5G信号或影响飞机雷达，怎么破？

来源:SSDFans发布时间:2022-04-252298浏览

在我们的上一篇文章中，我们概述了围绕新的c波段5G电信服务与航空雷达高度计共存的干扰问题，该服务的频段从3.7 GHz到3.98 GHz。雷达高度计是飞机着陆和起飞时安全的重要组成部分，因为它们提供飞机到地面高度的精确测量值。

我们现在将考虑高保真干扰分析所需的组件，以确定5G c波段发射机和雷达高度表接收机之间的最大干扰。

干扰分析的解剖

确定干扰是否存在的传统方法是简单地打开相关的无线电并测量频谱。在雷达高度计受到5G c波段干扰的情况下，需要打开机场附近的塔，通过无线电系统推高峰值流量，使用特定的雷达高度表系统让飞机飞行，并采集数据样本。进行实际的测量需要付出的成本是很高的，原因有很多:

每架测试飞机一次只能验证一个雷达高度计，根据天线与主机身的相互作用，一次只能验证一种型号的飞机；

5G和雷达高度计波段内的其他信号需要“安静”，这样该地区其他信号就不会对测量结果产生偏差；

在进行测试时，该空域需要清除其他飞机；

测试将一次适用于一个5G基站的位置，一次适用于一个机场；

这些只是导致通过测量进行验证的成本非常高的部分因素。

有了足够的保真度，仿真提供了一种非常具有成本效益和可重复的方法，来测试和验证雷达高度计、主机飞机、c波段5G基站组合和参数以及机场位置。让我们通过模拟来检查最坏情况下的干扰分析。在我们的案例中，我们将使用Ansys Electronics Desktop，其中包括Ansys HFSS模拟器来建模天线及其与当地环境的交互，以及Ansys电磁干扰工具箱(EMIT)来建模无线电系统之间的宽带干扰势。

同时考虑了信道内和带外效应。除了发射器和接收器外，还必须考虑到天线系统，考虑到飞机的方位和位置，以及5G天线系统的波束形成和波束转向特性。

干涉场景建模可以分为三个部分，如下图所示。

射频干扰的主要组成部分建模与仿真

在这种情况下，我们关注的是单个5G发射机和雷达高度计接收器。出于分析的目的，我们不会考虑其他方向的干扰(从雷达高度计发射器到5G接收器)，但通过Ansys EMIT可以考虑。

5G c波段发射机的发射模型

5G基站模型需要了解其宽带电磁辐射——包括其5G信道内的电磁辐射和带外电磁辐射。由于信号调制，任何在RF信号中携带信息的发射机都有带外发射，FCC和国际电信联盟(ITU)对任何许可(或未许可)发射机传输的信号水平设置了监管限制。发射机是固定的——安装在地面或固定的发射塔上，但天线可能可以通过一种称为波束形成的过程，将其能量集中在某个方向。

在寻找潜在干扰的过程中，我们研究了最坏情况下的影响。在对发射机建模时，我们从峰值功率谱掩模开始，它显示了在任何时间、任何频率下使用的最大功率。我们还可以捕获谐波、互调产品、宽带噪声、窄带噪声等影响，但最好的方法之一是使用行业监管要求的最大排放量。国际电信联盟（ITU）制定了这些标准，以确保射频水平暴露对人员和系统的安全。为了便于检查，我们首先使用了3GPP规范中提出的具有16×16阵列的广域覆盖C波段基站规范。值得注意的是，电信设备供应商可能（而且确实）提供的设备的宽带噪声性能超过了我们使用的值；我们从需求开始，因为这代表了兼容发射机的最坏情况。事实上，在美国航空无线电技术委员会（RTCA）对FAA的一项支持性研究中，我们发现了一些有助于定义5G无线电发射屏蔽的参数。

下图显示了我们在模拟中使用的5G发射机发射模型，我们考虑了目前可用的频段3.7-3.8 GHz，以及未来提议的频段3.8-3.9 GHz和3.9-3.98 GHz。

5G c波段发射机的宽带发射掩码规格目前的产品只涉及到3.7 ~ 3.8 GHz的100 MHz频段，但未来通信公司将购买3.8 ~ 3.9 GHz的100 MHz频段和3.9 ~ 3.98 GHz的80 MHz频段。

接收器敏感度模型

雷达高度计接收器也具有宽带性能特点。虽然它的设计工作在4.2-4.4 GHz频段，但如果其他无线电在该频段发射足够强的辐射，它的性能可能会下降。此外，它还可能受到这一操作范围以外的辐射的影响。无线电系统设计人员经常用一种被称为磁化率的指标来观察宽带接收机的性能，这通常是一种衡量接收机在任何频率上拒绝射频信号的能力的指标。在它的操作范围内，接收器是非常敏感的，因此它的磁化率非常低。在它的工作信道之外，它被设计成对输入信号不敏感，所以它在带外频率的磁化率非常高。

接收器设计中一个特别的挑战是如何平衡带内或信道内与带外的磁化率。接收器可能对其频段内的信号非常敏感，但这种灵敏度的后果是，它可能会被带外信号过载，这种信号太强了，使接收器无法拒绝，从而导致一种称为饱和的情况。

由于接收器附近的强发射源可能会发生饱和事件，所以任何好的干扰模拟都需要考虑接收机对信道内和带外信号的灵敏度和饱和特性。

在研究雷达高度表的性能模型时，我们发现有很大的性能变化。可以说，最好的高度表系统被用于商用客机，事实上，这反映在现在被批准在低能见度条件下降落在指定机场的飞机类型上。在我们为这个演示开发模型的过程中，我们寻找了一个“中间道路”系统来表示雷达高度表的敏感性。

为了构建我们的模型，我们在RTCA研究中找到了一个有用的资源，选择了一个具有良好宽带特性的高度计(以产生最佳的高度测量分辨率)，以及一个“相当好的”接收机饱和水平为-10 dBm。这意味着雷达应该有合理的性能来拒绝信号超出其预期的操作频率。下图显示了基于RTCA研究中列出的参数，我们在这个干扰研究中使用的接收器敏感性模型。