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手机5G通信干扰C波段卫星电视信号接收的原因分析及应对解决措施

2019-07-14 17:13:50| 发布者: admin| 查看: 587

手机5G通信干扰C波段卫星电视信号接收的原因分析及应对解决措施

【摘 要】

本文主要讲述了5G干扰的排查过程及其影响C波段卫星接收的原因,并尝试了加装窄带滤波器和窄带高频头这两项措施来解决5G干扰问题,最后对5G环境下如何确保节目的安全播出提供了几点思路。

【关键词】


5G,C波段,窄带高频头,滤波器,卫星抗干扰,窄带C波段滤波器,窄带C波段LNB




 0 引言 

5G是国家战略,杭州成为首批5G应用的试点城市之一。5G试验频率占用部分C波段频率范围。对高频头而言,C波段包括扩展C波段和标准C波段,下行频率分别为3400MHz~3700MHz和3700MHz~4200MHz,该波段信号较易受到同频信号的干扰。自2018年4月以来,笔者观察发现,杭州部分地区C波段信号遭受到严重的信号干扰,对日常卫星接收业务造成较大影响,无法满足安全播出要求,尤其是接收央视节目的中星6A和中星6B的节目信号,出现大量马赛克、花屏以及卫星信号无法锁定的情况,严重威胁到卫视转播央视新闻联播的安全。


1  排查干扰源

根据现象初步判断,C波段信号可能受到干扰。查找干扰源的方法主要有:1)观察、统计具体图像表现;2)使用频谱仪观测干扰频率。经系统排查,终于找到了干扰源,正是某运营商的5G试验信号。 


1.1  系统内部排查 


干扰现象首次出现后,笔者对系统内部的各个环节展开测试,排除高频头下变频后的系统链路(包括集成供电器、无源/有源功分器、L波段矩阵)引入干扰的可能性,判断为高频头及C波段信号受到干扰的可能性更大。图1所示为C波段信号接收后的系统内部链路示意图。 


1.2  干扰源的猜测 


此次干扰现象持续时间长且影响范围大。为更清楚反映天线平台受干扰情况,将与安全播出影响最大的中星6B和中星6A各频点图像受干扰的情况观测记录,如表1所示。 



中星6B和中星6A的C波段信号受影响最为严重,由表1可见,低楼层B比高楼层A相对而言受干扰的影响更大。 


此处观测的天线使用本振频率为5150MHz的宽带高频头,接收范围为3400MHz〜4200MHz,对高频头下变频后信号用频谱仪观察,如图2所示。


由图2-2可以看到,下变频后的M1(1550MHz)至M2(1650MHz),对应下变频前的下行频率为(3500MHz〜3600MHz),带宽为100MHz的异常信号,且在下变频后的1600MHz(对应下变频前频率3550MHz)处有异常尖峰。 


1.3  干扰源的锁定 


经多方求证,3300MHz〜3600MHz等频段属5G试验频率,这与我们观察到的干扰信号频率是符合的。为验证干扰源是5G信号,笔者还在相关部门和运营商的配合下,将附近5G基站暂停后,干扰现象立即消失,再次开启基站后,干扰现象再次出现,由此可断定干扰源是目前正在试验阶段的5G信号,图3中发现的异常尖峰,也正是5G部分频段(3500MHz~3600MHz)的导频信号。湖南长沙航天和一电子是专业生产销售卫星天线、视频编码器、高清编码器、邻频调制器、卫星码流接收机、数字调制器、QAM调制器、数字电视调制器的厂家,能提供全套酒店数字高清电视系统、卫星电视产品设备、IPTV网络电视系统工程解决方案,诚招全国经销商、代理商、批发商! 


2  干扰成因分析


2.1 高频头组成 


高频头又称低噪声放大变频器,其性能好坏对卫星信号接收质量至关重要,其组成如图3所示[3]。 高频头接收到卫星信号后,将信号强度变大,再经混频电路[2]等一系列环节获得中频信号,最后通过接收机选择性的获取某一频率的信号,我国应用最普遍的C波段LNB本振频率5150MHz,接收频率范围为3400MHz〜4200MHz(即宽带高频头)。 


2.2  5G频谱情况 


2018年12月,5G 频谱分配方案落定,具体为:中国电信(3400MHz〜3500MHz)共100MHz 、中国移动(2515MHz 〜2675MHz、4800MHz〜4900MHz)共260MHz、中国联通(3500MHz〜3600MHz)共100MHz。从频率上来看, 3400MHz〜3500MHz和3500MHz〜3600MHz这两个频段的5G信号,其频率恰好在宽带高频头的接收范围内,易使高频头性能失真。 


2.3 成因分析 


根据国际电联ITU-R S.2199-0报告,当卫星地球站接收到的干扰信号总功率超过-60dB时,将产生饱和干扰,导致卫星地球站无法正常工作。因目前市面上绝大部分使用的是接收范围在3400MHz〜4200MHz的宽带高频头,卫星C波段信号相对5G基站的试验信号而言非常微弱,而高频头引入强度较高的5G信号导致其工作在饱和状态,从而影响其它C波段正常信号接收。


3  应对措施


至此,C波段卫星信号的干扰源已经查明,5G加快商业应用也势在必行,要避免5G信号对现有C波段正常卫星接收业务造成干扰,就目前的情况看,在实际应用中需避开5G规划频段中的3300MHz〜3600MHz频段,有两种方法:1)在现有宽带高频头(频率范围3400MHz〜4200MHz)前增加窄带滤波器(3700MHz〜4200MHz);2)使用窄带高频头(频率范围3700MHz〜4200MHz)。 


3.1  加装窄带滤波器 


笔者对两款不同品牌(品牌A:3625MHz〜4200MHz和品牌B:3700MHz〜4200MHz)窄带滤波器送无线电监测站检测,其性能表现如图4所示。 


由图4可知,对3500MHz〜3600MHz频段的抑制性能,窄带滤波器B要优于窄带滤波器A。因此,从频率低于3600MHz的带外抑制性能来看,推荐使用窄带滤波器B。但笔者在加装窄带滤波器B后,发现C波段干扰现象仍未消失,尤其是在3600MHz频率附近的节目业务。 


对现有高频头加装窄带滤波器,主要有两个问题:1)滤波器重量较重,对馈源支撑杆负重太大;2)5G信号仍可能从滤波器与高频头的表面缝隙引入,经多次尝试,笔者找到了用铝箔纸包裹表面缝隙的方法来避免5G信号串入高频头,但其缺点就是夏季气温过高,可能会影响高频头的性能,甚至会带来安全隐患。 


3.2  更换窄带高频头 


加装窄带滤波器的解决方案,性价比不高,更换成本太大,而且存在安全隐患,所以并不是最佳方案。笔者又尝试将宽带高频头(频率范围3400MHz〜4200MHz)更换为窄带高频头(频率范围3700MHz〜4200MHz),观察发现,其带外信号抑制能力满足需求。 


经实际测试发现,无论从频谱(如图5所示)、图像表现还是信号指标上看,使用窄带滤波器确实能够较好地屏蔽5G信号,而且窄带高频头的重量轻,对馈源支撑杆的负重少,关键是性价比高,易于推广实施。根据实际测试结果,将宽带高频头更换为窄带高频头,是解决当前遇到的5G信号干扰问题的最佳选择。


4 结束语

此次干扰事件的干扰源已锁定,笔者安装的窄带高频头经长达半年多的实际应用,结果表明抗干扰效果较好。但随着5G基站的不断建设和未来5G的大量商用,其信号强度可能会不断增加。届时,现有窄带高频头的抗干扰能力是否仍能满足需求以及是否会产生新的其他影响,目前来说不得而知。 


5G环境下如何确保广播电视节目安全播出,仍将是一个不可回避的问题。笔者有几点不成熟的想法:1)是否可以逐渐减少C波段卫星信号传送重要节目,必须使用时增加光纤路径传输;2)未来是否可以将现有C波段电视节目业务逐渐搬至KU波段甚至是Ka波段开展;3)5G商用成熟后,能否将现有的C波段业务通过5G网络传输到各客户端。5G信号就目前而言,会对广播电视节目传输产生干扰,但笔者相信,未来当5G干扰不再是问题的时候,必将对整个社会的生活方式带来翻天覆地的变化。

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