隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，由于3.4GHz 到3.6GHz 頻段內(nèi)聯(lián)通和電信5G基站的增多，與之頻率相鄰的廣電衛(wèi)星地面站的下行業(yè)務(wù)受到了干擾。因此為了保障5G業(yè)務(wù)的平穩(wěn)部署和廣播電視衛(wèi)星地球站的正常工作，2019年國家相關(guān)部門出臺了一系列文件做為后續(xù)工作的指導(dǎo)。
圖1 三大運營商5G 頻段和衛(wèi)星地面站下行頻段示意圖
從干擾原因上分析，主要是中國電信(CTCC)和中國聯(lián)通(CUCC)和C波段衛(wèi)星下行信道重合，大功率信號進入高頻頭(LNB)，對衛(wèi)星接收機造成了嚴重的壓制干擾。另一種干擾是來自于5G基站的非線性問題，非線性產(chǎn)物的頻率若恰好落入衛(wèi)星接收機帶內(nèi)，同樣會對接收機產(chǎn)生較為嚴重的同頻干擾。
對于5G基站下行信號的壓制干擾問題，可以使用高選擇性帶通濾波器，將鄰近信道的大功率信號抑制60dB以上，就會消除對衛(wèi)星接收機的阻塞干擾
圖3 加裝高選擇性濾波器后，同信道相鄰的CUCC和CTCC信號得到很好的抑制
在LNB前加裝濾波器后，對同頻阻塞干擾的抑制基本上能夠達到預(yù)期要求。因此本文不再討論此方面的解決方案。對于5G NR 帶外雜散帶來同頻干擾問題，由于沒有可遵循的統(tǒng)一抗干擾手段，必須“有的放矢”找到干擾源的真正基站，并加以解決。因此這個過程相對較復(fù)雜，使用的查找工具和手段也比較多，因此本文將重點說明安立在解決此類問題方面的解決方案。
由于5G AAU采用了多天線設(shè)計(Massive MIMO)，由多個獨立的天線單元組成接收和發(fā)射通道。每個發(fā)射通道由獨立的放大和移相單元構(gòu)成，這些非線性器件如果由于自身原因或者外部原因產(chǎn)生了非線性信號，就會干擾其它信道的正常信號。
圖4 5G AAU 獨立天線和發(fā)射單元
5G 基站帶外雜散和非線性信號規(guī)范測試
為了從源頭杜絕此類干擾，3GPP TS 38.104嚴格規(guī)定了5G NR FR1 (sub-6 GHz)的近邊帶(Spectrum Emission)和遠邊帶雜散測試 (Spurious Emission)規(guī)范。
頻譜發(fā)射測試主要測量信號近邊帶(帶外，+/-140MHz范圍內(nèi))，根據(jù)標準要求，在距離5G邊帶>10MHz，發(fā)射功率應(yīng)該至少降低60dB，或是-25dBm。這樣保證了基站信號的近邊帶有充分的功率抑制，從而保護鄰近邊帶的信號。此測試要求基站提供直連端口，從而得到準確的TRP發(fā)射功率。
表1 中距覆蓋基站工作頻段內(nèi)雜散信號發(fā)射功率要求，31<Prated,x≤38dBm
圖5 3GPP FR1頻段的頻譜發(fā)射限制線(傳導(dǎo)測試)
發(fā)射機雜散測試(Transmitter spurious emission)是將測試頻段擴展到了全頻段9kHz ~ 12.75GHz 或者 5G載波信號的5階諧波(取最高者)。對于3.5 GHz 5G NR 其雜散測試應(yīng)至少覆蓋18GHz (3.5GHz×5)，以保證帶外其它信號的共存和互不干擾。
表2 常規(guī)基站FR1頻段發(fā)射機雜散發(fā)射功率要求
圖6 3.5GHz ~ 18GHz 帶外雜散測試
對5G 基站的發(fā)射帶外雜散信號的驗證測試，是從根本上杜絕5G 基站對其它信道信號干擾的解決辦法。因此從基站開站前，到運行中的維護階段都應(yīng)該定期進行帶外雜散信號大小的驗證測試。5G基站帶外雜散問題，并不是所有5G 基站都會發(fā)生。而是由于個別基站，其中個別天線單元發(fā)生了問題，從而導(dǎo)致帶外雜散信號的增多。因此，在解決此類干擾問題，需要追本溯源，找到真正干擾來源基站，并進一步采取必要措施，消除干擾。因此，識別問題基站，并定位該問題基站成為主要目的和任務(wù)。基本的測試流程如下圖所示。發(fā)現(xiàn)干擾à判斷干擾來向à測試附近5G基站功率覆蓋和分布，并定位有問題基站à將最終PCI上報給運營商à閉站驗證。
圖7 5G帶外雜散干擾排查流程
對于廣播電視業(yè)務(wù)信道，干擾可以從IF碼流監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的。安立提供另外一種高效的IF頻譜監(jiān)測頻譜儀，能夠不間斷的監(jiān)測信道內(nèi)是否存在干擾信號，以及監(jiān)控下行信號的接收質(zhì)量。MS27103A多通道頻譜分析儀能夠同時對12/24個業(yè)務(wù)信道進行快速且不間斷地頻譜監(jiān)測，對干擾信號發(fā)出告警。
圖8 安立多通道衛(wèi)星頻譜監(jiān)測方案
在RF頻率上，我們使用頻譜分析儀觀測到的帶外雜散信號如下圖所示?？梢钥吹剑捎?G信號為TDD，下行信號非連續(xù)發(fā)射寬帶信號，因此帶外雜散信號一般也為非連續(xù)寬帶信號。使用實時頻譜模式，能夠更快速，更清晰地捕獲這些干擾信號。
圖9 5G主信號(上)，3.88GHz附近出現(xiàn)的寬帶雜散干擾信號(下)
一旦得到干擾信號的RF頻率，便可以使用頻譜分析儀+定向天線的方案，在衛(wèi)星接收天線附近對干擾信號進行測向。
圖10 在衛(wèi)星接收天線附近對干擾信號進行測向由于衛(wèi)星接收機靈敏度較高，且天線具有較高增益，因此在多數(shù)時候，通過此方法并不能直接在頻譜分析儀上觀測到雜散信號。安立公司MS2090A提供多基站掃描功能。通過該功能，能夠掃描出附近工作的5G 基站，并按照SINR 或者SS-RSRP結(jié)果進行排序，這樣能夠幫助我們對此區(qū)域主覆蓋基站進行識別和測試。
圖11 多基站掃描并排序
在基站掃描結(jié)果中，可以讀出最強覆蓋基站的PCI(基站識別號)，以及波束ID。使用定向天線或者全向天線，對特定方向，或周圍區(qū)域進行基站搜索。安立公司提供了移動式5G基站識別和定位解決方案，可實現(xiàn)對室外宏站，室內(nèi)分布系統(tǒng)的5G基站進行識別和定位。
圖12 安立移動式基站識別和定位系統(tǒng)。上：車載式；下：背包式
圖13 5G基站室外識別和定位
圖14 5G基站室內(nèi)識別和定位
5G基站排查應(yīng)遵循從由近到遠，由強到弱的順序。在距離基站較近的位置，測試帶外雜散信號。5G基站下行信號覆蓋測試，還可用于衛(wèi)星地球站周邊5G基站發(fā)射功率的日常監(jiān)測，實時跟蹤基站發(fā)射功率變化，通過周期性的常態(tài)化監(jiān)測，建立衛(wèi)星地球站安全功率門限，快速發(fā)現(xiàn)和定位違規(guī)發(fā)射基站的ID和位置。
圖15 5G基站頻譜測試和帶外雜散測試
當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題基站后，對其基本參數(shù)進行復(fù)核，將基站PCI，以及相關(guān)參數(shù)提供給對應(yīng)的運營商進行復(fù)查和閉站驗證。
圖16 5G基站基本參數(shù)解調(diào)分析結(jié)果顯示
安立公司最新的頻譜分析儀平臺MS2090A，內(nèi)置多種測量功能，包括高達110MHz實時帶寬的頻譜分析儀、5G NR下行信號解調(diào)分析、5G基站識別和覆蓋等功能，能夠滿足多種復(fù)雜的外場測試需求和應(yīng)用需求。
