示，在測試不同功率組合時都會按照默認(rèn)場景、水平寬覆蓋場景、底層覆蓋場景和中層覆蓋場景依次調(diào)整場景波束方案并記錄中星6B-V頻譜和接收干擾現(xiàn)象，測試結(jié)果表明調(diào)整場景波束方案并不能緩解干擾情況，間接印證了《干擾協(xié)調(diào)指南》第6小點在實際操作中效果并不顯著。

如表3所示，由于需要接收3 640 MHz節(jié)目，本極化選取3625 MHz—4200GHz帶通濾波器，當(dāng)小區(qū)3發(fā)射功率較大時仍會出現(xiàn)阻塞干擾，造成該極化絕大部分節(jié)目出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象;當(dāng)小區(qū)3發(fā)射功率下降時，干擾情況逐漸改善。當(dāng)且僅當(dāng)小區(qū)3發(fā)射功率降低至40 W及以下時，干擾現(xiàn)完全消除，因此確認(rèn)小區(qū)3為具體干擾源。上述測試結(jié)果間接印證了《干擾協(xié)調(diào)指南》第3和第6小點的有效性，并能得出實現(xiàn)兩系統(tǒng)鄰頻共存只需要調(diào)整基站的具體干擾小區(qū)這一結(jié)論。

圖5為5G NR基站功率200 W、默認(rèn)場景、加裝帶通濾波器的中星6B-V頻譜。圖6為基站小區(qū)3功率40 W、其余小區(qū)功率200 W、默認(rèn)場景、加裝帶通濾波器的中星6B-V頻譜。

由圖5可知，當(dāng)5G通信基站滿功率發(fā)射時，3 600 MHz

—3 700 MHz出現(xiàn)干擾波形。對比圖5和圖6可知，當(dāng)基站小區(qū)3發(fā)射功率由200 W降低至40 W時，3 600 MHz—3 700 MHz頻譜畸變變小，干擾減小，3 620 MHz處的噪聲電平下降10 dB以上（55.75dB-45.66 dB=10.09 dB），與發(fā)射功率下降7 dB（10lg（200W/1mW）-10lg（40W/1mW）=6.989 7dB）的理論計算值相近。嘗試將小區(qū)3發(fā)射功率恢復(fù)至80 W，頻譜未出現(xiàn)明顯變化，可判斷上兩種情況帶外功率落入3 600 MHz—3 700 MHz的功率都低于天線底噪，且存在一個鄰頻干擾的臨界點。

2.4? 通過臨界點測算隔離度差值

為了驗證5G NR基站小區(qū)3功率40 W、其余小區(qū)功率200 W、默認(rèn)場景、加裝帶通濾波器時，是否處于臨界狀態(tài)，將衛(wèi)星中頻信號接入碼流分析儀的QPSK模塊進(jìn)行傳輸指標(biāo)分析。圖7和圖8分別為3 640 MHz節(jié)目和3 680 MHz節(jié)目的QPSK星座圖及QPSK TR101 290告警，為更清晰地進(jìn)行表述，QPSK星座圖只保留第一、二象限，省略第三、四象限。

如圖7所示，3 640 MHz的QPSK星座圖部分點游離在外，其維特比譯碼輸出誤碼率為2.23×10-4，稍大于門限值2.0×10-4，QPSK TR101 290中出現(xiàn)大量連續(xù)計數(shù)錯誤。如圖8所示，3 680 MHz的QPSK星座圖聚集情況要優(yōu)于3 640 MHz，其維特比譯碼輸出誤碼率為4.32×10-6，小于門限值，QPSK TR101 290無告警。經(jīng)過衛(wèi)星機糾錯，3 640 MHz節(jié)目碼流無TR101 290告警，播出正常，因此可估計小區(qū)3功率40 W、其余小區(qū)功率200 W、默認(rèn)場景、加裝帶通濾波器，是一個鄰頻干擾的臨界點。由于在LNB前加裝帶通濾波器理論能夠增加約45 dB的隔離度，再增加約10 dB隔離度至55 dB，應(yīng)可恰好消除鄰頻干擾。如果能增加到15 dB至60 dB，則衛(wèi)星天線系統(tǒng)抗干擾的余量將更為充足。

3? ?緩解干擾的具體措施

衛(wèi)星天線安裝濾波器解決阻塞干擾后，同頻干擾和鄰頻干擾就成為主要的干擾源，同頻干擾非本文的主要討論內(nèi)容?？偨Y(jié)本次干擾協(xié)調(diào)過程，帶外抑制比ACLR是影響鄰頻干擾的大小的主要因素，只要能夠全面解決好這個問題，便能實現(xiàn)5G通信基站對鄰頻C波段衛(wèi)星地球站的鄰頻共存。因此，建議可優(yōu)先考慮采用如下措施解決鄰頻干擾：

（1）在5G NR基站加裝帶通濾波器，提高5G NR基站的帶外抑制比，鄰頻100 MHz的帶外隔離度提高10～15 dB，即ACLR由45dB提高到60 dB，則協(xié)調(diào)半徑可由4 km下降到1 km，此項工作對設(shè)備的技術(shù)參數(shù)提出了更高要求，需設(shè)備廠家為主進(jìn)行。

（2）降低5G NR基站發(fā)射功率，調(diào)整基站發(fā)射場景和發(fā)射小區(qū)，此項工作以通信運營商為主進(jìn)行。

由于本文只對一個位置的衛(wèi)星接收站的干擾情況進(jìn)行了測試，數(shù)據(jù)還不夠全面和完整。隨著5G的預(yù)商用，5G通信基站必將會逐漸增多，造成干擾的因素也必將愈發(fā)復(fù)雜，需進(jìn)一步進(jìn)行測試和總結(jié)。設(shè)備廠家、通信運營商、衛(wèi)星地面站三方通力協(xié)作，才能解決干擾問題，保證5G部署推廣工作的順利進(jìn)行。

4? ?結(jié)束語

本文首先就5G通信基站對C波段衛(wèi)星地球站的理論和實際干擾情況進(jìn)行了介紹，然后通過多次聯(lián)合電測以消除阻塞干擾和鄰頻干擾，并找出鄰頻干擾的臨界點，最后給出緩解干擾的具體措施。由于各地5G通信基站和C波段衛(wèi)星地球站的具體環(huán)境和距離不同，出現(xiàn)干擾的情況也不盡相同，因此有必要在按照《協(xié)調(diào)管理辦法》要求做好協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上，制定符合具體情況、切實可行的解決方案，以求實現(xiàn)5G系統(tǒng)與C波段衛(wèi)星地球站之間的鄰頻共存，促進(jìn)5G通信試驗的順利進(jìn)行，保障衛(wèi)星電視節(jié)目的安全播出。

本文初步證明了5G室外基站與3 600 MHz—3 700 MHz的C波段衛(wèi)星地球站鄰頻共存間隔距離能夠從4 km縮短至1 km以內(nèi)，甚至可能縮短到200 m以內(nèi)（本次測試距離僅為120 m）。另外考慮到各國在廣州市中心的越秀區(qū)、天河區(qū)、海珠區(qū)共設(shè)有63個駐華領(lǐng)館，大部分自建有衛(wèi)星接收天線，若按照4 km的間隔距離進(jìn)行布點，在廣州市中心將無法完成5G信號覆蓋。因此本文對提高衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的使用率，縮短5G基站布點距離，提高5G信號覆蓋強度，加快5G技術(shù)部署，具有非常重要的意義。

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作者簡介

梁剛毅（orcid.org/0000-0003-4817-845X）：工程師，畢業(yè)于中國傳媒大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)股份有限公司播控中心，主要從事有線數(shù)字播控前端系統(tǒng)和IP電視業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)和運維工作。

許斌：工程師，現(xiàn)任廣州廣播電視臺發(fā)射傳送部副主任，主要從事電視制作、節(jié)目傳送、無線發(fā)射和衛(wèi)星接收系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)和運維管理工作。

朱勤偉：教授級高級工程師，畢業(yè)于上海交通大學(xué)，現(xiàn)任廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)股份有限公司播控中心負(fù)責(zé)人，主要從事有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸、高清數(shù)字電視和超高清電視系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)和運維管理工作。