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亞洲衛星開發用于消除5G干擾的帶通濾波器 發布時間:2019/7/5 11:13:00

1. 簡介

自2019年初,中國和許多其它國家的地面移動運營商就開始了5G蜂窩基站的測試和大規模部署。然而5G宏蜂窩使用的頻譜與長期以來一直用于衛星通信業務的擴展C頻段(3.4-3.7GHz)有部分頻譜的重疊,有些國家的5G頻譜甚至部分或全部與固定衛星業務的標準C頻段(3.7-4.2GHz)重疊。亞洲衛星在亞太區域有大量C頻段的用戶,這些用戶可能會受到未來幾年廣泛部署的地面5G系統的影響。為了解決來自5G系統的潛在干擾并且更好地服務于用戶,在30年衛星用戶服務經驗的基礎上,亞洲衛星與經驗豐富的供應商合作,開發了新的微波帶通濾波器(BPF),用于減輕5G的影響。這種帶通濾波器能夠安裝在C頻段接收天線上,用以濾除來自5G基站的干擾信號。本文描述了該濾波器的特點和實際測試性能。

 

2. 5G干擾類型和抗干擾措施

衛星接收系統中常規使用的低噪放下變頻模塊(LNB)只有有限的頻率選擇能力,它能將圖1(a)所示的3.0-4.5GHz范圍內的信號進行接收、放大和下變頻,而根據不同國家的無線電規則和許可條件,基于新空口標準(NR)的5G載波主要位于3.4-3.6GHz頻段內,仍然在LNB的輸入頻率范圍內。考慮到5G載波的功率電平可能遠遠高于接收到的GEO衛星信號,因此會給衛星接收系統帶來如下三種干擾:

1) 同信道干擾,即落在5G載波帶寬內的衛星載波受到直接干擾;

2) 鄰信道干擾,即衛星載波與5G載波的頻段鄰近,受到5G頻譜再生的惡化和帶外雜散發射的干擾;

3) LNB飽和干擾,即高功率的5G載波將LNB的工作點推至飽和或非線性區,接收到的全部C頻段的衛星載波信號會遭受失真甚至被搶奪功率。

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圖1 衛星和5G載波的頻率范圍 (a)典型的LNB,(b)隔離5G信號的帶通濾波器

 

同信道干擾只能通過把衛星載波重新安排到其它頻段來解決,或者限制5G發射功率,使其與同頻段的衛星載波相比足夠低(如,在衛星地球站周圍設置一個大的禁用區域)。

鄰頻干擾和LNB飽和干擾則是標準C頻段FSS業務遭受到的最普遍的干擾。圖2是實際干擾的一個示例,顯示的是亞洲衛星C頻段的電視頻道今年早些時候被5G載波干擾時的畫面。衛星業務的用戶或許可能知道要使用濾波器,但是缺少選擇濾波器的專業知識,因此可能產生圖3所示的效率不高的方案。

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圖2 C頻段衛星電視的接收被5G信號干擾的畫面

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圖3 一個效率不高的臨時應對5G干擾的方案(照片由用戶提供)

 

一個理想的5G干擾消除濾波器安裝在LNB輸入端,要能夠保護通帶內的衛星載波,同時隔離通帶外的5G載波(圖1(b))。使用這種濾波器后,鄰信道發射的5G載波不能輕易將LNB推飽和或使其惡化。然而實際上這種BPF的設計和生產并非易事,濾波器通帶的插入損耗會增加接收系統的總噪聲溫度,減少鏈路余量,同時,帶外的隔離水平決定了衛星地球站與5G基站可以共存的距離。而濾波器的帶內和帶外特性需要進行權衡取舍,帶外隔離度越高,帶內插損越大。此外,不同國家的5G頻帶可能是不同的,比如,中國內地和香港用的是3.4-3.6GHz,而在中東和一些海灣國家,可能最高到3.8GHz。

 

3. 亞洲衛星5G干擾隔離BPF的性能

亞洲衛星認真研究了不同國家和地區5G射頻信號的特征,制定出一系列的用于濾波器設計的技術規范,然后用仿真和固件的方式在模擬不同環境條件的實驗室測試和使用實際天線和5G干擾載波的各種現場測試中,對濾波器的概念進行了驗證。亞洲衛星的BPF設計平衡了帶內和帶外性能的需求,適用于大多數受影響的C頻段地球站,尤其適合那些鏈路余量不夠高又不得不與附近的5G基站共存的地球站使用。

 

亞洲衛星5G濾波器的獨特功能包括:

· 靈活性高:對于不同國家使用不同5G頻段可以提供定制化方案,不像那些一個方案用于全部情況的設計。亞洲衛星BPF有一系列的型號,優化了隔離和通帶性能,可以隔離頻率最高到3.6,3.7和3.8GHz的5G頻譜。根據干擾的嚴重情況和衛星鏈路余量,也可以對隔離度進行定制。

· 性能優:帶內和帶外都有出色的射頻性能,合作的BPF廠家在類似頻段上的諧振腔和波導類型的室外微波濾波器方面經驗豐富。

· 外觀緊湊,使用方便:擁有標準的WR229波導接口,長度12cm,重量低于500g,是市場上尺寸最短和重量最輕的BPF。

· 可靠性高:質保期長達3年,可以確保C頻段衛星業務的最終用戶的長期安全使用。

 

除了使用矢量網絡分析儀進行的標準實驗室測試以外,亞洲衛星也使用天線和衛星射頻載波對BPF進行了現場測試。圖4(a)是將濾波器連接到亞洲衛星大埔地球站的一付3.7米電視單收天線對電視載波的調制錯誤率(MER)進行測試的現場照片,在試驗中測試了亞洲七號上從C2V到C14V的電視頻道MER,測試中沒有5G信號。除了亞洲衛星的BPF,另兩個現成的BPF產品也進行了測試。測試結果相對無BPF的情況進行歸一化,見圖4(b),可以看出一般說來亞洲衛星BPF的插損引起的鏈路性能變化是最小的。

 

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圖4 亞洲衛星在香港大埔用3.7米電視單收天線測試BPF

(a) 濾波器安裝在天線OMT輸出口和LNB輸入口之間 (b) 在不同頻點和頻道上測試的電視載波MER惡化程度

                                                                                                                                  

此外,在北京進行的5G與衛星干擾現場測試中,對幾個BPF,包括亞洲衛星BPF,使用不同的C頻段接收天線都進行了測試。一個正在運行中的64發64收的5G基站位于測試衛星地球站的100米以內,測試中5G天線打開并滿載,朝向測試地球站方向發射,使用亞洲衛星的BPF(圖5),LNB收到的5G干擾載波被大大壓制,測試地球站系統在正常方位角和仰角方向接收GEO衛星信號的系統功能良好。

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圖5 亞洲衛星BPF在與某相隔90米的5G基站(圖上未顯示)的現場干擾測試中

 

4. 結論

為應對來自5G基站嚴重干擾的挑戰,亞洲衛星發布了新的C頻段帶通濾波器,該BPF經過了嚴格的性能和環境測試,以及有5G信號在內的實際現場測試,測試結果表明亞洲衛星的BPF能夠可靠地、有效地保護現有C頻段衛星業務免受來自相鄰頻段干擾載波的影響。使用亞洲衛星BPF,有望使C頻段衛星業務的用戶獲益,即使在5G業務大范圍部署的情況也能保護用戶業務的正常開展。

 


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