董金金

(新疆維吾爾自治區(qū)廣播電視局七六〇六臺(tái),新疆 石河子 832000)

0 引言

信息技術(shù)的快速發(fā)展以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型升級(jí),極大地促進(jìn)了5G 技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展。 現(xiàn)階段,國(guó)家對(duì)5G 系統(tǒng)使用頻率及工作頻段進(jìn)行了明確的規(guī)劃,相應(yīng)的頻譜分配方案逐步得到實(shí)施和落實(shí)。 從目前的分配情況可以看出,在C 波段的標(biāo)準(zhǔn)頻段及擴(kuò)展頻段中,5G系統(tǒng)存在著一定程度的干擾現(xiàn)象,所以如何解決5G 系統(tǒng)信號(hào)對(duì)鄰頻C 波段衛(wèi)星地球站所造成的干擾,成為5G技術(shù)發(fā)展中亟待解決的問題。 首先,需要對(duì)5G 系統(tǒng)與應(yīng)受保護(hù)地球站之間的距離范圍以及影響因素等進(jìn)行明確。 其次,對(duì)改善干擾的有效措施和建議進(jìn)行探究和實(shí)踐,并進(jìn)一步細(xì)化和完善干擾協(xié)調(diào)程序,確保各相關(guān)單位明確協(xié)調(diào)工作分工及自身職責(zé),充分了解雙方協(xié)商補(bǔ)償內(nèi)容及原則,從而使5G 系統(tǒng)運(yùn)行所引發(fā)的相關(guān)行業(yè)紛爭(zhēng)得以有效解決,實(shí)現(xiàn)多方兼容共存,對(duì)5G 系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展起到有力支撐作用。

1 5G 系統(tǒng)與C 波段衛(wèi)星地球站共存狀況分析

1.1 C 波段衛(wèi)星下行接收系統(tǒng)

衛(wèi)星下行接收系統(tǒng)由衛(wèi)星饋源、接收天線、高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)、功分器等構(gòu)成,如圖1 所示。

圖1 衛(wèi)星下行接收系統(tǒng)

首先,衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的下行信號(hào)通過接收天線進(jìn)行反射,并在天線焦點(diǎn)處進(jìn)行匯聚,再利用饋源對(duì)所匯聚的信號(hào)進(jìn)行饋送,由混頻器、低噪聲放大器、中頻放大器及本振等組成的高頻頭能夠?qū)ξ⑷跣l(wèi)星信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大,并根據(jù)其具體種類決定中頻信號(hào)范圍。 同時(shí)高頻頭對(duì)電磁波干擾較為敏感,現(xiàn)階段C 波段高頻頭工作頻段通常處于3 400~4 200 MHz,同時(shí)其功率增益為60 dB 左右,高頻頭組成如圖2 所示。 功率分配器能夠?qū)σ宦份斎胄盘?hào)進(jìn)行分配,使其能夠采用兩路或多路方式進(jìn)行輸出。 利用衛(wèi)星接收機(jī),能夠?qū)λ邮盏男l(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解調(diào),并對(duì)電視圖像和伴音信號(hào)或數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行輸出[1]。

圖2 高頻頭組成

1.2 干擾衛(wèi)星信號(hào)的因素

衛(wèi)星信號(hào)不可避免地會(huì)受到廣電衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及特點(diǎn)的影響,并受到外部環(huán)境如太空和地面等各種不可預(yù)見因素的干擾。 因此,需要對(duì)不同干擾因素的原理和表征進(jìn)行分析,進(jìn)而能夠正確判斷安全播出過程中的各種監(jiān)測(cè)異態(tài),及時(shí)制定相應(yīng)的解決方案,保證衛(wèi)星信號(hào)的上行播出效果。 另外,衛(wèi)星信號(hào)受到的地面干擾主要包括地球站自身設(shè)備存在的雜波干擾、交叉極化干擾、電磁干擾以及互調(diào)干等;相鄰信息干擾及鄰星干擾的空間干擾;日凌、雨衰、衛(wèi)星蝕以及電離層閃爍等的自然干擾。 惡意干擾則主要是不法分子的惡意破壞。 其中5G 通信基站所造成的信號(hào)干擾作為電磁干擾,屬于地面干擾范疇,主要表現(xiàn)為受到侵入播出系統(tǒng)的干擾信號(hào),或串入下行接收系統(tǒng)的干擾信息的影響,對(duì)上行信號(hào)造成干擾,或?qū)πl(wèi)星信號(hào)接收和監(jiān)測(cè)造成不利影響。

1.3 5G 頻率對(duì)C 波段衛(wèi)星下行頻率的影響

C 波段的衛(wèi)星地球站中通常采用標(biāo)準(zhǔn)波段以及部分使用擴(kuò)展頻率,從現(xiàn)階段分配頻率范圍可以看出,5G頻譜會(huì)對(duì)衛(wèi)星擴(kuò)展C 波段下行頻率造成同頻干擾,尤其是中國(guó)電信和聯(lián)通所使用的頻段,現(xiàn)時(shí)也會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)波段下行頻率造成鄰頻干擾。 同時(shí)兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)因頻率相同而導(dǎo)致存在同頻干擾的現(xiàn)象,兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)因頻率相近或相鄰而導(dǎo)致信號(hào)之間產(chǎn)生鄰頻干擾,對(duì)5G 信號(hào)干擾進(jìn)行分析時(shí),需要對(duì)其中存在的同頻干擾和鄰頻干擾加大研究力度。 另外,如濾波器性能無法充分發(fā)揮,會(huì)導(dǎo)致使用頻率帶寬侵入頻率相近或相鄰的信號(hào),進(jìn)而對(duì)頻率造成干擾[2]。

1.4 5G 基站信號(hào)與C 波段衛(wèi)星下行信號(hào)比較

在無線電通信領(lǐng)域中,等效全向輻射功率主要是指某個(gè)指定方向上地面站或衛(wèi)星站的輻射功率。 隨著C 波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器輻射功率數(shù)值的不斷加大,其到達(dá)地面的場(chǎng)強(qiáng)也不斷提高,同時(shí)衛(wèi)星下行信號(hào)從太空下行于地面接收點(diǎn)的途中,存在自由空間傳輸損耗。 以中國(guó)聯(lián)通5G 基站為例,其帶內(nèi)發(fā)射功率系統(tǒng)帶寬為100 MHz 時(shí),其信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)超衛(wèi)星下行信號(hào)強(qiáng)度,所以5G 信號(hào)會(huì)對(duì)衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)造成一定程度的干擾,衛(wèi)星站需要采取有效措施緩解信號(hào)干擾現(xiàn)象。

1.5 信號(hào)干擾

在高頻頭工作頻段內(nèi),5G 信號(hào)通過衛(wèi)星接收天線侵入,會(huì)受其信號(hào)頻譜的影響,使5G 信號(hào)與衛(wèi)星下行信號(hào)混合,此混合信號(hào)通過LNB 變頻及中頻放大再由接收機(jī)接收。 因與5G 信號(hào)相比,衛(wèi)星信號(hào)相對(duì)較弱,高強(qiáng)度5G 信號(hào)進(jìn)入高頻頭扣,會(huì)導(dǎo)致工作狀態(tài)飽和,造成阻塞干擾或飽和干擾現(xiàn)象,進(jìn)而對(duì)其他C 頻段正常信號(hào)的接收造成不利影響。 另外,當(dāng)LNB 內(nèi)的干擾信號(hào)功率超過一定數(shù)值后,會(huì)造成飽和干擾現(xiàn)象,同時(shí)電平輸入過高也會(huì)造成衛(wèi)星接收機(jī)中上述干擾現(xiàn)象。

1.6 衛(wèi)星地球站上行業(yè)務(wù)受到5G 信號(hào)的影響

由于C 頻段衛(wèi)星上行頻率與5G 信號(hào)之間不存在重疊,5G 信號(hào)也不會(huì)對(duì)其造成干擾和影響,通常受到影響的主要為衛(wèi)星地球站的下行信號(hào),同時(shí)不利于衛(wèi)星地球站針對(duì)其上行信號(hào)播出情況進(jìn)行下行監(jiān)測(cè)和接收,同時(shí)對(duì)衛(wèi)星廣播電視上行播出安全造成間接影響[3]。

2 5G 信號(hào)對(duì)C 波段衛(wèi)星地球站干擾排查的有效措施

以某地廣播電視衛(wèi)星地球站為例,它采用的主要為中星6A 的C 波段,并采用衛(wèi)星廣播電視數(shù)字收發(fā)專業(yè)設(shè)備及先進(jìn)的衛(wèi)星天線群,其中下行頻率為3 700~4 200 MHz、上行頻率為5 925~6 425 MHz。 另外,饋源主要包括一幅下行單收天線、五幅采用后饋方式的大口徑上下行雙向天線以及八幅采用前饋方式的單收天線。

2.1 5G 信號(hào)干擾

隨著5G 基站建設(shè)力度的不斷加大,為了切實(shí)保障衛(wèi)星廣播電視播出的安全性,需要對(duì)5G 通信信號(hào)加強(qiáng)關(guān)注,加強(qiáng)跟蹤基站啟動(dòng)后對(duì)衛(wèi)星接收頻譜所造成的變化,確保5G 干擾現(xiàn)象得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。 另外,在衛(wèi)星接收系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的下行頻譜圖中存在極微弱的信號(hào)干擾,因干擾信號(hào)較弱,對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的正常接收未造成不利影響。 同時(shí)可以判斷此類干擾信號(hào)極可能為5G 基站信號(hào)。

2.2 全方位搜索和檢測(cè)5G 信號(hào)

為了全面了解和掌握C 波段地球站周圍環(huán)境中的5G 信號(hào),需要全方位搜索和檢測(cè)周邊信號(hào)情況。 同時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)頻譜檢測(cè)情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),對(duì)地球站信號(hào)造成干擾的主要來自中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的5G信號(hào),同時(shí)終端流量與頻域中5G 信號(hào)分布密切相關(guān)。

2.3 排查衛(wèi)星下行接收系統(tǒng)干擾

因C 波段衛(wèi)星地球站下行頻譜與中國(guó)聯(lián)通的5G頻譜接近,導(dǎo)致極易產(chǎn)生鄰頻干擾,所以衛(wèi)星地球站可與運(yùn)營(yíng)商加強(qiáng)協(xié)商溝通,了解和掌握其周邊基站的布局情況,同時(shí)要求其在測(cè)試工作中提供支持。 同時(shí),在測(cè)試過程中,通過開啟衛(wèi)星地球站周邊范圍內(nèi)5G 基站的方式,對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)受到的最大干擾狀況進(jìn)行測(cè)試。 另外,因測(cè)試所采用的天線安裝位置及離地高度存在差異,并且觀測(cè)天線指向及范圍也有所不同,導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果缺乏可比性。 與小口徑天線相比,大口徑天線因指向性好、波束較窄等優(yōu)勢(shì),在抗干擾能力方面效果更明顯。

3 5G 信號(hào)對(duì)C 波段衛(wèi)星地球站干擾的有效處置策略

現(xiàn)階段我國(guó)相關(guān)部門與各大運(yùn)營(yíng)商對(duì)相關(guān)基站干擾協(xié)調(diào)實(shí)施方法進(jìn)行了研究和制定,通過實(shí)施辦法的試行,能夠?qū)\(yùn)營(yíng)企業(yè)和C 頻段衛(wèi)星接收站加強(qiáng)指導(dǎo)和規(guī)范,同時(shí)通過有效保護(hù)措施的應(yīng)用,最大限度地減少?gòu)V播電視相關(guān)系統(tǒng)所受到的5G 信號(hào)干擾。

在具體防護(hù)措施中,需要采用綜合實(shí)施方式,最大限度地降低5G 信號(hào)進(jìn)入C 頻段衛(wèi)星接收系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度。 首先,可采用C 頻段濾波器加裝的方式,此方式通過相關(guān)測(cè)試可以看出,雖簡(jiǎn)捷易行,但抗5G 干擾能力不足,因此需要在此基礎(chǔ)上,有效組合一個(gè)或幾個(gè)防護(hù)措施。 其他措施包括以下幾種:采用帶濾波功能的窄帶高頻頭更換;L 頻段濾波器加裝;降低5G 基站發(fā)射功率,或更改5G 基站安裝位置,或調(diào)整天線下傾角和最大輻射方向;加裝衛(wèi)星接收天線屏蔽網(wǎng);更改衛(wèi)星天線安裝位置,或提高衛(wèi)星天線的旁瓣指標(biāo)[4]。

電視衛(wèi)生地球站為了有效保障衛(wèi)星廣播電視播出的安全性,需要嚴(yán)格依照工信部及相關(guān)部門的要求,與衛(wèi)星地球站衛(wèi)星天線實(shí)際情況相結(jié)合,對(duì)保護(hù)情況進(jìn)行報(bào)備;對(duì)衛(wèi)星接收信號(hào)誤碼率、下行信號(hào)信噪比以及接收衛(wèi)星頻譜加強(qiáng)監(jiān)測(cè);與5G 運(yùn)營(yíng)商加強(qiáng)聯(lián)系,了解和掌握相關(guān)干擾數(shù)據(jù);結(jié)合基站實(shí)際情況,與生產(chǎn)商加強(qiáng)技術(shù)交流。

衛(wèi)星地球站可與基站實(shí)際運(yùn)行情況相結(jié)合,根據(jù)實(shí)際受干擾情況,按照干擾協(xié)調(diào)協(xié)議加裝C 頻段濾波器。 現(xiàn)階段某電視衛(wèi)星地球站除了兩幅天線因安裝位置不合適之外,其他12 幅天線進(jìn)行了濾波器安裝,在此基礎(chǔ)上,對(duì)站內(nèi)已加裝了濾波器的各天線頻譜進(jìn)行觀測(cè),發(fā)現(xiàn)其中無干擾信號(hào)存在,呈現(xiàn)出良好的過濾效果,并且能夠有效濾除處于3 700~4 200 MHz 的帶外干擾信號(hào)[5]。 另外,對(duì)濾波器安裝前后的衛(wèi)星接收機(jī)信噪比值進(jìn)行檢查比較,能夠發(fā)現(xiàn)安裝濾波器后接收衛(wèi)星信號(hào)誤碼率、電視節(jié)目畫面等均未有異常狀況出現(xiàn),說明濾波器安裝與防護(hù)要求相符合。

4 5G 信號(hào)干擾跟蹤及抗干擾效果分析

完成上述處置措施后,在持續(xù)一段時(shí)間內(nèi),通過全面檢測(cè)某電視衛(wèi)星地球站的鄰近5G 信號(hào),對(duì)干擾信號(hào)的變化情況及驗(yàn)證抗干擾效果進(jìn)行跟蹤,可以記錄和獲得最新的5G 信號(hào)實(shí)時(shí)頻譜。 同時(shí)從所得到的5G 信號(hào)實(shí)時(shí)頻譜中可以看出,與采取有效防護(hù)措施前相比,中國(guó)電信5G 信號(hào)頻譜有著明顯的差異,而中國(guó)聯(lián)通的5G 信號(hào)頻譜沒有明顯變化。 另外,通過與5G 終端的有效連接,在5G 終端進(jìn)行滿負(fù)荷下載時(shí),基站頻率加大,導(dǎo)致5G 終端號(hào)功率大幅度加大,使干擾信號(hào)強(qiáng)度明顯提升,而對(duì)電視衛(wèi)星地球站的衛(wèi)星接收系統(tǒng)頻譜進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn),其未存在明顯干擾現(xiàn)象,則可以說明此電視衛(wèi)星地球站初步解決了5G 信號(hào)干擾問題。

5 結(jié)語

目前,5G 技術(shù)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了5G 系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展,大幅度提高用戶量和流量,加大了5G基站的發(fā)射功率,同時(shí)也加劇了對(duì)鄰頻C 波段衛(wèi)星地球站所涉及頻段的下行信號(hào)干擾問題。 因此需要跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星地球站實(shí)時(shí)頻譜變化,結(jié)合實(shí)際情況,采用相應(yīng)的解決處置對(duì)策,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)估測(cè)試,如C頻段濾波器加裝后,抗5G 干擾效果不明顯,則需要通過窄帶高頻頭更換、L-Band 濾波器加裝等措施的應(yīng)用,進(jìn)一步降低干擾現(xiàn)象。 另外,如果上述措施仍無法抵抗5G 信號(hào)干擾,可采用調(diào)整5G 系統(tǒng)輻射方向、降低5G 基站發(fā)射功率、更換基站位置等方式,有效消除衛(wèi)星接收系統(tǒng)受到的干擾,對(duì)衛(wèi)星廣播電視播出安全予以有效保障。