1. 技术资讯

      亚洲卫星开发用于消除5G干扰的带通滤波器 发布时间:2019/7/5 11:13:00

      1. 简介

      自2019年初,中国和许多其它国家的地面移动运营商就开始了5G蜂窝基站的测试和大规模部署。然而5G宏蜂窝使用的频谱与长期以来一直用于卫星通信业务的扩展C频段(3.4-3.7GHz)有部分频谱的重叠,有些国家的5G频谱甚至部分或全部与固定卫星业务的标准C频段(3.7-4.2GHz)重叠。亚洲卫星在亚太区域有大量C频段的用户,这些用户可能会受到未来几年广泛部署的地面5G系统的影响。为了解决来自5G系统的潜在干扰并且更好地服务于用户,在30年卫星用户服务经验的基础上,亚洲卫星与经验丰富的供应商合作,开发了新的微波带通滤波器(BPF),用于减轻5G的影响。这种带通滤波器能够安装在C频段接收天线上,用以滤除来自5G基站的干扰信号。本文描述了该滤波器的特点和实际测试性能。

       

      2. 5G干扰类型和抗干扰措施

      卫星接收系统中常规使用的低噪放下变频模块(LNB)只有有限的频率选择能力,它能将图1(a)所示的3.0-4.5GHz范围内的信号进行接收、放大和下变频,而根据不同国家的无线电规则和许可条件,基于新空口标准(NR)的5G载波主要位于3.4-3.6GHz频段内,仍然在LNB的输入频率范围内。考虑到5G载波的功率电平可能远远高于接收到的GEO卫星信号,因此会给卫星接收系统带来如下三种干扰:

      1) 同信道干扰,即落在5G载波带宽内的卫星载波受到直接干扰;

      2) 邻信道干扰,即卫星载波与5G载波的频段邻近,受到5G频谱再生的恶化和带外杂散发射的干扰;

      3) LNB饱和干扰,即高功率的5G载波将LNB的工作点推至饱和或非线性区,接收到的全部C频段的卫星载波信号会遭受失真甚至被抢夺功率。

       QQ图片20190730110935.png

      图1 卫星和5G载波的频率范围 (a)典型的LNB,(b)隔离5G信号的带通滤波器

       

      同信道干扰只能通过把卫星载波重新安排到其它频段来解决,或者限制5G发射功率,使其与同频段的卫星载波相比足够低(如,在卫星地球站周围设置一个大的禁用区域)。

      邻频干扰和LNB饱和干扰则是标准C频段FSS业务遭受到的最普遍的干扰。图2是实际干扰的一个示例,显示的是亚洲卫星C频段的电视频道今年早些时候被5G载波干扰时的画面。卫星业务的用户或许可能知道要使用滤波器,但是缺少选择滤波器的专业知识,因此可能产生图3所示的效率不高的方案。

       QQ图片20190730111017.png

      图2 C频段卫星电视的接收被5G信号干扰的画面

       QQ图片20190730111046.png

      图3 一个效率不高的临时应对5G干扰的方案(照片由用户提供)

       

      一个理想的5G干扰消除滤波器安装在LNB输入端,要能够保护通带内的卫星载波,同时隔离通带外的5G载波(图1(b))。使用这种滤波器后,邻信道发射的5G载波不能轻易将LNB推饱和或使其恶化。然而实际上这种BPF的设计和生产并非易事,滤波器通带的插入损耗会增加接收系统的总噪声温度,减少链路余量,同时,带外的隔离水平决定了卫星地球站与5G基站可以共存的距离。而滤波器的带内和带外特性需要进行权衡取舍,带外隔离度越高,带内插损越大。此外,不同国家的5G频带可能是不同的,比如,中国内地和香港用的是3.4-3.6GHz,而在中东和一些海湾国家,可能最高到3.8GHz。

       

      3. 亚洲卫星5G干扰隔离BPF的性能

      亚洲卫星认真研究了不同国家和地区5G射频信号的特征,制定出一系列的用于滤波器设计的技术规范,然后用仿真和固件的方式在模拟不同环境条件的实验室测试和使用实际天线和5G干扰载波的各种现场测试中,对滤波器的概念进行了验证。亚洲卫星的BPF设计平衡了带内和带外性能的需求,适用于大多数受影响的C频段地球站,尤其适合那些链路余量不够高又不得不与附近的5G基站共存的地球站使用。

       

      亚洲卫星5G滤波器的独特功能包括:

      · 灵活性高:对于不同国家使用不同5G频段可以提供定制化方案,不像那些一个方案用于全部情况的设计。亚洲卫星BPF有一系列的型号,优化了隔离和通带性能,可以隔离频率最高到3.6,3.7和3.8GHz的5G频谱。根据干扰的严重情况和卫星链路余量,也可以对隔离度进行定制。

      · 性能优:带内和带外都有出色的射频性能,合作的BPF厂家在类似频段上的谐振腔和波导类型的室外微波滤波器方面经验丰富。

      · 外观紧凑,使用方便:拥有标准的WR229波导接口,长度12cm,重量低于500g,是市场上尺寸最短和重量最轻的BPF。

      · 可靠性高:质保期长达3年,可以确保C频段卫星业务的最终用户的长期安全使用。

       

      除了使用矢量网络分析仪进行的标准实验室测试以外,亚洲卫星也使用天线和卫星射频载波对BPF进行了现场测试。图4(a)是将滤波器连接到亚洲卫星大埔地球站的一付3.7米电视单收天线对电视载波的调制错误率(MER)进行测试的现场照片,在试验中测试了亚洲七号上从C2V到C14V的电视频道MER,测试中没有5G信号。除了亚洲卫星的BPF,另两个现成的BPF产品也进行了测试。测试结果相对无BPF的情况进行归一化,见图4(b),可以看出一般说来亚洲卫星BPF的插损引起的链路性能变化是最小的。

       

      QQ图片20190730111228.png

      图4 亚洲卫星在香港大埔用3.7米电视单收天线测试BPF

      (a) 滤波器安装在天线OMT输出口和LNB输入口之间 (b) 在不同频点和频道上测试的电视载波MER恶化程度

                                                                                                                                        

      此外,在北京进行的5G与卫星干扰现场测试中,对几个BPF,包括亚洲卫星BPF,使用不同的C频段接收天线都进行了测试。一个正在运行中的64发64收的5G基站位于测试卫星地球站的100米以内,测试中5G天线打开并满载,朝向测试地球站方向发射,使用亚洲卫星的BPF(图5),LNB收到的5G干扰载波被大大压制,测试地球站系统在正常方位角和仰角方向接收GEO卫星信号的系统功能良好。

       QQ图片20190730111327.png

      图5 亚洲卫星BPF在与某相隔90米的5G基站(图上未显示)的现场干扰测试中

       

      4. 结论

      为应对来自5G基站严重干扰的挑战,亚洲卫星发布了新的C频段带通滤波器,该BPF经过了严格的性能和环境测试,以及有5G信号在内的实际现场测试,测试结果表明亚洲卫星的BPF能够可靠地、有效地保护现有C频段卫星业务免受来自相邻频段干扰载波的影响。使用亚洲卫星BPF,有望使C频段卫星业务的用户获益,即使在5G业务大范围部署的情况也能保护用户业务的正常开展。