抗5G 干扰卫星改造技术方案与实施

本文介绍了为保护武汉广播电视台C 波段广播 电视卫星接收站不受5G 基站干扰,根据国家广 电总局发布的《C 波段广播电视卫星接收站与 5G 基站干扰协调实施办法(试行)》相关技术 方案,对卫星接收系统采用分离滤波器和滤波器 集成的调谐器改造,并对改造后的测试情况进行 了说明。

摘要

在未来5G 产业的发展中,频谱作为一种战略资源发挥着重要的作用。2017 年底,工业和信息化部发布了《5G 系统3000-5000MHz 频段频率使用规划》[1],明确规定5G 系统工作频段分别为3300MHz~3400MHz(室内)、3400MHz~3600MHz 和4800MHz~5000MHz。在广播电视领域,使用最多的是C 波段卫星接收电视节目(C 波段下行频率为3625MHz~4200MHz),分为垂直极化和水平极化。在实际干扰环境中,发现5G 信号对卫星接收信号的干扰是可变的,有的受垂直极化接收的影响,而水平极化接收信号正常,有的相反,其中一些受到在水平和垂直偏振方向上接收到的信号的不同程度的影响。邻频干扰信号对不同C 波段频率的干扰是不同的。为了实现5G 系统与其他无线电业务系统的兼容共存,避免5G 基站干扰造成的广播电视中断,促进5G 系统的快速部署和健康发展。广电总局、中国联通、中国电信联合发布《C 波段广播电视卫星接收站与5G 基站干扰协调实施办法(试行)》[2],指导和规范5G 基站和C 波段广播电视卫星的安装和使用采取有效措施,保护C 波段广播电视卫星接收站不受5G 基站的干扰。根据文件精神,考虑到电信5G 发射端改造相当困难(可能影响用户5G 接收),我们主要从卫星接收端出发,采用安装C 波段滤波器和高频头来解决5G 干扰问题。

一 解决5G 干扰的技术改造方案

1. 安装C 波段滤波器

滤波器[3] 作为频率选择装置,可以将有用信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性能和信噪比;滤除噪声的频率成分,提高分析精度;分离单频分量和复频分量。滤波器插入损耗大于3dB 的频率点称为滤波器截止频率。当频率超过截止频率时,滤波器将进入阻带。在阻带中,干扰信号将被大大衰减。根据有效信号的带宽,截止频率应大于信号的带宽,以保证有用信号不被衰减;根据干扰信号的频率,干扰频率应落在滤波器的阻带内;根据滤波器的选频功能,分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。低通滤波器和高通滤波器是滤波器最基本的两种形式,其他滤波器可分为这两种类型,例如:低通滤波器和高通滤波器串联用于带通滤波器,低通滤波器和高通滤波器并联用于带阻滤波器等。

对于接收C 波段信号的卫星地面站, LNB 的工作频率一般为3.4GHz~4.2GHz,卫星天线接收到的5G 信号也会被LNB 放大。由于5G 信号强度远大于卫星信号强度,容易造成LNB 功率饱和,导致接收机无法解调。因此,我们在feed 和LNB 之间增加了一个分离滤波器,对3.4GHz~3.7GHz 频段的5G 信号进行滤波。广播电视地面站通过滤波和抗饱和措施,可以消除或防止5G 信号的干扰。5G 基站信号对地球站的干扰抑制后,地球站接收到的信号能满足GY/T148-2000《卫星数字电视接收机技术要求》[4] 的要求,并能满足终端用户正常接收卫星信号的要求。

C 波段卫星地球站滤波设备包括C 波段抗干扰卫星滤波器、配套的固定螺栓、螺母、转接弯头等安装附件。

分体式高频头与馈线之间有两个独立的部分(图1),通过EIA 国际标准接口BJ40 接口连接。为了解决分裂型卫星的干扰问题,需要在高频头和馈源之间串联一个具有BJ40 接口的抗干扰滤波器。

image.png

由于安装空间有限,需要在回馈双极化卫星地面站安装C 波段直角波导移相器[5]。

参考国家广电总局规划院发布的C 波段滤波器测试结果,表1 为设置C 波段滤波器的主要技术指标,表2 为C 频段90° H 面直角波导移相器指标要求。

2. 滤波器集成高频头

高频头[6] 的作用是放大微弱的视频信号,处理因传输不稳定引起的图像变形和干扰。每颗卫星通常有24 个电视频道。为了充分利用这些通道,避免相邻通道之间的相互干扰,通常采用单通道和双通道分开的方式来传输不同极化方式的电磁波。因此,用于卫星地面接收的高频头(LNB)必须具有接收双极化电磁波的能力,才能接收全部24 个频道的电视节目。

C 波段双极双本振单输出高频头主要用于卫星中频分配系统或有线电视前端工程系统。采用5150MHz 和5750MHz 的本振频率分别对H、V 偏振信号进行处理。将3.6GHz~4.2GHz 范围内的两个极化信号分别转换成950MHz~1550MHz 和1550MHz~2150MHz 的非重叠中频频率,这样就可以在同一馈线上实现传输,接收机可以同时接收两个极化信号。这样,高频头可以通过功分器向多个接收机提供无干扰接收。

滤波器一体化是指将高频头和馈源两部分集成为一个整体来处理干扰问题,采用滤波器集成高频头(高频头LNB/LNA+ 滤波器)和分路馈电取代原有设备(技术要求见表3 至表5)。其中:滤波器集成高频磁头设备技术指标要求见表3;表4 显示了C 波段单极化馈电的技术规格;表5 显示了C 波段双极化馈电的技术规格。

由于广播电视地面站的C 波段接收机通常通过L波段信号线串并联使用。根据《C 波段广播电视卫星接收站与5G 基站干扰协调实施办法(试行)》,为避免5G 信号经变频后电平过高,造成接收机输入饱和,L 带滤波器[7] 配置技术指标要求如表6。

image.png

image.png

二 改造后系统评估

这里主要对使用频率较多的中星6A、6B 和亚洲7 号卫星安装改造滤波器和高频头后的实际使用效果进行了评估。

1. 测试思路

电视台卫星接收分为主电视卫星和备用电视卫星。测试开始时,将电视设备连接到主卫星上,前台测试仪记录下电台发布前终端接收的电平强度。然后后台测试人员对电视周边的6 个台(图2)进行100% 模拟加载,电视工作人员观察电视工作是否正常,如无异常,前台人员将在电视卫星下分别进行数据和语音服务,并在每次测试服务前通知电视观察人员。电视工作人员确认每次业务测试过程中无异常后,电视工作人员将电视设备接入备用电视卫星,然后重复上述动作;在每次测试中,观察电视台的实时工作情况,如播放画面是否清晰,声音是否清晰正常,判断基站是否释放实时干扰[8]。如果在测试过程中出现干扰(如播放卡塞、闪屏、声音丢失等干扰现象),则依次激活周围6 个站进行故障排除,确定干扰源,安排施工厂家对高频头、滤波器的安装问题逐一进行检查。问题解决后,根据试验方案流程对效果进行评价。

2. 测试内容

主要测试RSRP( 无线信号接收强度)[9] 和SINR(信干噪比)[10]。其中:RSRP 是LTE 网络中的关键参数和物理层测量要求之一,可以代表无线信号的强度。它是在符号中承载参考信号的所有资源粒子上接收到的信号功率的平均值;SINR 是指接收到的有用信号强度与接收到的干扰信号强度(噪声和干扰)的比值。表7[11] 是判断测试点性能的参考数据。

3. 测试步骤

在空闲时间,激活并释放电视台周边6 个被封锁的电视台后,具体评估测试流程如下:

第一步:安排两名前台和后台工程师和一家电视台。前台人员到达试验现场,电视人员准备好观察后,电视台人员将电视设备接入主卫星,前台测试仪记录终端接收到的电平强度,现场放行;

第二步:前台测试仪记录周边6 个台,逐一发布,100% 模拟加载后,接收电平强度发生变化,电视台工作人员观察电视台工作状态是否正常。如果电视台工作正常,则执行步骤三。

第三步:前台人员在电视卫星下依次进行数据和语音服务,并在每次测试服务前通知电视观察员。在电视工作人员确认每项业务的测试过程没有异常后,电视工作人员将电视设备连接切换到备用电视卫星,然后重复上述动作。

第四步:如有干扰,依次启动周边6 个站进行故障排除,确定干扰源,安排施工厂家对高频头、滤波器的安装问题逐一进行调查。问题解决后,根据试验方案流程对效果进行评价。

4. 现场试验

云林街道电视台卫星接收系统进行了测试。图2显示了电视周围5G 小区的分布,表8 显示了电视周围5G 停用小区的列表。图3 为电视台卫星周边站开通前RSRP 测试指标;图4 为电视台卫星周边站开通前SINR 测试指标;图5 为电视台卫星周边站开通后RSRP 测试指标。图6 为电视台卫星周边站开通后SINR 测试指标。

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png

表9 为5G 开通前后RSRP/SINR 对比。从表9可以看出,改造后接收信号质量有明显改善。

三 总结

卫星接收系统分别采用分离滤波和滤波集成高频头改造后,对武汉电视台周边6 个5G 站进行了现场测试。100% 模拟加载后,不做业务,电视人员观察电视工作状态正常。前台人员在电视卫星下,依次分别做数据以及语音业务,每项测试业务均对电视卫星无干扰,电视人员观察电视工作状态正常, 各测试业务卫星监控画面清晰,无干扰;卫星接收机的输入电平范围为-65dBm~30dBm;EB/no 比值小于1dB;无TR101 290[12] 一、二级错误报警。改造后5G 基站的干扰能得到明显的屏蔽,干扰信号能得到很大的抑制,卫星机能够正常接收和使用卫星信号。


参考文献:

[1] 工业和信息化部关于在第五代移动通信系统中使用3300-3600MHz 和4800-5000MHz 频段的通知。工信部[2017]276 号。

[2] C 波段广播电视卫星接收站与5G 基站干扰协调实施办法(试行)https://max.book118.com/html/2019/0829/8017041022002045.shtm

[3] 三种过滤器的工作原理,http://m.elecfans.com/article/1122522.html

[4] Gy/T 148-2000 卫星数字电视接收机技术要求,http://www.nrta.gov.cn/art/2020/6/11/art_ 3715_ 51630.html

[5] 南京工业大学学报2001,25 (6): 662-665 doi:10.3969/j.issn.1005-9830.2001.06.025.

[6] 抗5G 干扰卫星高频头抗5G 干扰设备选型,https://www.ccbn.com.cn/thread-201891-1-1.html

[7] L 波段可调谐带通滤波器技术研究,https://wenku.baidu.com/view/2288505eb5daa58da0116c175f0e7cd18525184d.html

[8] 孙俊涛等,5G 系统与广播电视卫星接收系统干扰共存研究,广播电视技术2020,第47 卷,NO.6: 125-130

[9]RSRP .https://baike.baidu.com/item/RSRP/9967275?fr=aladdin

[10] SINR. https://baike.baidu.com/item/SINR

[11] 中国移动LTE 外场测试信号要求 .https://blog.csdn.net/shij19/article/details/52946406/

[12] 数字电视码流监测标准ETSI TR 101 290-2014.https://www.antpedia.com/standard/7141676-1.html

转载请注明来源:《现代电视技术》 作者:湖北省武汉广播电视台 郑翔 万建 湖北广电网络武汉分公司(武汉投资公司) 李斯远 中国电信武汉分公司 文超