張 鵬
(貴州省廣播電視局七六一臺,貴州 貴陽 550000)
隨著5G 基站建設(shè)步伐加快,5G 信號對C 波段衛(wèi)星下行信號的干擾嚴(yán)重影響了發(fā)射機(jī)的正常播出,成為急需解決的問題。由于中國電信、中國聯(lián)通采用的5G 信號頻率與C 波段頻率有重疊,會對衛(wèi)星地球站C 波段下行信號造成干擾。而貴州七六一臺地面數(shù)字電視廣播節(jié)目信號源主要接收來自中星6A 和中星6B 傳送的12 套央視AVS+標(biāo)清信號。因此解決5G 信號干擾問題,是確保發(fā)射機(jī)安全播出的關(guān)鍵所在[1]。
自2020 年8 月以來,貴州七六一臺播出的12 套央視節(jié)目和1 套貴州衛(wèi)視節(jié)目偶爾出現(xiàn)畫面卡頓、馬賽克等現(xiàn)象。更換高頻頭(Low Noise Block,LNB)和饋線后問題依然存在。用頻譜儀檢測衛(wèi)星接收機(jī)的輸入電平在-51 dBm 左右,符合衛(wèi)星接收機(jī)-65 ~-30 dBm 的輸入電平等級。因故障偶爾出現(xiàn),要查找干擾原因,只能通過頻譜儀對衛(wèi)星信號進(jìn)行頻譜掃描。LNB 的下變頻頻率為950 ~1 525 MHz,在發(fā)生干擾時觀察頻譜發(fā)現(xiàn)有1 525 MHz 以外的信號出現(xiàn),懷疑是由5G 信號干擾引起。用手機(jī)搜索5G 信號,軟件檢測到5G 信號的接收功率值偏低,還存在自動切換到4G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象。最終確定干擾問題是由5G 信號引起。
2018 年12 月,工業(yè)和信息化部向三大基礎(chǔ)電信運(yùn)營商發(fā)放了全國范圍5G 中低頻段試驗頻率使用許可。其中,中國電信、中國聯(lián)通獲得的5G 試驗頻率與衛(wèi)星地球站C 波段下行頻率有重疊[2]。運(yùn)營商具體使用的5G 頻率如表1 所示。
表1 5G 信號頻率范圍
按照覆蓋范圍和應(yīng)用場景,目前5G 基站主要可分為宏基站(宏站)、微基站(微站)、皮基站(微微站、企業(yè)級小基站)以及飛基站(毫微微站、家庭級小基站)4 種類型。因微基站、皮基站及飛基站具有建設(shè)成本低、組網(wǎng)方便等優(yōu)點,成為運(yùn)營商的首選[3]。各類型基站的覆蓋范圍如表2 所示。
表2 5G 基站覆蓋范圍
由表1 可知,中國電信、中國聯(lián)通所使用的頻率為3 400 ~3 600 MHz,與C 波段LNB 工作頻段3 400 ~4 200 MHz 有200 MHz 頻率波段的重合,會對衛(wèi)星C波段下行信號造成同頻干擾或者鄰頻干擾。5G 信號干擾衛(wèi)星C 波段信號的原理如圖1 所示。
圖1 5G 信號干擾原理示意圖
2.3.1 同頻干擾
因中國電信、中國聯(lián)通所使用的頻率與C 波段衛(wèi)星信號有200 MHz 頻率波段的重合,使C 波段下行信號受到同頻干擾,導(dǎo)致衛(wèi)星信號接收載噪比下降甚至無法接收,可能導(dǎo)致圖像出現(xiàn)馬賽克或卡頓現(xiàn)象。
2.3.2 鄰頻干擾
由于衛(wèi)星接收天線LNB 性能原因,對3 400 ~4 200 MHz頻段外的干擾信號濾波效果差,干擾信號進(jìn)入LNB 工作頻段內(nèi),如果干擾信號加入LNB 的總功率超過-60 dBm,將使LNB 產(chǎn)生飽和干擾,引起LNB 產(chǎn)生大的非線性失真。這種非線性失真會導(dǎo)致一系列問題,例如帶內(nèi)噪聲增加、互調(diào)干擾出現(xiàn)、接收信號頻譜擴(kuò)展,還有可能造成LNB 損傷。另一個重要原因是L 波段(1 ~2 GHz)的5G 信號通過變頻后送到接收機(jī)的功率過高,當(dāng)5G 干擾信號到達(dá)LNB 的功率為-60 dBm,L 波段向外部輸出功率為0 dBm,而衛(wèi)星接收機(jī)只適用于-65 ~-30 dBm的電平等級輸入,功率過高容易造成衛(wèi)星接收機(jī)出現(xiàn)飽和干擾和阻塞干擾,電視圖像出現(xiàn)馬賽克、卡頓等現(xiàn)象。如果采用C頻段衛(wèi)星天線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,將會使通信數(shù)據(jù)的誤編碼率變高、數(shù)據(jù)丟失,不能進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信[4]。
由于中國電信、中國聯(lián)通所使用的5G 頻率為3 400 ~3 600 MHz,與C 波 段LNB 工作頻段3 400 ~4 200 MHz 有200 MHz 頻率波段重合,給C波段下行信號帶來同頻干擾,造成接收載噪比下降甚至無法接收,導(dǎo)致圖像出現(xiàn)馬賽克甚至卡頓。因此,更換頻帶為3 700 ~4 200 MHz 的高頻頭,避免與5G 頻段重合??垢蓴_窄帶高頻頭頻率范圍在3 700 ~4 200 MHz,當(dāng)干擾頻率小于3 600 MHz,信號衰減值約為45 dB,如果信號頻率小于3 500MHz,信號衰減值可以達(dá)到57 dB,因此抗干擾窄帶高頻頭能夠抑制小于3 600 MHz 的頻率帶來的干擾。
目前5G 基站建設(shè)處于快速發(fā)展階段,特別是地處城市周邊的衛(wèi)星地球站更容易受到5G 信號干擾。安裝抗干擾帶通濾波器,能有效抑制C 波段接收天線的帶外干擾信號,對5G 信號的衰減進(jìn)一步加大,抗干擾效果得到顯著提升。該濾波器相關(guān)指標(biāo)如下:通帶范圍為3 700 ~4 200 MHz,帶內(nèi)插損在3 700 ~4 200 MHz 小于0.4 dB;低于3 500 MHz時,帶外隔離度大于61 dB,在3 500 ~3 600 MHz,帶外隔離度大于60 dB,在4 400 ~4 800 MHz,帶外隔離度大于55 dB。貴州七六一臺受到5G 信號的干擾影響較小,更換窄帶高頻頭并加裝抗干擾帶通濾波器后,有效地解決了干擾問題??垢蓴_帶通濾波器外形如圖2 所示。
圖2 抗干擾帶通濾波器
針對5G 信號干擾,加裝金屬屏蔽網(wǎng)是最為有效的措施[5]。金屬屏蔽網(wǎng)能夠使天線主軸或者主瓣方向的信號得到有效接收,屏蔽其他方向的干擾信號。
要充分發(fā)揮金屬屏蔽網(wǎng)的效果,必須根據(jù)5G信號的波長來設(shè)定網(wǎng)格寬度。以5G 信號中心頻率3 500 MHz 為例,由公式“波長(λ)=波速(c)/頻率(f)”計算出波長為8.6 cm,所以金屬網(wǎng)格寬度建議在2 cm 以內(nèi),金屬屏蔽網(wǎng)接地,如圖3 所示。
圖3 金屬屏蔽網(wǎng)
根據(jù)國家廣播電視總局第62 號令要求,信號源應(yīng)具備兩路不同的路由。貴州七六一臺以中星6A、中星6B 衛(wèi)星信號為主路信號源,同時增加了一路從國家廣電干線網(wǎng)分配出的12 套央視AVS+標(biāo)清信號,通過貴廣網(wǎng)絡(luò)IP 傳輸專網(wǎng)傳送至發(fā)射機(jī)房,使貴州七六一臺具備兩路不同路由的信號源,確保了地面數(shù)字電視的安全播出。
隨著5G 通信技術(shù)的普及和應(yīng)用,5G 信號對衛(wèi)星地球站的干擾問題越發(fā)嚴(yán)重。本文對5G 信號干擾原因進(jìn)行探討,提出了更換衛(wèi)星接收高頻頭、安裝抗干擾帶通濾波器、加裝金屬屏蔽網(wǎng)以及增加節(jié)目信號源等具體應(yīng)對措施,供同行參考。