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【摘要】 2020年3月24日，工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》，要求加快推进主要城市的网络建设，并向有条件的重点县镇逐步延伸覆盖。随着5G网络覆盖面越来越广，将不可避免的对C波段卫星地球站系统产生干扰。本文就5G公众通信设备（基站端）对C波段卫星地球站的干扰成因进行分析，并提出解决的方法，帮助两种业务协调发展。
【关键词】 5G公众通信设备（基站端） C波段卫星地球站 干扰分析 解决方案
引言：
2020年12月，工信部分别向中国移动（2515-2675MHz、4800-4900MHz）、中国电信（3400-3500MHz）、中国联通（3500-3600MHz）下发5G运营牌照，我国正式进入5G通信时代。按照频率划分规定，原C波段卫星地球站分配在3400-4200MHz频段。因此，新启用的5G公众通信网络设备不可避免的会对原有C波段卫星地球站设备产生同频、邻频干扰和饱和干扰。为了避免或减小5G公众通信设备（基站端）启用对原有设备的干扰影响，本文对5G公众通信设备（基站端）的发射信号和C波段卫星地球站的接收端分别进行分析，以寻求找到二者之间的共存方式，使之共同为国家建设助力。
一、干扰原因分析
1.1 链路模型
根据工信部文件、中国移动、中国联通、中国电信以及广电总局分别获得2515-2675MHz、3400-3500MHz、3500-3600MHz频段用于5G建设，其中中国联通、中国电信获得的5G使用频段十分接近传统C波段卫星地球站实际使用频段（3700-4200MHz接收）。在实际使用场景下，5G公众通信设备（基站端）发射的信号与卫星下行（地球站上行接收）信号同时到达地球站接收设备，5G设备将对卫星接收端产生邻频干扰;在某些特殊情况下，如杂散抑制不好、频率漂移、地球站高频头（LNB）性能不好等，5G信号甚至会造成影响更大的同频干扰，造成接收卫星信噪比下降，误码率上升，数据丢失。
1.2 干扰模型
1.2.1 相关标准
根据ITU（国际电联）-RS.2199-0报告，在进入卫星地球站的干扰信号总功率超过-60dBm时，其高频头（低噪声变频放大器LNB）将产生饱和干扰。而根据我国广电行业标准《GY/T148-2000卫星数字电视接收机技术要求》，卫星电视接收端的输入功率电平值安全范围为-65dBm～-30dBm，超过此区间的接收电平将可能产生饱和或阻塞干扰。
1.2.2 5G公众通信设备（基站端）干扰模型
5G公众通信设备（基站端）对C波段卫星地球站产生的干扰主要分同频干扰、邻频干扰、饱和干扰三类，干扰的种类主要由不同的系统决定，而干扰程度的大小取决于5G公众通信设备（基站端）相对于C波段地球站接收端的距离。
a.同频干扰：主要为电信、联通使用的5G频段，即3400-3600MHz，进入了地球站接收端造成的;
b.邻频干扰：主要为部分5G基站信号的杂散、谐波等畸变信号进入了地球站接收端，频段范围分布在3600-4200MHz;
c.饱和干扰：重点集中在3600-3700MHz频段，当5G公众通信设備（基站端）离C波段卫星地球站接收端过近时，会造成接收端LNB饱和而无法正常接收卫星信号。
1.2.3 C波段地球站接收端模型
C波段卫星地球站接收端主要由接收天线、高频头、低损耗电缆、功率分配器和卫星信号接收器组成。我国通常使用的C波段高频头工作频段在3400-4200MHz，由低噪放、混频器、本振和中频放大等电路构成，其中LNA为低噪放，混频器、本振、中频放大等电路构成LNB，高频头增益大致为60dB，它的功能是把C波段卫星下行信号放大、且下变频为950-1750MHz信号，再传输给室内的功分器和卫星接收机。
当5G公众通信设备（基站端）信号工作在卫星接收系统高频头的工作频段内时，高频头通过卫星接收天线接收到的信号是卫星发射的下行信号和5G基站端发射信号的叠加，并通过LNB变频器变频再通过中频放大后输送到卫星信号接收机。卫星地球站接收机是否收到5G系统基站端发射的信号干扰，取决于LNA/LNB以及接收机内部放大电路能否工作在元器件的线性工作区。
二、相关模型计算
2.1 模型公式推导及计算
根据链路模型，我们主要考虑5G公众通信设备（基站端）发射的信号，C波段卫星下行发射的信号，以及这些信号到达地球站接收端的功率之间的关系，是否满足ITU的相关规范。为此，我们先假设5G基站端为理想各向同性天线发射（假想成点源），则发射模型为理想各向同性天线向四周的球面空间进行全向发射，此时球面上每一个面元所接收到的功率S0只与到点源的距离有关系。即：
S0=Pt/4πd2 （1.1）
式中，d为面元到点源的距离，Pt为理想点源的功率（e.i.r.p）。同理，假设在接收端使用理想的各向同性天线，则：
Pr=S0×Ar=S0×（λ2/4π）=（Pt/4πd2 ）×（λ2/4π） 所以 Pt/Pr = （4πd/λ）2 （1.2）
上式代表电磁波在收发两个各向同性天线之间的自由空间的传输损耗。将1.2式用分贝表示，则5G基站端到地球站接收端的自由空间的传输损耗为：
L0=10log Pt/Pr=10log（4πd/λ）2 （1.3）
上式中，d为接收端到发射端的距离，单位km，将λ=c/f代入式（1.3），并将f的单位取MHz，则上式通过计算可以简化为：
L0=32.45+20logd+20logf （1.4）
2.2 实际5G基站信号、卫星下行信号到达接收端的情况
在实际工作中我们发现，以电信5G基站AAU实际发射功率200W计算，不计算线路损耗以及天线增益，接收端与5G基站距离500米（实际工作中由于带宽和覆盖问题，5G基站的发射距离往往少于500米），中心频率假设为3450MHz，则5G基站发射的信号到达卫星地球站的功率（功率通量密度）为：
Φ1=Φ-L1=76.1-32.45-20log0.5-20log3450≈-21.1dBm
卫星信号以中星6B为例，通过查询得知，中星6B在湖南地区的等效全向辐射功率e.i.r.p为36-42.5dBW之间，我们取峰值功率42.5dBW，下行频率为3700MHz，卫星与地球站之间的距离约为36795.9km，则：
L2=32.45+20log3700+20log36795.9≈195.13dB
所以，中星6B到达C波段卫星地球站的功率通量密度为
Φ2=Φ-L2=42.5-195.13=72.5-195.13=-132.63dBm
两者之间的差为-21.1-（-132.63）=111.53dBm。从计算结果我们可以看到，卫星发射到达地球站接收端的信号远远小于5G公众通信设备（基站端）的发射信号强度，根据ITU（国际电联）-RS.2199-0报告，5G基站将对地球站接收端产生饱和干扰或阻塞干扰。
三、实际工作案例
我们选取了邵阳市大坡岭广播电视发射台上的C波段广播卫星接收设备进行了实验，对比加装带通滤波器后接收端的信号情况。由于大坡岭广播电视发射台的C波段广播卫星接收设备离运营商5G基站发射端较近，在3.4GHz-3.5GHz存在大量宽频信号，电平值最高可以达到50dBμV左右。
在不加装滤波器的情况下，中星6B接收端电视信号出现严重的马赛克，个别频道信号短时间中断和黑屏。加装C波段带通滤波器后，电视信号得到明显改善，增加了约45dB左右的隔离度，中星6B信号接收正常，各频道信号恢复正常。
四、结论
根据理论推导和实际试验，我们得出结论，在我国5G公众通信设备基站端大量建设使用后，将有可能对目前已经存在的C波段业务造成干扰。而为C波段接收端加装带通滤波器的方式可以有效降低干扰，达到系统共存的目的。
参 考 文 献
[1]卢左军. 5G与卫星电视的干扰研究[J].广播与电视技术，2019年7期
[2]池秀清.5G基站对卫星地球站的干扰分析[J].广播与电视技术，2019年11期
[3]温怀疆，郑利浩 .C波段卫星信号抗5G干扰接收的实践与研究[J].广播与电视技术，2020年7期
[4]陈海航，蔡灵伟，范凌峰. 5G基站与C波段卫星地球站的干扰协调问题[J].中国无线电， 2019年11期
[5]《3000-5000MHz 频段第五代移動通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调指南》 工信部无[2019]136号
【关键词】 5G公众通信设备（基站端） C波段卫星地球站 干扰分析 解决方案
引言：
2020年12月，工信部分别向中国移动（2515-2675MHz、4800-4900MHz）、中国电信（3400-3500MHz）、中国联通（3500-3600MHz）下发5G运营牌照，我国正式进入5G通信时代。按照频率划分规定，原C波段卫星地球站分配在3400-4200MHz频段。因此，新启用的5G公众通信网络设备不可避免的会对原有C波段卫星地球站设备产生同频、邻频干扰和饱和干扰。为了避免或减小5G公众通信设备（基站端）启用对原有设备的干扰影响，本文对5G公众通信设备（基站端）的发射信号和C波段卫星地球站的接收端分别进行分析，以寻求找到二者之间的共存方式，使之共同为国家建设助力。
一、干扰原因分析
1.1 链路模型
根据工信部文件、中国移动、中国联通、中国电信以及广电总局分别获得2515-2675MHz、3400-3500MHz、3500-3600MHz频段用于5G建设，其中中国联通、中国电信获得的5G使用频段十分接近传统C波段卫星地球站实际使用频段（3700-4200MHz接收）。在实际使用场景下，5G公众通信设备（基站端）发射的信号与卫星下行（地球站上行接收）信号同时到达地球站接收设备，5G设备将对卫星接收端产生邻频干扰;在某些特殊情况下，如杂散抑制不好、频率漂移、地球站高频头（LNB）性能不好等，5G信号甚至会造成影响更大的同频干扰，造成接收卫星信噪比下降，误码率上升，数据丢失。
1.2 干扰模型
1.2.1 相关标准
根据ITU（国际电联）-RS.2199-0报告，在进入卫星地球站的干扰信号总功率超过-60dBm时，其高频头（低噪声变频放大器LNB）将产生饱和干扰。而根据我国广电行业标准《GY/T148-2000卫星数字电视接收机技术要求》，卫星电视接收端的输入功率电平值安全范围为-65dBm～-30dBm，超过此区间的接收电平将可能产生饱和或阻塞干扰。
1.2.2 5G公众通信设备（基站端）干扰模型
5G公众通信设备（基站端）对C波段卫星地球站产生的干扰主要分同频干扰、邻频干扰、饱和干扰三类，干扰的种类主要由不同的系统决定，而干扰程度的大小取决于5G公众通信设备（基站端）相对于C波段地球站接收端的距离。
a.同频干扰：主要为电信、联通使用的5G频段，即3400-3600MHz，进入了地球站接收端造成的;
b.邻频干扰：主要为部分5G基站信号的杂散、谐波等畸变信号进入了地球站接收端，频段范围分布在3600-4200MHz;
c.饱和干扰：重点集中在3600-3700MHz频段，当5G公众通信设備（基站端）离C波段卫星地球站接收端过近时，会造成接收端LNB饱和而无法正常接收卫星信号。
1.2.3 C波段地球站接收端模型
C波段卫星地球站接收端主要由接收天线、高频头、低损耗电缆、功率分配器和卫星信号接收器组成。我国通常使用的C波段高频头工作频段在3400-4200MHz，由低噪放、混频器、本振和中频放大等电路构成，其中LNA为低噪放，混频器、本振、中频放大等电路构成LNB，高频头增益大致为60dB，它的功能是把C波段卫星下行信号放大、且下变频为950-1750MHz信号，再传输给室内的功分器和卫星接收机。
当5G公众通信设备（基站端）信号工作在卫星接收系统高频头的工作频段内时，高频头通过卫星接收天线接收到的信号是卫星发射的下行信号和5G基站端发射信号的叠加，并通过LNB变频器变频再通过中频放大后输送到卫星信号接收机。卫星地球站接收机是否收到5G系统基站端发射的信号干扰，取决于LNA/LNB以及接收机内部放大电路能否工作在元器件的线性工作区。
二、相关模型计算
2.1 模型公式推导及计算
根据链路模型，我们主要考虑5G公众通信设备（基站端）发射的信号，C波段卫星下行发射的信号，以及这些信号到达地球站接收端的功率之间的关系，是否满足ITU的相关规范。为此，我们先假设5G基站端为理想各向同性天线发射（假想成点源），则发射模型为理想各向同性天线向四周的球面空间进行全向发射，此时球面上每一个面元所接收到的功率S0只与到点源的距离有关系。即：
S0=Pt/4πd2 （1.1）
式中，d为面元到点源的距离，Pt为理想点源的功率（e.i.r.p）。同理，假设在接收端使用理想的各向同性天线，则：
Pr=S0×Ar=S0×（λ2/4π）=（Pt/4πd2 ）×（λ2/4π） 所以 Pt/Pr = （4πd/λ）2 （1.2）
上式代表电磁波在收发两个各向同性天线之间的自由空间的传输损耗。将1.2式用分贝表示，则5G基站端到地球站接收端的自由空间的传输损耗为：
L0=10log Pt/Pr=10log（4πd/λ）2 （1.3）
上式中，d为接收端到发射端的距离，单位km，将λ=c/f代入式（1.3），并将f的单位取MHz，则上式通过计算可以简化为：
L0=32.45+20logd+20logf （1.4）
2.2 实际5G基站信号、卫星下行信号到达接收端的情况
在实际工作中我们发现，以电信5G基站AAU实际发射功率200W计算，不计算线路损耗以及天线增益，接收端与5G基站距离500米（实际工作中由于带宽和覆盖问题，5G基站的发射距离往往少于500米），中心频率假设为3450MHz，则5G基站发射的信号到达卫星地球站的功率（功率通量密度）为：
Φ1=Φ-L1=76.1-32.45-20log0.5-20log3450≈-21.1dBm
卫星信号以中星6B为例，通过查询得知，中星6B在湖南地区的等效全向辐射功率e.i.r.p为36-42.5dBW之间，我们取峰值功率42.5dBW，下行频率为3700MHz，卫星与地球站之间的距离约为36795.9km，则：
L2=32.45+20log3700+20log36795.9≈195.13dB
所以，中星6B到达C波段卫星地球站的功率通量密度为
Φ2=Φ-L2=42.5-195.13=72.5-195.13=-132.63dBm
两者之间的差为-21.1-（-132.63）=111.53dBm。从计算结果我们可以看到，卫星发射到达地球站接收端的信号远远小于5G公众通信设备（基站端）的发射信号强度，根据ITU（国际电联）-RS.2199-0报告，5G基站将对地球站接收端产生饱和干扰或阻塞干扰。
三、实际工作案例
我们选取了邵阳市大坡岭广播电视发射台上的C波段广播卫星接收设备进行了实验，对比加装带通滤波器后接收端的信号情况。由于大坡岭广播电视发射台的C波段广播卫星接收设备离运营商5G基站发射端较近，在3.4GHz-3.5GHz存在大量宽频信号，电平值最高可以达到50dBμV左右。
在不加装滤波器的情况下，中星6B接收端电视信号出现严重的马赛克，个别频道信号短时间中断和黑屏。加装C波段带通滤波器后，电视信号得到明显改善，增加了约45dB左右的隔离度，中星6B信号接收正常，各频道信号恢复正常。
四、结论
根据理论推导和实际试验，我们得出结论，在我国5G公众通信设备基站端大量建设使用后，将有可能对目前已经存在的C波段业务造成干扰。而为C波段接收端加装带通滤波器的方式可以有效降低干扰，达到系统共存的目的。
参 考 文 献
[1]卢左军. 5G与卫星电视的干扰研究[J].广播与电视技术，2019年7期
[2]池秀清.5G基站对卫星地球站的干扰分析[J].广播与电视技术，2019年11期
[3]温怀疆，郑利浩 .C波段卫星信号抗5G干扰接收的实践与研究[J].广播与电视技术，2020年7期
[4]陈海航，蔡灵伟，范凌峰. 5G基站与C波段卫星地球站的干扰协调问题[J].中国无线电， 2019年11期
[5]《3000-5000MHz 频段第五代移動通信基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调指南》 工信部无[2019]136号