梁衛(wèi)東

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5G（5th generation wireless systems）即第5 代移動(dòng)通信系統(tǒng)。2018年12月1日，韓國(guó)在全球率先實(shí)現(xiàn)5G 商用，開(kāi)啟了5G 時(shí)代。

2017年11月，我國(guó)對(duì)3～5GHz 范圍的頻率進(jìn)行規(guī)劃。確定了3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz、4.8～5.6GHz 為 5G 商用工作頻段。2018年 12月 3日，工信部向三大運(yùn)營(yíng)商頒布了5G 系統(tǒng)試驗(yàn)頻率使用許可。2019年6月6日，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。

1 5G頻率資源分析

無(wú)線電頻譜對(duì)通信行業(yè)而言是戰(zhàn)略資源，移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率由最初的800MHz 發(fā)展到2GHz、 3GHz，甚至到毫米波頻段的26GHz、28GHz、39GHz、70GHz、86GHz、450GHz，通信頻率越高，意味著使用帶寬越寬，能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率越高，以滿足廣大用戶(hù)日益增長(zhǎng)的使用需求。在毫米波頻段，頻譜資源非常豐富，真正實(shí)現(xiàn)了信息高速公路。

通信頻率越高，意味著波長(zhǎng)越短，使得傳輸發(fā)射設(shè)備小型化，更適合移動(dòng)通信。以前的手機(jī)需要外部突出的天線，隨著使用頻率的不斷提高，天線的尺寸不斷變小，以適合內(nèi)置于手機(jī)，甚至在一部手機(jī)中放置多根天線。當(dāng)前5G 系統(tǒng)使用的頻率主要集中在6GHz 以下。移動(dòng)通信頻率的擴(kuò)展勢(shì)必對(duì)其他通信系統(tǒng)形成干擾。因此必須通過(guò)一定的技術(shù)手段，使5G 系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)共存。本文主要研究C波段衛(wèi)星地球站受5G基站干擾的情況。

C 波段衛(wèi)星地球站下行頻率分為標(biāo)準(zhǔn)頻率和擴(kuò)展頻率，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)C 和擴(kuò)展C 波段。標(biāo)準(zhǔn)C 波段的頻率范圍為3.7～4.2GHz，擴(kuò)展C 波段的范圍為3.4～3.6GHz。C 波段地球站運(yùn)行與5G 信號(hào)共存時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩種情況，同頻干擾和鄰頻干擾。

同頻干擾就是衛(wèi)星地球站與5G 基站均使用3.4～3.6GHz 的頻率，通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量，同頻干擾時(shí)，兩系統(tǒng)必須大于50 公里部署，且地球站的俯仰角大于45 度，因此會(huì)給使用帶來(lái)諸多不便。鄰頻干擾是指衛(wèi)星地球站使用標(biāo)準(zhǔn)C 波段3.7～4.2GHz，5G 基站使用3.4～3.6GHz 頻段。

由于現(xiàn)已建成的衛(wèi)星地球站其LNB（低噪聲放大組件）工作頻率為3.4～4.2GHz（700MHz）或3.7～4.2MHz（500/575MHz）兩種，除特殊情況外，通常都沒(méi)有對(duì)LNB 帶外指標(biāo)提出要求。工作于3.4～3.6GHz 的地面 5G 信號(hào)很可能使 LNB 飽和，造成衛(wèi)星地球站接收載噪比下降甚至業(yè)務(wù)中斷。

2 5G同頻干擾計(jì)算

當(dāng)前只考慮一個(gè)IMT 基站形成的干擾，此時(shí)衛(wèi)星通信地球站接收到的干擾功率為：

IIMT=PIMT + GIMT （γ， β） + OLIMT + G（φ）-L（f，d）-CL（d）-ACLR

上式中，IIMT：通信地球站接收機(jī)收到的每MHz 帶寬內(nèi)的干擾功率，單位為dBm。

PIMT：IMT 基站每MHz 帶寬內(nèi)的輸出功率，單位為dBm。

GIMT（γ，β）：IMT 基站發(fā)射天線的增益，單位為dB。

OLIMT：IMT 基站歐姆損耗，單位為dB。

G（φ）：通信地球站主軸方向與干擾方向相差φ度時(shí)的接收增益，單位為dB。

L（f，d）：5G信號(hào)傳輸路徑損耗，單位為dB。

CL（d）：IMT 基站地物損耗，單位為dB。

ACLR：IMT 基站相鄰頻道泄漏比，單位為dB。同頻干擾時(shí)為0，鄰頻時(shí)為45dB。

5G 天線典型參數(shù)為：天線結(jié)構(gòu)為8×8，地物損耗為28.7dB，傳導(dǎo)功率為32dBm/MHz，每根天線增益為5dB。

通信地球站典型參數(shù)為：干擾門(mén)限-12.2dB，接收機(jī)噪聲電平為-118.6dBm，1.8 米天線增益為34.5dB。

PIMT=32+10lg （8×8）（dBm/100MHz） =30（dBm/MHz）

GIMT（γ，β）=5+10lg（8×8）=23dBi

衛(wèi)星地球站的干擾門(mén)限和飽和電平分別為：

I=I/N+N=-12.2+（-118.6）=-130.8（dBm/MHz）

Imax=-60（dBm/100MHz）=-80（dBm/MHz）

現(xiàn)以1.8 米衛(wèi)星接收天線為例，當(dāng)工作于3.5GHz 的5G 基站與天線距離2 公里時(shí)，對(duì)通信地球站的干擾通過(guò)上式計(jì)算：

IIMT=30+23-3-28.7- ［32.44+20×lg2+20×lg3500］+34.5=-53.5 （dBm/MHz）

通過(guò)上述計(jì)算可知，當(dāng)兩系統(tǒng)同頻且部署距離較近時(shí)，衛(wèi)星地球站接收機(jī)收到5G 干擾信號(hào)的功率遠(yuǎn)大于干擾功率門(mén)限，甚至可能超過(guò)飽和電平。

3 干擾識(shí)別方法

衛(wèi)星接收解碼器面板信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)大、誤碼率高，節(jié)目間斷性出現(xiàn)馬賽克，嚴(yán)重時(shí)干擾造成解碼器信號(hào)失鎖、衛(wèi)星通信接收鏈路中斷。

頻譜儀分析干擾載波頻率在3.5GHz 左右，呈現(xiàn)強(qiáng)度高、范圍寬的特點(diǎn)，“寄生”在整個(gè)信號(hào)頻譜之中，對(duì)有用信號(hào)形成了“功率掠奪”。

對(duì)于有條件的單位，可借助喇叭天線、低噪聲放大器和頻譜儀等專(zhuān)用設(shè)備，定向測(cè)量干擾源方向，走訪排查受干擾衛(wèi)星地球站附近的5G 基站，對(duì)干擾自行初步排查。一旦發(fā)現(xiàn)有5G 基站，可聯(lián)系其部署單位對(duì)基站開(kāi)關(guān)電測(cè)試。

4 抗5G干擾技術(shù)分析與研究

通過(guò)分析研究出一些具有可操作性的技術(shù)措施：加裝窄帶帶通濾波器，更換窄帶高頻頭，提高發(fā)射技術(shù)指標(biāo)要求，選用大口徑的衛(wèi)星接收天線，優(yōu)化5G天線安裝，衛(wèi)星天線加裝屏蔽網(wǎng)，通過(guò)干擾協(xié)調(diào)，去除5G 干擾等技術(shù)手段。

4.1 加裝窄帶帶通濾波器

通過(guò)在衛(wèi)星接收天線的饋源法蘭盤(pán)與高頻頭之間加裝窄帶帶通濾波器，加裝的窄帶帶通濾波器頻率范圍是3.7～4.2GHz，該方法能有效降低由于鄰頻干擾互調(diào)分量對(duì)高頻頭的飽和干擾，達(dá)到5G 系統(tǒng)與衛(wèi)星通信地球站鄰頻部署而共存的目標(biāo)。同時(shí)也有一些弊端，如增加饋源的重量和增加改造成本。

4.2 更換窄帶高頻頭

將頻率范圍在3.4～4.2GHz 的寬帶高頻頭更換為頻率范圍在3.7～4.2GHz 的窄帶高頻頭，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飽和干擾的有效抑制，是一種現(xiàn)階段比較理想的解決方案。

4.3 提高發(fā)射技術(shù)指標(biāo)要求

提高5G 基站設(shè)備的帶外輻射技術(shù)指標(biāo)以減少互調(diào)分量對(duì)衛(wèi)星通信地球站高頻頭的飽和干擾，更新或新建接收站時(shí)選用3.7～4.2GHz 的窄帶高頻頭。

4.4 選用大口徑的衛(wèi)星接收天線

衛(wèi)星接收天線的直徑增加，必然會(huì)提高接收增益，使得接收系統(tǒng)的儲(chǔ)備余量增加。衛(wèi)星接收天線的直徑增加，會(huì)使衛(wèi)星接收天線的半功率角減小，接收天線的主波束會(huì)變窄，增加接收系統(tǒng)的抗干擾性。不過(guò)該方法的抗干擾能力有限，同時(shí)會(huì)增加成本。

4.5 優(yōu)化5G天線安裝

調(diào)整5G 天線使其傾角偏下，IMT 基站的有效信號(hào)覆蓋限制在一定范圍內(nèi)，避免由于5G 天線的主波束直接對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星地球站的接收天線，減少對(duì)通信地球站傳輸業(yè)務(wù)的影響。

4.6 衛(wèi)星天線加裝屏蔽網(wǎng)

通過(guò)在衛(wèi)星天線邊緣設(shè)置圓環(huán)形屏蔽網(wǎng)，以減少對(duì)5G 信號(hào)的干擾，該方法如同微波天線的屏蔽罩，切斷5G 信號(hào)對(duì)衛(wèi)星接收天線的接收副瓣的干擾。或者在衛(wèi)星天線周?chē)O(shè)置屏蔽網(wǎng)，也可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的效果。

4.7 通過(guò)干擾協(xié)調(diào)，去除5G干擾

根據(jù)工信部公布的《3GHz 到5GHz 頻段第五代移動(dòng)通信基站與其他無(wú)線電臺(tái)（站）干擾協(xié)調(diào)管理規(guī)定（征求意見(jiàn)稿）》相關(guān)規(guī)定，干擾協(xié)調(diào)區(qū)是指以衛(wèi)星地球站為中心一定范圍內(nèi)的地理區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)設(shè)置使用3.3～3.7GHz 和4.8～5GHz 頻段的5G 基站，應(yīng)與衛(wèi)星地球站進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)，以避免對(duì)合法使用的衛(wèi)星地球站造成有害干擾。

對(duì)于工作在3.4～3.6GHz 頻段的地球站，室外5G 基站的協(xié)調(diào)區(qū)為以地球站為中心、半徑45 公里的圓形區(qū)域；對(duì)于工作在3.7～4.2GHz 頻段的地球站，如果地球站已采用濾波和抗飽和措施且指標(biāo)滿足相關(guān)要求，協(xié)調(diào)區(qū)可減小為以地球站為中心、半徑100 米的圓形區(qū)域，否則協(xié)調(diào)區(qū)為以地球站為中心、半徑2 公里的圓形區(qū)域。