姚建明

5G基站與鄰頻系統(tǒng)之間的干擾問(wèn)題研究

姚建明

（西安博亞盛億通訊技術(shù)有限公司，陜西 西安 710077）

針對(duì)5G基站與衛(wèi)星地球站等鄰頻系統(tǒng)在頻率共用、地理共存情況下出現(xiàn)的干擾問(wèn)題，對(duì)5G基站被干擾情形進(jìn)行了理論計(jì)算，對(duì)其他臺(tái)站被干擾情形以及合法臺(tái)站之間的共存進(jìn)行了分析研究，提出了在出現(xiàn)同頻干擾時(shí)能提升干擾定位效率的方法，包括使用實(shí)時(shí)頻譜功能分析同頻信號(hào)，運(yùn)用5G NR解調(diào)功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，以及結(jié)合車載同頻多輻射源定位方法來(lái)確定干擾源的大致位置。

5G；同頻干擾；實(shí)時(shí)頻譜分析

1 引言

5G是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是2G、3G和4G系統(tǒng)之后的延伸。全球各國(guó)政府、組織均把5G作為戰(zhàn)略重點(diǎn)，我國(guó)高度重視5G，為5G發(fā)展提供綱領(lǐng)性指導(dǎo)及全方位保障，自2019年6月，工業(yè)和信息化部（簡(jiǎn)稱工信部）向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G商用牌照以來(lái)，國(guó)內(nèi)5G建設(shè)便進(jìn)入快車道[1-3]。

與此同時(shí)，青海、新疆[4]、河北等地也發(fā)生了多起5G工作頻段內(nèi)的干擾申訴事件。這些5G干擾事件中，既有5G基站被干擾情況，如青海玉樹(shù)、新疆奎屯移動(dòng)5G頻段被干擾；也有5G基站干擾其他臺(tái)站情況，如青海西寧、河北張家口出現(xiàn)的衛(wèi)星通信被干擾。干擾定位查找是無(wú)線電管理一項(xiàng)重要且較為耗時(shí)、耗力的工作。而5G干擾的出現(xiàn)以及進(jìn)一步處理為無(wú)線電管理提出了新的挑戰(zhàn)：既要有序保障5G持續(xù)健康發(fā)展，又要快速解決干擾以維護(hù)空中電波秩序；既要做好“預(yù)防”工作，推動(dòng)相關(guān)臺(tái)站進(jìn)行適應(yīng)性建設(shè)或改造等協(xié)調(diào)工作，又要做好“急救”工作，出現(xiàn)干擾后，花最少的時(shí)間、用最小的代價(jià)找出干擾源并解決。

文獻(xiàn)[4]針對(duì)一起具體的5G基站被干擾案件進(jìn)行了研究，分析了基于傳統(tǒng)技術(shù)手段的無(wú)線電干擾排查過(guò)程；文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]基于《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，結(jié)合實(shí)際的C波段衛(wèi)星站被干擾案例，對(duì)5G基站與其他臺(tái)站共存進(jìn)行了分析。

針對(duì)5G基站與鄰頻臺(tái)站之間出現(xiàn)的干擾問(wèn)題，已有研究成果偏重于實(shí)際干擾案例的過(guò)程分析。本文從實(shí)際出現(xiàn)的干擾案例入手，對(duì)不同干擾情形進(jìn)行了理論計(jì)算和分析，并針對(duì)耗時(shí)、耗力的同頻干擾問(wèn)題，結(jié)合新技術(shù)手段來(lái)提升干擾排查效率，給出了實(shí)時(shí)頻譜分析、5G NR信號(hào)解調(diào)識(shí)別以及同頻多輻射源定位等解決思路。

2 問(wèn)題分析

2.1 頻率共用

國(guó)內(nèi)5G的工作頻段，包括中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的3 400～3 600 MHz、中國(guó)移動(dòng)的2 515～2 615 MHz頻段等，與現(xiàn)有或原有臺(tái)站工作頻率重疊或鄰近，如原有多信道多點(diǎn)分發(fā)服務(wù)（multichannel multipointdistribution service，MMDS）設(shè)備以及標(biāo)稱工作頻率為3 400～4 200 MHz中星6B衛(wèi)星等，這樣的臺(tái)站共存局面會(huì)導(dǎo)致同頻干擾、鄰頻干擾和減敏干擾等情況。

表1 MMDS系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)[7-10]

2.2 干擾分析

2.2.1 5G基站被干擾分析

青海、新疆等地出現(xiàn)的MMDS設(shè)備干擾5G基站情形較為典型，以此為背景進(jìn)行分析。

MMDS系統(tǒng)，采用微波傳輸、多路分配的無(wú)線通信技術(shù)，由于具有投資少、周期短、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，廣電部門將其用于郊區(qū)、鄉(xiāng)村等地區(qū)的電視信號(hào)傳送覆蓋方面。MMDS系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表1，標(biāo)稱工作頻率為2 500～2 570 MHz，與工信部分配給中國(guó)移動(dòng)的2 515～2 615 MHz 5G頻率重疊，具有發(fā)生同頻干擾的理論基礎(chǔ)。另外，MMDS設(shè)備發(fā)射功率大，達(dá)百瓦級(jí)；信號(hào)占用帶寬大，為了多傳送電視節(jié)目會(huì)采用寬帶發(fā)射模式；信號(hào)覆蓋范圍大，達(dá)幾十千米。所以，從理論上分析，MMDS很容易對(duì)5G基站造成有害干擾。

設(shè)定鄉(xiāng)村平原場(chǎng)景，分析MMDS信號(hào)經(jīng)過(guò)傳播后對(duì)5G基站造成的影響。

參照文獻(xiàn)[5]中給出的MMDS系統(tǒng)應(yīng)用參數(shù)，假設(shè)MMDS發(fā)射天線與5G基站天線架設(shè)高度均為30 m，MMDS設(shè)備干擾5G基站示意圖如圖1所示，兩者之間的距離為且為無(wú)障礙物的通視環(huán)境。

圖1 MMDS設(shè)備干擾5G基站示意圖

MMDS系統(tǒng)應(yīng)用參數(shù)如下[7]：

路徑損耗方面，大氣層和地面電磁特性是影響因素，包括大氣層對(duì)無(wú)線電波的折射、吸收、散射、地面反射等因素造成的損耗[11-13]。

表2 近似計(jì)算MMDS覆蓋范圍

其中，t單位為MHz，單位為km。

在文獻(xiàn)[7]中給出的MMDS系統(tǒng)參數(shù)基礎(chǔ)上，將其噪聲門限電平等效為接收機(jī)輸入噪聲功率，使用式（1）、式（2）、式（3）近似計(jì)算得到在9.5 km處的接收信號(hào)信噪比為23.3 dB，見(jiàn)表2。

表2結(jié)果與文獻(xiàn)[7]給出的MMDS系統(tǒng)覆蓋效果趨勢(shì)相近，基于同樣條件下，進(jìn)一步分析圖1中5G基站接收天線處的干擾電平。

圖2 MMDS設(shè)備干擾5G基站的功率范圍

5G宏基站的接收靈敏度一般會(huì)小于?95 dBm[3]，?80 dBm等級(jí)的同頻信號(hào)會(huì)對(duì)5G基站造成有害干擾。

MMDS系統(tǒng)的工作頻率與中國(guó)移動(dòng)的5G工作頻率重疊，外加寬帶大功率發(fā)射以及廣域覆蓋的特點(diǎn)，導(dǎo)致MMDS無(wú)法與5G基站同時(shí)、同區(qū)工作。

事實(shí)上，在2013年12月工信部宣布將 2 555～2 655 MHz頻段分配給運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行4G部署時(shí)，廣電部門已開(kāi)始了應(yīng)對(duì)與探索[10]。

基于MMDS應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)狀況，無(wú)論是從頻率上解決，避開(kāi)2 515～2 615 MHz，還是從臺(tái)站上解決，避免與5G覆蓋區(qū)域重疊，都需要考慮既不影響5G部署應(yīng)用又充分利用已有投入。

2.2.2 其他臺(tái)站被干擾分析

一位醫(yī)療行業(yè)從業(yè)者告訴《中國(guó)新聞周刊》，因該司權(quán)限過(guò)大，該司官員也容易成為企業(yè)“圍獵”的對(duì)象，在吳湞主政期間前，該司就問(wèn)題頻發(fā)，違紀(jì)違法問(wèn)題頻出。

衛(wèi)星地球站等臺(tái)站被5G干擾事件已發(fā)生多起，以C波段臺(tái)站最為典型，除了青海西寧、河北張家口，上海、廣州等地也出現(xiàn)過(guò)。

國(guó)內(nèi)3 400～4 200 MHz和4 500～5 000 MHz頻段衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）、廣播電視地球站、雙向通信地球站、單收地球站5萬(wàn)～10萬(wàn)個(gè)，用戶涉及廣播電視臺(tái)站、氣象、報(bào)社、銀行、高校、科研機(jī)構(gòu)、證券及電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)等重要行業(yè)企事業(yè)單位[5]。

已有在線運(yùn)行的C波段臺(tái)站與運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)行5G工作頻率重疊或相近，三大運(yùn)營(yíng)商5G工作頻率見(jiàn)表3、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通5G頻率與C波段頻率如圖3所示，進(jìn)一步導(dǎo)致了同頻干擾、鄰頻干擾等干擾現(xiàn)象發(fā)生[5-6]。

表3 三大運(yùn)營(yíng)商5G工作頻率

圖3 中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通5G頻率與C波段頻率

針對(duì)C波段臺(tái)站與5G基站共存情形，可采取以下方案措施[12-13]：

（1）為地球站等臺(tái)站加裝抗干擾濾波器、更換高品質(zhì)窄帶抗5G干擾衛(wèi)星高頻頭等措施，適用于鄰頻干擾等現(xiàn)象；

（2）調(diào)整5G基站發(fā)射功率、天線最大輻射方向等，提升基站帶外抑制水平；

（3）為臺(tái)站增加屏蔽、隔離配置，適用于同頻干擾情形。

2.3 共存分析

針對(duì)頻率共用或相近的不同臺(tái)站共存情形，2018年12月，工信部下發(fā)了《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，為相關(guān)主體的進(jìn)一步工作提供了思路。

（1）5G工作頻率范圍內(nèi)，不再有增量地面固定業(yè)務(wù)臺(tái)（站）、空間無(wú)線電臺(tái)和衛(wèi)星地球站等臺(tái)站進(jìn)場(chǎng)，包括3 400～4 200 MHz和4 800～5 000 MHz頻段的臺(tái)站不再受理申請(qǐng)；

（2）5G工作頻率范圍內(nèi)，已建、新建5G基站與已有存量臺(tái)站之間，以干擾協(xié)調(diào)管理為思路，采取適應(yīng)性建設(shè)與適配性改造等措施。

通過(guò)《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》并結(jié)合實(shí)際情況，分析認(rèn)為5G干擾情況會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在，從目前的階段來(lái)看，完全消除5G干擾是不存在理論基礎(chǔ)的，避免和解決“有害干擾”是重點(diǎn)，即把出現(xiàn)的嚴(yán)重干擾通過(guò)一系列措施控制在可接受的等級(jí)范圍內(nèi)是有效的。

3 解決思路和方法

在實(shí)際的無(wú)線電管理工作當(dāng)中，5G干擾的情形多種多樣，而以5G工作頻段內(nèi)出現(xiàn)的同頻率干擾信號(hào)情形最為復(fù)雜。出現(xiàn)5G同頻干擾后，建議從以下幾個(gè)方面入手以便提升干擾查找定位的效率。

3.1 解決思路

3.1.1 完整地確定信號(hào)特征

隨著5G商用程度進(jìn)一步加深，通過(guò)關(guān)閉基站來(lái)確定干擾源的方法會(huì)變得越來(lái)越困難，在這種情況下，掌握有力的手段來(lái)完整地確定信號(hào)特征就顯得很有必要，包括待找信號(hào)的確定頻點(diǎn)、信號(hào)波形等特征。

（1）實(shí)時(shí)頻譜分析

以5G基站被干擾為例，在基站100 MHz左右的帶寬內(nèi)出現(xiàn)的任意干擾信號(hào)，都會(huì)對(duì)基站性能造成影響乃至業(yè)務(wù)受阻。此時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)頻譜分析功能，利用顯示顏色的不同來(lái)區(qū)分多種類型的輻射信號(hào)，可以清楚明確地獲取同頻干擾信號(hào)的“位置”（具體頻點(diǎn)）、信號(hào)幅度大小、持續(xù)時(shí)間、信號(hào)寬度等關(guān)鍵參數(shù)，如圖4所示，可以縮小分析排查的范圍，進(jìn)一步減少不必要的彎路。

需要說(shuō)明的是，針對(duì)同頻信號(hào)，普通的掃頻式頻譜儀或接收機(jī)無(wú)法分辨，也無(wú)法獲取一些準(zhǔn)確的特征參數(shù)。

圖4 實(shí)時(shí)頻譜分析功能說(shuō)明示意圖

（2）5G信號(hào)的解調(diào)識(shí)別

在5G同頻干擾出現(xiàn)時(shí)，對(duì)5G信號(hào)進(jìn)行解調(diào)識(shí)別也是非常必要的，因?yàn)椴煌?G/4G，5G基站的布設(shè)密度大大增加，對(duì)應(yīng)5G個(gè)體基站的覆蓋范圍也小很多，在實(shí)際的干擾排查現(xiàn)場(chǎng)，方圓幾百米范圍內(nèi)往往會(huì)有多個(gè)頻率相同的5G基站。

以5G基站干擾衛(wèi)星地球站情形為例，在地球站接收天線口面處，可以通過(guò)便攜式設(shè)備確定出與地球站同頻的干擾信號(hào)幅度超出預(yù)期，也可以通過(guò)波形判斷出干擾信號(hào)是寬帶信號(hào)。此時(shí)，如果便攜式設(shè)備具備5G信號(hào)解調(diào)識(shí)別功能，如圖5所示，就可以明確“5G基站類設(shè)備”就是干擾源，進(jìn)一步利用手持定向天線結(jié)合5G解調(diào)識(shí)別出的基站小區(qū)號(hào)，基于來(lái)波功率最大對(duì)應(yīng)干擾貢獻(xiàn)最大的原則，初步確定出主要干擾源的方向。

以新疆奎屯移動(dòng)的2 515～2 635 MHz 5G基站被干擾為例[4]，事實(shí)上在有效的頻率劃分文件中，2 515～2 635 MHz頻率是明確分配給移動(dòng)使用的，這說(shuō)明實(shí)際環(huán)境中的臺(tái)站分布要更加復(fù)雜。假如有一個(gè)頻率為3 400～3 600 MHz的臺(tái)站被干擾了，也只能說(shuō)明5G基站是干擾源的概率更大，或許實(shí)際環(huán)境中還有其他同頻率的臺(tái)站存在。通過(guò)實(shí)際的案例比擬說(shuō)明，指出在實(shí)際的5G同頻干擾查找定位過(guò)程中，進(jìn)行必要的5G解調(diào)識(shí)別是有意義的。

圖5 實(shí)際環(huán)境中的5G NR信號(hào)解調(diào)識(shí)別結(jié)果列表

3.1.2 結(jié)合有效的車載定位手段

實(shí)際工作當(dāng)中，無(wú)線電干擾查找定位的主戰(zhàn)場(chǎng)往往在密集城區(qū)，在這樣的環(huán)境下，多徑效應(yīng)、反射散射很容易造成方位誤判，高樓大樹(shù)會(huì)對(duì)逼近查找形成困擾，嘈雜的電磁環(huán)境也會(huì)對(duì)干擾定位造成影響。

在密集城區(qū)進(jìn)行5G同頻干擾定位查找，依托有效的車載定位手段來(lái)進(jìn)一步縮小目標(biāo)區(qū)域是有意義的，在有多個(gè)5G同頻輻射源同時(shí)存在的環(huán)境中，驅(qū)車在方圓幾千米范圍的初始目標(biāo)區(qū)域中采集數(shù)據(jù)，利用有效的定位算法粗略確定出同頻輻射源在大目標(biāo)區(qū)域中的位置，并在地圖中標(biāo)示出來(lái)，可以進(jìn)一步縮小排查范圍。

3.2 方法步驟

5G同頻干擾的查找定位可以參照以下步驟進(jìn)行。

步驟1 通過(guò)實(shí)時(shí)頻譜分析設(shè)備監(jiān)測(cè)被干擾頻段，區(qū)分出干擾信號(hào)與被干擾信號(hào)，并獲取干擾信號(hào)頻率等頻域特征參數(shù)。

步驟2 進(jìn)行5G NR信號(hào)解調(diào)，獲取5G NR基站PCI等解調(diào)域特征參數(shù)。在衛(wèi)星臺(tái)站被干擾過(guò)程中，在衛(wèi)星天線處通過(guò)定向天線可以獲得干擾貢獻(xiàn)最大的基站方向和PCI參數(shù)。

步驟3 通過(guò)步行式逼近或車載式逼近策略確定干擾源。在車載式定位干擾過(guò)程中，如果是5G基站被干擾情形，使用功率到達(dá)法定位系統(tǒng)的多輻射模式，確定出同頻輻射源的大致位置，進(jìn)一步縮小查找區(qū)域；如果是衛(wèi)星臺(tái)站被干擾情形，可以使用5G基站路測(cè)設(shè)備，通過(guò)在衛(wèi)星天線處獲取的最大貢獻(xiàn)基站的PCI，確定出最終的干擾源。

3.3 分析結(jié)果

通過(guò)使用實(shí)時(shí)頻譜分析、5G信號(hào)解調(diào)識(shí)別以及同頻多輻射源定位等新技術(shù)手段，在5G工作頻段內(nèi)出現(xiàn)同頻干擾事件時(shí)，可以讓干擾定位并解決干擾問(wèn)題事半功倍。另外，在實(shí)際的干擾查找定位過(guò)程中，手持定向天線的波瓣寬度也是需要考慮的因素，尤其是周圍都是5G信號(hào)時(shí)，較好的方向特性可以在逼近目標(biāo)基站過(guò)程中少走彎路。

4 結(jié)束語(yǔ)

保障5G持續(xù)健康的發(fā)展具有重要的意義，頻譜本身又是稀缺的資源，所以，5G基站與其他在用合法臺(tái)站頻率共用的現(xiàn)象在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)存在，由此帶來(lái)的同頻干擾、鄰頻干擾等現(xiàn)象也會(huì)長(zhǎng)期存在，基于這樣的現(xiàn)狀因素，結(jié)合《3 000～5 000 MHz頻段第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理辦法》，規(guī)避和解決“有害干擾”對(duì)實(shí)現(xiàn)5G基站與其他同頻存量臺(tái)站和諧共存具有現(xiàn)實(shí)意義。

在規(guī)避5G工作頻段內(nèi)出現(xiàn)的“有害干擾”方面，除了對(duì)其他在線合法臺(tái)站進(jìn)行適應(yīng)性改造，包括加裝濾波器、屏蔽措施等，還需要5G進(jìn)行適配性建設(shè)，包括保證已建新建5G基站設(shè)備發(fā)射與接收特性滿足規(guī)范要求等。

而解決“有害干擾”同樣是非常重要的事情，5G工作頻率內(nèi)出現(xiàn)了同頻率干擾信號(hào)，無(wú)論是5G基站被干擾，還是5G基站干擾其他合法臺(tái)站，如何在不關(guān)站、少關(guān)站情況下以最快的時(shí)間找出干擾源并解決“有害干擾”是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

在面臨5G基站密集部署、5G信號(hào)深度覆蓋以及日益復(fù)雜的電磁環(huán)境形勢(shì)下，基于常規(guī)掃頻式接收設(shè)備的傳統(tǒng)無(wú)線電干擾排查手段，會(huì)使得干擾定位的效率比較低，而且需要工作人員有豐富的排查經(jīng)驗(yàn)、跨部門之間的信息要共享充分、及時(shí)等。

本文的思路是利用新技術(shù)應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下的新問(wèn)題，提出了結(jié)合使用實(shí)時(shí)頻譜分析、5G信號(hào)解調(diào)識(shí)別以及同頻多輻射源定位等手段進(jìn)行干擾排查，在5G基站與其他臺(tái)站出現(xiàn)干擾問(wèn)題后，尤其是同頻有害干擾時(shí)，可以有效提升干擾定位的效率。

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Study on interference problems between 5G base stations and adjacent frequency systems

YAO Jianming

Xi’an Boya Shengyi Communication Technology Co., Ltd., Xi’an 710077, China

For the interference problems in frequency sharing and geographical coexistence between 5G base stations and the adjacent frequency systems such as satellite earth stations, the different situations consisting of the interferences to 5G base stations and the interferences to other stations were analyzed, and the solutions to improve interference positioning efficiency including analyzing the same frequency signal using real-time spectrum function, identifying the signal using 5G NR demodulation function, and locating the interference source combined with same-frequency multiple radio source positioning method were presented.

5G, same frequency interference, real-time spectrum analysis

TN927

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2021242

姚建明（1980? ），男，西安博亞盛億通訊技術(shù)有限公司技術(shù)總工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電、移動(dòng)通信、信號(hào)分析等。

2021?06?08；

2021?10?18