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(guó)家相關(guān)部門(mén)出臺(tái)了一系列文件做為后續(xù)工作的指導(dǎo)。
圖1 三大運(yùn)營(yíng)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(guó)電信(CTCC)和中國(guó)聯(lián)通(CUCC)和C波段衛(wèi)星下行信道重合，大功率信號(hào)進(jìn)入高頻頭(LNB)，對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)造成了嚴(yán)重的壓制干擾。另一種干擾是來(lái)自于5G基站的非線性問(wèn)題，非線性產(chǎn)物的頻率若恰好落入衛(wèi)星接收機(jī)帶內(nèi)，同樣會(huì)對(duì)接收機(jī)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的同頻干擾。
對(duì)于5G基站下行信號(hào)的壓制干擾問(wèn)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(hào)抑制60dB以上，就會(huì)消除對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)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(hào)得到很好的抑制
在LNB前加裝濾波器后，對(duì)同頻阻塞干擾的抑制基本上能夠達(dá)到預(yù)期要求。因此本文不再討論此方面的解決方案。對(duì)于5G NR 帶外雜散帶來(lái)同頻干擾問(wèn)題，由于沒(méi)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(gè)過(guò)程相對(duì)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(diǎn)說(shuō)明安立在解決此類問(wèn)題方面的解決方案。
由于5G AAU采用了多天線設(shè)計(jì)(Massive MIMO)，由多個(gè)獨(dú)立的天線單元組成接收和發(fā)射通道。每個(gè)發(fā)射通道由獨(dú)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(hào)，就會(huì)干擾其它信道的正常信號(hào)。
圖4 5G AAU 獨(dú)立天線和發(fā)射單元
5G 基站帶外雜散和非線性信號(hào)規(guī)范測(cè)試
為了從源頭杜絕此類干擾，3GPP TS 38.104嚴(yán)格規(guī)定了5G NR FR1 (sub-6 GHz)的近邊帶(Spectrum Emission)和遠(yuǎn)邊帶雜散測(cè)試 (Spurious Emission)規(guī)范。
頻譜發(fā)射測(cè)試主要測(cè)量信號(hào)近邊帶(帶外，+/-140MHz范圍內(nèi))，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(hào)的近邊帶有充分的功率抑制，從而保護(hù)鄰近邊帶的信號(hào)。此測(cè)試要求基站提供直連端口，從而得到準(zhǔn)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(hào)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(cè)試)
發(fā)射機(jī)雜散測(cè)試(Transmitter spurious emission)是將測(cè)試頻段擴(kuò)展到了全頻段9kHz ~ 12.75GHz 或者 5G載波信號(hào)的5階諧波(取最高者)。對(duì)于3.5 GHz 5G NR 其雜散測(cè)試應(yīng)至少覆蓋18GHz (3.5GHz×5)，以保證帶外其它信號(hào)的共存和互不干擾。
表2 常規(guī)基站FR1頻段發(fā)射機(jī)雜散發(fā)射功率要求
圖6 3.5GHz ~ 18GHz 帶外雜散測(cè)試
對(duì)5G 基站的發(fā)射帶外雜散信號(hào)的驗(yàn)證測(cè)試，是從根本上杜絕5G 基站對(duì)其它信道信號(hào)干擾的解決辦法。因此從基站開(kāi)站前，到運(yùn)行中的維護(hù)階段都應(yīng)該定期進(jìn)行帶外雜散信號(hào)大小的驗(yàn)證測(cè)試。5G基站帶外雜散問(wèn)題，并不是所有5G 基站都會(huì)發(fā)生。而是由于個(gè)別基站，其中個(gè)別天線單元發(fā)生了問(wèn)題，從而導(dǎo)致帶外雜散信號(hào)的增多。因此，在解決此類干擾問(wèn)題，需要追本溯源，找到真正干擾來(lái)源基站，并進(jìn)一步采取必要措施，消除干擾。因此，識(shí)別問(wèn)題基站，并定位該問(wèn)題基站成為主要目的和任務(wù)。基本的測(cè)試流程如下圖所示。發(fā)現(xiàn)干擾à判斷干擾來(lái)向à測(cè)試附近5G基站功率覆蓋和分布，并定位有問(wèn)題基站à將最終PCI上報(bào)給運(yùn)營(yíng)商à閉站驗(yàn)證。
圖7 5G帶外雜散干擾排查流程
對(duì)于廣播電視業(yè)務(wù)信道，干擾可以從IF碼流監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的。安立提供另外一種高效的IF頻譜監(jiān)測(cè)頻譜儀，能夠不間斷的監(jiān)測(cè)信道內(nèi)是否存在干擾信號(hào)，以及監(jiān)控下行信號(hào)的接收質(zhì)量。MS27103A多通道頻譜分析儀能夠同時(shí)對(duì)12/24個(gè)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行快速且不間斷地頻譜監(jiān)測(cè)，對(duì)干擾信號(hào)發(fā)出告警。
圖8 安立多通道衛(wèi)星頻譜監(jiān)測(cè)方案
在RF頻率上，我們使用頻譜分析儀觀測(cè)到的帶外雜散信號(hào)如下圖所示。可以看到，由于5G信號(hào)為T(mén)DD，下行信號(hào)非連續(xù)發(fā)射寬帶信號(hào)，因此帶外雜散信號(hào)一般也為非連續(xù)寬帶信號(hào)。使用實(shí)時(shí)頻譜模式，能夠更快速，更清晰地捕獲這些干擾信號(hào)。
圖9 5G主信號(hào)(上)，3.88GHz附近出現(xiàn)的寬帶雜散干擾信號(hào)(下)
一旦得到干擾信號(hào)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(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行測(cè)向。
圖10 在衛(wèi)星接收天線附近對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行測(cè)向測(cè)試5G 基站功率覆蓋和分布，并定位有問(wèn)題基站由于衛(wèi)星接收機(jī)靈敏度較高，且天線具有較高增益，因此在多數(shù)時(shí)候，通過(guò)此方法并不能直接在頻譜分析儀上觀測(cè)到雜散信號(hào)。安立公司MS2090A提供多基站掃描功能。通過(guò)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(jìn)行排序，這樣能夠幫助我們對(duì)此區(qū)域主覆蓋基站進(jìn)行識(shí)別和測(cè)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(qiáng)覆蓋基站的PCI(基站識(shí)別號(hào))，以及波束ID。使用定向天線或者全向天線，對(duì)特定方向，或周?chē)鷧^(qū)域進(jìn)行基站搜索。安立公司提供了移動(dòng)式5G基站識(shí)別和定位解決方案，可實(shí)現(xiàn)對(duì)室外宏站，室內(nèi)分布系統(tǒng)的5G基站進(jìn)行識(shí)別和定位。
圖12 安立移動(dòng)式基站識(shí)別和定位系統(tǒng)。上：車(chē)載式；下：背包式
圖13 5G基站室外識(shí)別和定位
圖14 5G基站室內(nèi)識(shí)別和定位
5G基站排查應(yīng)遵循從由近到遠(yuǎn)，由強(qiáng)到弱的順序。在距離基站較近的位置，測(cè)試帶外雜散信號(hào)。5G基站下行信號(hào)覆蓋測(cè)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(cè)，實(shí)時(shí)跟蹤基站發(fā)射功率變化，通過(guò)周期性的常態(tài)化監(jiān)測(cè)，建立衛(wèi)星地球站安全功率門(mén)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(cè)試和帶外雜散測(cè)試
當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題基站后，對(duì)其基本參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，將基站PCI，以及相關(guān)參數(shù)提供給對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行復(fù)查和閉站驗(yàn)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(tái)MS2090A，內(nèi)置多種測(cè)量功能，包括高達(dá)110MHz實(shí)時(shí)帶寬的頻譜分析儀、5G NR下行信號(hào)解調(diào)分析、5G基站識(shí)別和覆蓋等功能，能夠滿足多種復(fù)雜的外場(chǎng)測(cè)試需求和應(yīng)用需求。
