◎劉 明

(鞍山市新聞傳媒中心，遼寧 鞍山 114000)

隨著5G 在全國各地的正式商用，各個臺站也暴露出一些問題，那就是對C 波段廣播下行信號的干擾問題。自2020年12月以來，當(dāng)附近開通5G 基站后，就出現(xiàn)了接收問題，鞍山電臺衛(wèi)星接收機(jī)接收的C 波段信號受到了嚴(yán)重的干擾，尤其是接收中星6B 的垂直極化節(jié)目的信號首先受到影響，出現(xiàn)馬賽克、卡頓以及衛(wèi)星信號無法鎖定的情況，接著中星6B 的水平極化節(jié)目也受到了影響，嚴(yán)重威脅到央視多套節(jié)目的轉(zhuǎn)播安全。

廣播衛(wèi)星下行工作在標(biāo)準(zhǔn)C 波段，其頻率范圍為3 700—4 200MHz，此外還有擴(kuò)展C 波段下行頻率為 3.4—3.7GHz，但該頻段已與現(xiàn)有分配給5G 的工作頻率產(chǎn)生沖突，因?yàn)槟壳拔覈峙浣o三大運(yùn)營商的5G 頻率范圍大體是這樣的：中國電信為3.4—3.5GHz，共100MHz 帶寬；中國聯(lián)通為3.5—3.6GHz，共100MHz 帶寬；中國移動為2.515—2.675GHz 和4.8—4.9GHz，共260MHz 帶寬。從頻率的分布情況可以看出，中國移動的5G 頻率由于距離3 700—4 200MHz 這個頻段較遠(yuǎn)，對C 波段衛(wèi)星下行信號的接收影響較小，中國電信和中國聯(lián)通的5G 頻率對C 波段衛(wèi)星下行信號的接收產(chǎn)生了較大的影響，特別是中國聯(lián)通的5G 頻率。

一、抗5G干擾衛(wèi)星天線改造的重要意義

在5G 通信的發(fā)展中，頻譜作為一種有限的戰(zhàn)略資源發(fā)揮著舉足輕重的作用。2017年底，工業(yè)和信息化部明確規(guī)定5G 系統(tǒng)工作頻段分別為3 300MHz—3 400MHz(室內(nèi))、3 400MHz—3 600MHz 和4 800MHz—5 000MHz。而廣播電臺在C 波段衛(wèi)星接收節(jié)目(C 波段下行頻率為3 625MHz—4 200MHz)，分為垂直極化和水平極化。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，5G 信號對衛(wèi)星接收信號有干擾而且是可變的，不但有受垂直極化接收影響而水平極化接收信號正常的，也有一些受到在水平和垂直偏振方向上接收到的信號的不同程度的影響。鄰頻干擾信號對不同C 波段頻率的干擾是不同的。為了實(shí)現(xiàn)5G 基站信號與其他無線電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的兼容共存，避免5G 基站干擾造成的廣播電視中斷，促進(jìn)5G 通信的快速部署和健康發(fā)展，廣電總局、中國聯(lián)通、中國電信聯(lián)合發(fā)布《C 波段廣播電視衛(wèi)星接收站與5G 基站干擾協(xié)調(diào)實(shí)施辦法(試行)》，指導(dǎo)和規(guī)范5G 基站與C 波段廣播電視衛(wèi)星的安裝、使用采取有效措施，保護(hù)C 波段廣播電視衛(wèi)星接收站不受5G 基站的干擾。根據(jù)文件精神，充分考慮到5G 發(fā)射端改造相當(dāng)困難(可能影響用戶5G 接收)，我們主要從衛(wèi)星接收端出發(fā)，采用安裝C 波段濾波器和集成高頻頭來解決5G 干擾問題。

隨著5 G 通信牌照的正式發(fā)放，5G 通信即將開始大規(guī)模商用，越來越多的城市開始大規(guī)模建設(shè)5G 通信基站，各大運(yùn)營商也加緊布局大城市中心城區(qū)的站點(diǎn)設(shè)置，隨之而來的5 G 通信基站信號干擾衛(wèi)星地球站C 波段信號接收的情況會越來越普遍。三大運(yùn)營商在全國30 個省份、50 多個城市啟動了5G 網(wǎng)絡(luò)的部署和測試，我國5G 建設(shè)規(guī)模已鎖定世界第一。截至2022年7月，三大運(yùn)營商已建成5G 基站3.8 萬個，根據(jù)規(guī)劃到年底將建成13 萬個。由于5 G 信號頻率與部分地球站C 波段頻率重疊，衛(wèi)星地球站C 波段下行信號較易受到同頻信號不同程度的干擾。5G 通信基站對C 波段衛(wèi)星訊號干擾是非常嚴(yán)重的問題，希望行業(yè)人士共同努力，摸索制定一套行之有效的解決方案。

二、解決5G 干擾問題的技術(shù)原理

若無法通過調(diào)整C 波段衛(wèi)星信號的下行頻率實(shí)現(xiàn)抗干擾，則需要通過安裝帶通濾波器，達(dá)到屏蔽5G 信號的目的。帶通濾波器具有過濾雜波、屏蔽帶外干擾的功能，帶通濾波器的工作頻率為3 700—4 200MHz，與C 波段衛(wèi)星信號的下行頻率、5G 信號的工作頻率相同，因而可適配C 波段衛(wèi)星信號的傳輸需要。在將帶通濾波器引入到C 波段衛(wèi)星信號傳輸以后，即可發(fā)揮帶通濾波器在屏蔽帶外干擾方面的優(yōu)勢，抑制5G 信號對C 波段衛(wèi)星信號所造成的干擾。鞍山電臺使用的京信通信帶通濾波器是型號為FP-V500-OW05 的一體化高頻頭，這款集成的高頻頭功能較為強(qiáng)大，能夠發(fā)揮帶通濾波器在降低混諧波方面的作用，以有效抑制5G 信號對C波段衛(wèi)星信號造成的不良影響。帶通濾波器的使用固然能夠起到較好的抗干擾作用，但是帶通濾波器會降低C 波段衛(wèi)星信號的C/N 值，因而當(dāng)C 波段衛(wèi)星信號的功率不高時，需要通過加大C 波段衛(wèi)星信號功率，才能夠使帶通濾波器發(fā)揮出較好的作用。

(一)安裝C 波段濾波器

濾波器作為頻率選擇裝置，可以將有用信號與噪聲分離，提高信號的抗干擾性能和信噪比；濾除噪聲的頻率成分，提高分析精度；分離單頻分量和復(fù)頻分量。濾波器插入損耗大于3dB 的頻率點(diǎn)稱為濾波器截止頻率。當(dāng)頻率超過截止頻率時，濾波器將進(jìn)入阻帶。在阻帶中，干擾信號將被極大削減。根據(jù)有效信號的帶寬，截止頻率應(yīng)大于信號的帶寬，以保證有用信號不被削減；根據(jù)干擾信號的頻率，干擾頻率應(yīng)落在濾波器的阻帶內(nèi)；根據(jù)濾波器的選頻功能，分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。低通濾波器和高通濾波器是濾波器最基本的兩種形式，其他濾波器可分為這兩種類型。例如，低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)用于帶通濾波器，低通濾波器和高通濾波器并聯(lián)用于帶阻濾波器等。

對于接收C 波段信號的衛(wèi)星地面站，LNB 的工作頻率一般為3.4GHz—4.2GHz，衛(wèi)星天線接收到的5G 信號也會被LNB 放大。由于5G 信號強(qiáng)度遠(yuǎn)大于衛(wèi)星信號強(qiáng)度，容易造成LNB 功率飽和導(dǎo)致接收機(jī)無法解調(diào)。因此，我們在feed和LNB 之間增加了一個分離濾波器，對3.4GHz—3.7GHz 頻段的5G 信號進(jìn)行濾波。廣播電視地面接收站通過濾波和抗飽和措施，可以消除或防止5G 信號的干擾。5G 基站信號對地球站的干擾被抑制后，地球站接收到的信號能滿足GY/T148-2000《衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)技術(shù)要求》的要求，并能滿足鞍山臺正常接收衛(wèi)星信號的要求。C 波段衛(wèi)星地球站濾波設(shè)備包括C 波段抗干擾衛(wèi)星濾波器，配套的固定螺栓、螺母、轉(zhuǎn)接彎頭等安裝附件。分體式高頻頭與饋線之間有兩個獨(dú)立的部分，通過EIA 國際標(biāo)準(zhǔn)接口BJ40 接口連接。為了解決分裂型衛(wèi)星的干擾問題，需要在高頻頭和饋源之間串聯(lián)一個具有BJ40 接口的抗干擾濾波器。由于安裝空間有限，需要在回饋雙極化衛(wèi)星地面站安裝C 波段直角波導(dǎo)移相器。參考國家廣電總局規(guī)劃院發(fā)布的C 波段濾波器測試結(jié)果，設(shè)計(jì)C 波段濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)。

(二)濾波器集成高頻頭

高頻頭的作用是放大微弱的衛(wèi)星信號，處理因傳輸不穩(wěn)定引起的信號變形和干擾。每顆衛(wèi)星通常有24 個頻道。為了充分利用這些通道，避免相鄰?fù)ǖ乐g的相互干擾，通常采用單通道和雙通道分開的方式來傳輸不同極化方式的電磁波。因此，用于衛(wèi)星地面接收的高頻頭(LNB)必須具有接收雙極化電磁波的能力，才能接收全部24 個頻道的節(jié)目。

C 波段雙極雙本振單輸出高頻頭主要用于衛(wèi)星中頻分配系統(tǒng)。采用5 150MHz 和5 750MHz 的本振頻率分別對H、V 偏振信號進(jìn)行處理。將3.6GHz—4.2GHz 范圍內(nèi)的兩個極化信號分別轉(zhuǎn)換成950MHz—1 550MHz 和1 550MHz—2 150MHz 的非重疊中頻頻率，這樣就可以在同一饋線上實(shí)現(xiàn)傳輸，接收機(jī)可以同時接收兩個極化信號。這樣，高頻頭可以通過功分器向多個接收機(jī)提供無干擾接收(見圖1)。

圖1 衛(wèi)星天線加載濾波器原理圖

濾波器一體化是指將高頻頭和饋源兩部分集成為一個整體來處理干擾問題，采用濾波器集成高頻頭(高頻頭LNB/LNA+ 濾波器)和分路饋電取代原有設(shè)備。由于廣播電視地面站的C 波段接收機(jī)通常通過L 波段信號線串并聯(lián)使用，應(yīng)根據(jù)《C 波段廣播電視衛(wèi)星接收站與5G 基站干擾協(xié)調(diào)實(shí)施辦法(試行)》來操作，從而避免5G 信號經(jīng)變頻后電平過高，造成接收機(jī)輸入飽和。

三、5G抗干擾實(shí)踐過程

在排查和處理5G 干擾的過程中，為衛(wèi)星天線加裝抗5G干擾帶通濾波器一體化高頻頭。在實(shí)踐中，集成濾波器一體化高頻頭能夠具有屏蔽帶外干擾的功能，且其群延遲、插損相對較低，工作頻帶處于3 700—4 200MHz，因此在處理C波段衛(wèi)星接收受 5G 干擾方面有極強(qiáng)的優(yōu)勢，可以完成對強(qiáng)帶外干擾(5G 信號所引起的)的有效抑制。對比5G 信號和C 波段衛(wèi)星信號的頻帶范圍能夠了解到，二者勢必存在干擾問題，特別是會對電視廣播信號產(chǎn)生較大的干擾。因此，引入一定的抗干擾裝置，或是落實(shí)抗干擾措施是必然選擇。在衛(wèi)星濾波器的支持下，當(dāng)射頻信號進(jìn)入高頻頭下變頻之前，由于 5G 信號所引發(fā)的帶外干擾得以控制，從而大幅降低了混頻諧波干擾的發(fā)生概率。

(一)C 波段5G 衛(wèi)星接收受5G 干擾的常見排查方法

對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行排查的實(shí)際情況表明，5G 可能會對C波段信號產(chǎn)生干擾。在這樣的干擾排查中，相關(guān)人員需要觀察圖像信息，或是使用頻譜儀完成干擾頻率的檢測。當(dāng)觀察到干擾情況后，相關(guān)人員需要立即對系統(tǒng)內(nèi)部展開全面排查，檢查區(qū)域?yàn)槌哳l頭之下變頻之后的整個系統(tǒng)，包括功分器、供電器等。在此基礎(chǔ)上，可以引入相關(guān)干擾，以此確定C 波段信號和高頻頭實(shí)際受到的干擾情況。

對干擾源進(jìn)行猜測，在受到干擾之后發(fā)現(xiàn)，干擾的情況持續(xù)了很長時間，而且?guī)淼挠绊懸埠艽蟆榱丝梢愿尤娴亓私馓炀€平臺受到的干擾情況，可以對在正常播出中影響比較嚴(yán)重的頻點(diǎn)進(jìn)行記錄，了解其干擾的狀況。經(jīng)過觀察，就可以發(fā)現(xiàn)一部分C 波段信號受到的影響是非常大的，在低樓層受到的干擾會比高樓層更加嚴(yán)重。在觀測天線頻率的時候，可以看出會用的頻率屬于五千二兆赫的寬帶高頻頭，這個高頻頭的接收范圍是三千四兆赫到四千二兆赫，然后使用頻譜儀來對高頻頭下的信號進(jìn)行觀察。我們主要對使用頻率較多的C 波段信號的中星6B 和中星6D 衛(wèi)星安裝改造濾波器和高頻頭后的實(shí)際使用效果進(jìn)行了評估。

(二)改造思路

電臺衛(wèi)星接收分為主用衛(wèi)星信號和備用衛(wèi)星信號。衛(wèi)星接收機(jī)主要有電平強(qiáng)度和信號質(zhì)量兩個指標(biāo)，我們主要觀察信號質(zhì)量。測試開始時，將濾波器接到主用衛(wèi)星接收高頻頭上，觀察記錄下主用衛(wèi)星接收機(jī)的電平強(qiáng)度和信號質(zhì)量。然后將濾波器接到備用衛(wèi)星接收高頻頭上，觀察記錄下備用衛(wèi)星接收機(jī)的電平強(qiáng)度和信號質(zhì)量。再將衛(wèi)星接收天線上的高頻頭取下，將濾波器集成高頻頭換上，然后重復(fù)上述動作；在每次的測試中，觀察記錄主用和備用衛(wèi)星接收機(jī)的電平強(qiáng)度和信號質(zhì)量。同時，監(jiān)聽轉(zhuǎn)播信號聲音是否清晰正常，并且與聯(lián)通電信通信公司聯(lián)系，調(diào)整5G 基站信號強(qiáng)度，測試抗干擾邊界情況和確定干擾源。問題解決后，根據(jù)試驗(yàn)方案流程對效果進(jìn)行評價。

(三)改造步驟

第一步：將原來沒有加濾波器的衛(wèi)星接收機(jī)電平強(qiáng)度和信號質(zhì)量進(jìn)行記錄，分別是電平強(qiáng)度90、信號質(zhì)量68。轉(zhuǎn)播信號連續(xù)卡頓甚至偶爾失去鎖定。

第二步：分別給主備衛(wèi)星接收天線的高頻頭加裝濾波器，再重新觀察記錄衛(wèi)星接收機(jī)的指標(biāo)，分別是電平強(qiáng)度90 左右、信號質(zhì)量75 左右。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播信號偶爾卡頓。

第三步：分別將主備衛(wèi)星接收天線高頻頭取下，安裝濾波器高頻頭一體機(jī)，再重新觀察記錄衛(wèi)星接收機(jī)的指標(biāo)，分別是電平強(qiáng)度90 左右、信號質(zhì)量80 左右。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播信號正常，偶爾因干擾信號其質(zhì)量掉到78 左右，轉(zhuǎn)播信號還是可以接收的。

(四)現(xiàn)場效果

通過實(shí)際測試，濾波器確實(shí)可以提高衛(wèi)星接收信號的質(zhì)量，而且集成的一體機(jī)效果更好。還有就是衛(wèi)星接收機(jī)的電平強(qiáng)度不受干擾影響，信號質(zhì)量必須達(dá)到80 以上，才能有足夠的余量，在通信公司的5G 干擾功率加大時仍然可以正常接收衛(wèi)星信號(見圖2)。

圖2 信號質(zhì)量提高后衛(wèi)星接收機(jī)效果圖

四、結(jié)語

衛(wèi)星接收系統(tǒng)采用濾波集成高頻頭改造后，5G 基站的干擾能得到明顯的屏蔽，干擾信號能得到很大的抑制，衛(wèi)星機(jī)能夠正常接收和使用衛(wèi)星信號。鞍山廣播電臺接收衛(wèi)星信號能夠穩(wěn)定正常使用，使轉(zhuǎn)播中央臺的節(jié)目得到了保障。在日常和國家重大時刻，電臺轉(zhuǎn)播報(bào)道具有傳統(tǒng)媒體的獨(dú)特地位，發(fā)揮專業(yè)傳播優(yōu)勢，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)直播難以企及的效果。在5G 通信的快速發(fā)展形勢下，鞍山廣播電臺依然能夠克服困難、解決問題，把中央的聲音傳播到千家萬戶。