5G基站对卫星地球站的影响及优化策略研究

　　赵爱军

　　（吉林省广播电视局六六一台，吉林 长春 130119）

　　摘要：5G基站的建设会对卫星地球站形成干扰，影响信号的接收。为了更好地排查干扰和影响，可以为卫星地球站加装滤波器，更换窄带卫星高频头，或加装屏蔽网或利用建筑物，以及调整5G基站的参数，通过这些方式减缓5G基站对卫星地球站的影响，解决相应的干扰问题，保障卫星地球站顺利工作。

　　关键词：5G基站；卫星地球站；影响分析；干扰研究　　文献标识码：A　　中图分类号：TN834

　　文章编号：2096-4137（2022）18-44-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2022.18.14

　　从2018 年底开始，5G 技术的研发已经到了最后的试验阶段，可以在全国范围内进行低频段试验。这不仅是时代科技发展的重要突破，更是我国经济产业链的重大变革，能加速5G 产业链的创新，更能提高人民群众的生活水平，逐步打造智能型社会。但随着5G 基站的部署与运行，5G 基站对卫星地球站产生了干扰和影响，导致信号的接收遇到阻碍。为了改善这一现象，低频段5G 基站与卫星地球站等无线电站干扰协调管理办法出台，以此应对干扰影响问题，让5G 的发展更加顺利，卫星地球站也能更好地运行。

　　1　5G 基站对卫星地球站的影响分析

　　在5G 基站建设中， 可能会出现的干扰影响类型有三种：第一种是由同频率所产生的干扰，由频率范围在 3400 ～ 3600Hz 的卫星系统产生干扰；第二种是由邻频所产生的干扰，主要是由频率范围在3600 ～ 4200Hz 的卫星系统产生的干扰；第三种是由于饱和所产生的干扰，提高接收系统所处的环境特别极端，卫星接收系统接收信号的强度就会逐渐变弱，在这种情况下低噪声放大器很容易出现饱和，导致信号失真。如果天气质量佳，所产生的干扰信号就会对地球站造成破坏，从而影响地球站的正常运行。

　　1.1　设备阻塞原因造成影响

　　低噪声放大器可以把信号进行放大，典型的低噪声放大器线性区增益为60dB，低噪声放大器的正常输入电平约为-62dBm。当如果设备处在非线性阶段，设备自身就会发出很大的噪声，进而对信号的接收造成一定的干扰，导致信号阻塞，低噪声放大器的输入电平超过正常电平20dB 达到-40dBm 以上时，就会进入非线性区，不但不能正常完成信号接收工作，还会对设备造成损坏，从而影响设备的正常运行。

　　5G 基站的有源天线单元设备在运行的过程中，功率放大器所传送的信号强度为2W/MHz，有源天线单元设备的增益为24dB。卫星上的c 波段天线和噪声放大器所接收的是3400 ～ 4200Hz 的信号，而5G 基站的有源天线单元所发出的信号频段在3400 ～ 3600Hz，所以这些信号能够全部被卫星所接收。卫生天线的最大辐射波束对准5G 基站之后，如果使用的天线口径为9m，所产生的增益大约在48.54dB，如果在各个基站之间路径100m 的情况下能够消耗84dB，低噪声放大器的功劳在44.5dB 毫瓦左右，已经远远超过了安全范围，这样很容易使设备出现永久性的损伤，严重影响设备的正常运行。所以，在卫星天线运行过程中，最大辐射波束禁止对准5G 基站，避免因为卫星天线的增益下降而影响辐射波束的准确性，同时还应对阻塞原因进行深入分析，掌握各个基站之间的距离和夹角之间的关系。从这一点也能看出，如果没有提前对卫星接收站进行处理，卫星接收站很容易和基站呈90°，要想将夹角控制在20°，两者之间的距离必须要控制在4000m 以上；如果夹角控制在48°左右时，两者之间的距离至少保持2000m，从而将低噪声放大器的信号控制在-48dBm 之内，这样设备才不会因为受到外界因素的干扰而影响正常运行。为了改善这种情况，相关的技术人员一般会在低噪声放大器的端口部位加设一个阻塞滤波器设备，这样就能对3400 ～ 3600Hz 的波段信号进行有效控制。如果两者之间的夹角在20°左右、距离保持在50m 左右，就会产生强大干扰，这是低噪声放大器所接收到的信号强度在-0.8dBm。要想将低噪声放大器接收到的干扰信号控制正常范围内，就要加强对波段信号增益的有效控制，保证低噪声放大器始终控制在线性范围内，从而避免设备阻塞，更不会影响广播电视卫星地球站的正常运行。

　　1.2　同频干扰分析

　　卫星地球站与5G 基站采用的是相同的赫兹频段，都为 3400 ～ 3600MHz，如果这个频段的卫星信号从61.2dB 衰减至-196dBm/Hz，很难再继续进行解调，只有通过远距离隔离才能解决问题。《地球站电磁环境保护要求》中明确指出，地球站干扰信号峰值的最大数据至少要比正常数据低处10dB 以上，而低噪声放大器入口的干扰信号也要比正常低10dB。卫星地球站的信号正常接收为R Sat，增益为GS，如果是口径9m 的天线，所产生的增益大约是48dB。《地球站电磁环境保护要求》中对低噪声放大器入口的干扰电平值也做出了规定，最高数据值不能超过-101dBm/Hz。5G 基站有源天线单位的低噪声放大器所消耗的功率为2W/Hz。有源天线单位的功率峰值为PAAU，峰值数据为49dBm/Hz，基站天线所产生的增益为24dB。如果将夹角控制在20°，产生的增益为-3.5dB。基站的低噪声放大器允许范围内容的干扰电平数据为-101dBm/Hz。为了降低5G 基站和地球站之间的干扰，必须确保LE 的数值控制在170dB 以内。根据我国无线电管理办法中提出的规定，5G 通信基站和卫星地球站之间的干扰半径为42.5km，如果在3400 ～ 3600Hz 的频段卫星地球站周边半径42.5km 之内加设5G 基站，必须要提前进行干扰测试，确保两者之间不会产生信号干扰，同时还可以利用远距离片和增加屏蔽措施的方法坚强两者之间的影响。

　　1.3　邻频干扰分析

　　邻频杂散与卫星低噪声放大器入口允许干扰电平关系如下式：

　　SEAAU-L（d）+G（Φ）≤ ILNA

　　SEAAU 在有源天线单位中是数值最高的杂散信号，频率控制在3700 ～ 4200Hz 范围内，5G 基站最高杂散信号的数值要低于-52dBm/Hz，低噪声放大器入口能够接受干扰的最大数值要低于-101dBm/Hz。如果将天线之间的夹角控制在 10°以内、卫生天线增益4dB 的恶劣环境，路径损耗最少也在51dB 左右，两者之间的间距需要控制在2m 以上。从这一点可以分析得出，5G 基站杂散信号并不会死对卫星地球站信号造成太大的干扰。

　　1.4　饱和干扰分析

　　从专业角度分析，技术人员将饱和干扰称之为阻塞干扰，由于5G 频段和C 频段相邻，5G 基站一旦靠近卫星地球站的区域之后发射大功率的信号，信号就会受到外界因素的干扰，从而影响信号强度。经过专业人员的测试验证之后，最终得出的结论是如果卫星地球站所接收的干扰信号超过-60dB，就会影响接收天线的饱和度，不但会严重干扰信号的正常传输，甚至会对卫星地球站的运行造成影响。

　　2　5G 基站对卫星地球站形成干扰的实际研究

　　2.1　卫星地球站接收信号的系统原理

　　我国卫星地球站所使用的天线一般均为大口径的卡塞格伦，主要用于上行发射。卫星地球站的信号接收系统由三个部分组成，可以同时实现信号发射和信号接收功能。卫星的运行轨道与地球之间的距离大约为3.6 万km，信号由射频微波发出，然后转回到地面接收信号。由于距离较远，会影响信号的传输质量。信号被接收之后再反射到馈源，在高频头的辅助下就可以调整信号的波段，再经过中频放大，输出至卫星接收机以便调节。

　　2.2　5G 信号干扰现象与频谱特征

　　5G 基站对卫星地球站的信号造成干扰之后，卫星地球站所接收到的信号就会出现乱码，图像变成马赛克，伴音也会受到影响。这时卫星地球站的信号接收系统就会发出自动预警，甚至还会造成失锁的现象。而5G 基站的信号受到干扰时，所产生的载噪要明显低于正常值，甚至还会出现“尖峰”。观察L 波段的信号频率，很难发现电平值和信号频率出现异常，但是载波频谱上可能会出现不太突出的干扰，虽然干扰功率较小，但是干扰次数较多，并且信号干扰没有固定的规律，很难发现。

　　2.3　5G 基站出现干扰的原因

　　造成干扰的原因有很多，在过去的2G 与4G 时代，基站没有对卫星地球站造成任何影响，但随着5G 的出现，这种影响逐渐显现。主要是因为2G 基站的功率为8W、4G 基站的功率为40W，将网络优化之后就能覆盖同频信号，信号传输的功率就可以保持在20W。建立5G 基站之后，信号的发射功率在320W；扩大信号的覆盖范围之后，信号的发射功率大约在250 ～ 300W。如果将5G 基站天线的辐射方向对准卫星地球站，就会导致附近区域信号接收设备出现饱和，造成非线性失真的情况发生；如果信号强度较大，还会导致振幅压缩，从而使卫星地球站的信号接收受到干扰。除了以上这种情况，可能还会出现杂散干扰的情况。5G 基站要想对杂散信号进行闭路测试，不仅要经过烦琐的检测过程，还要对检测结果测试TRP，严格按照频点进行扫描，每个频点只测试一项，总计要测试3.5 万多个频点。另外，为了保障正常运行，相关专业人员还要对5G 基站进行空间测试，避免受其他信号干扰。

　　2.4　实际干扰分析

　　卫星地球站发出的上行信号经过卫星转发器的混频之后，就会自动转化为下行信号，在对各个5G 频段进行分析时，频段在3400 ～ 3600Hz 的信号与卫星地球站的信号频段相邻，如果5G 基站在运行过程中所占据的功率较大，将会对卫星地球站的下行信号造成巨大影响。从这一点可以分析得出，卫星地球站转发器的行波管放大器所输出的功率增益以及功率损耗率都会影响EIRP 的数值。一般情况下，行波管放大器的EIRP 值控制在30 ～ 40dbw，上行信号和下行信号的损耗控制在196dB 左右。根据功率密度通量计算公式进行计算时，用全向辐射功率的最大值除以覆盖面积，就能计算得出卫星转发器的功率密度值。5G 基站最大的辐射功率为 53dBm，天线产生的增益值为25dB。结合之前的计算公式可以得知，如果忽略损耗对功率造成的影响，5G 基站的EIRP 值最高能够达到78dBm。

　　3　解决方案

　　3.1　卫星地球站加装滤波器

　　将窄带滤波器安装在卫星地球站的高频头前，窄带滤波器的功率范围为3700 ～ 4200MHz， 能够对电信的 3400 ～ 3500MHz、联通的3500 ～ 3600MHz 5G 基站信号进行滤除，让射频信号在进入高频头和下变频之前起到抑制带外5G 信号的作用。常用的滤波器有NOrsat BPF-C-1、 BPF-C-2、ESA F1-02-CRT-05 以及Downeo C-BANDPASs 4 等。

　　3.2　更换窄带卫星高频头

　　要想增强抵抗外界信号干扰的能力，就要将宽带的高频头进行更换，从3400 ～ 4200Hz 更换为3700 ～ 4200Hz。如果在基站中增加滤波器，还能提高45dB 的隔离度。这样就能降低外带信号造成的干扰。如果外带信号的强度较大，也可以通过窄带高频头加滤波器的形式，这样就能使隔离度增加到80dB。

　　3.3　加装屏蔽网或利用建筑物

　　在卫星地球站加设屏蔽网。屏蔽网的材质要选择铝制材料，这样就能将干扰信号反射回去。增加单层屏蔽网就能使隔离度提升到12dB 左右。除此之外，还可以利用建筑物进行隔离，单个墙体至少能增加8dB 的隔离度。

　　3.4　调整5G 基站的参数

　　5G 基站避让卫星地球站接收天线主瓣方向（离轴线2° 以内），可增加20 ～ 34dB 的隔离度。调整5G 基站最大辐射方向和下倾角，可增加0 ～ 8dB 的隔离度。必要时还可以通过降低发射功率的形式减少5G 基站对卫星地球站信号造成的影响，同时也能让信号干扰情况得到缓解。

　　4　结语

　　综上所述，5G 基站对广播电视卫星地球站的干扰是5G 发展中需要解决的问题，随着5G 市场的逐渐扩大，卫星地球站周围的电磁环境变得更加复杂，进而影响卫星地球站的正常工作与运行。为了更好地解决这些问题，可以通过对卫星地球站加装滤波器的方式，对5G 基站的信号进行滤除，保障信号接收正常，还可以加装屏蔽网或者利用建筑物，增强信号，把干扰波反射出去。通过调整5G 基站的参数，可以在一定程度上缓解信号干扰，也能减少对卫星信号的影响，有效解决5G 基站对广播电视卫星地球站的影响，保障其顺利工作，为5G 的未来发展夯实基础。

　　作者简介：赵爱军（1972-），男，吉林长春人，吉林省广播电视局六六一台高级工程师，研究方向：广播电视发射，中波、卫星地球站。

　　参考文献

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　　[ 4 ]孟水仙．5 G基站对卫星地球站的干扰分析及研究 [J]．中国无线电，2020（8）：58-59，61.

　　[5]池秀清．5G基站对卫星地球站的干扰分析[J]．卫星与网络，2020（5）：68-70.

　　（责任编辑：葛　佳）