LTE與雷達(dá)系統(tǒng)共存測試

 TE系統(tǒng)的很多頻段開始進(jìn)入S波段，兩者之間的共存是一個(gè)熱門話題。本文闡述并分析LTE和雷達(dá)系統(tǒng)的共存問題，提出測試方案，并對(duì)干擾的消除技術(shù)進(jìn)行初步討論。

S波段傳統(tǒng)上是空中交通管制和監(jiān)視系統(tǒng)的工作頻率范圍(ATC和ATS)，隨著第4代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE的發(fā)展，現(xiàn)有的移動(dòng)通信頻段越來越擁擠，運(yùn)營商不得不往更高的頻段發(fā)展，以致LTE系統(tǒng)的很多頻段進(jìn)入S波段。兩者之間的共存是一個(gè)很熱門的話題。本文闡述并分析LTE和雷達(dá)系統(tǒng)的共存問題，提出測試方案，并對(duì)干擾的消除技術(shù)進(jìn)行初步討論。

ATC和ATS雷達(dá)以及LTE網(wǎng)絡(luò)的頻率分配

現(xiàn)行民航空中交通管制和軍用空中交通監(jiān)視雷達(dá)通常工作在S波段(IEEE定義S波段為2GHz到4GHz)，另外很多氣象雷達(dá)和海事雷達(dá)也工作在S波段。由于特有的傳播特性，S波段非常適合雷達(dá)應(yīng)用。然而，隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，2GHz以下頻譜資源越來越緊張，LTE等4G系統(tǒng)逐步向更高頻率擴(kuò)展。3GPP組織目前已經(jīng)定義了至少41個(gè)頻段給LTE系統(tǒng)(包括TDD和FDD)，這里面有一些頻段非常接近S波段雷達(dá)的工作頻率，勢必會(huì)產(chǎn)生一定的互相干擾。

如圖1，3GPP組織為LTE FDD分配的頻段，其中落入S波段的以黃色標(biāo)出，特別是第7和第22頻段，非常接近常用雷達(dá)工作頻段。

圖1：3GPP組織為LTE FDD分配的頻段

由于ATC/ATS雷達(dá)最大輸出功率可達(dá)7000兆瓦級(jí)別，其對(duì)LTE的影響不可忽視?？紤]到基站和手機(jī)之間的距離，3GPP TS36.141基站測試標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)基站的抗阻塞(Blocking)特性進(jìn)行了嚴(yán)格的定義。當(dāng)然手機(jī)測試標(biāo)準(zhǔn)TS36.521-1中也對(duì)手機(jī)的抗阻塞特性提出要求，這些要求都需要設(shè)備(基站或手機(jī))在受到較強(qiáng)的連續(xù)波CW干擾的情況下，系統(tǒng)的吞吐率(Throughput)不能小于95%。

但是雷達(dá)信號(hào)不像LTE信號(hào)那樣，沒有全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，例如脈沖寬度、脈沖周期、脈沖線性調(diào)頻的帶寬等參數(shù)都是由各個(gè)雷達(dá)用戶自定義的。

當(dāng)然，LTE系統(tǒng)，特別是基站也會(huì)對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生影響，LTE基站信號(hào)(包括其雜散信號(hào))如果較強(qiáng)，會(huì)使雷達(dá)接收機(jī)阻塞，降低其偵測目標(biāo)的能力，甚至?xí)慕邮諜C(jī)。

因此僅僅根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求使用連續(xù)波干擾，進(jìn)行抗阻塞測試是不夠的。需要模擬出更真實(shí)的干擾場景，甚至錄制空間的真實(shí)干擾信號(hào)，進(jìn)行回放，模擬真實(shí)場景進(jìn)行共存測試是非常有必要的。

LTE手機(jī)共存測試方案

首先介紹LTE手機(jī)終端抗干擾測試，這個(gè)系統(tǒng)需要一臺(tái)設(shè)備模擬基站，跟手機(jī)進(jìn)行通信，并測試其吞吐率等指標(biāo)，同時(shí)需要把干擾信號(hào)疊加在手機(jī)天線輸入端。

干擾信號(hào)可以通過頻譜記錄設(shè)備，在現(xiàn)場錄制并保存，用于后期回放。 R&S TSMW通用無線網(wǎng)絡(luò)分析儀，具有極高的前端靈敏度，20MHz的記錄帶寬，并且體積小重量輕，支持車載電源，可以在機(jī)場附近等ATC雷達(dá)信號(hào)較強(qiáng)的地區(qū)，真實(shí)地記錄下空間的雷達(dá)信號(hào)，如果TSMW內(nèi)置存儲(chǔ)深度不夠，還可以外接R&S IQR數(shù)據(jù)記錄儀，通過數(shù)字IQ接口連接，可以記錄最多1TB的數(shù)據(jù)。對(duì)于一般雷達(dá)信號(hào)，由于其周期性，一般記錄長度為M Sample級(jí)別就已經(jīng)足夠覆蓋多個(gè)周期了。

圖2：LTE手機(jī)共存測試連接示意圖

測試的儀器和連接方式，如圖2，共有3種配置方式：左上為采用基本前端配置CMW500儀器，其中RF1雙向端口通過信令方式和手機(jī)建立呼叫連接，RF3輸出口加載雷達(dá)干擾信號(hào)，干擾信號(hào)通過任意波形發(fā)生器(ARB)方式加載，通過射頻合路器加載到手機(jī)端;如果CMW500配置了高級(jí)射頻前端，則可通過CMW500內(nèi)部合路LTE信號(hào)和干擾信號(hào)，只需RF1一個(gè)端口加載到手機(jī)，這樣可以極大簡化連接復(fù)雜度，提高測試方便性和測試速度，如圖2中左下方案;當(dāng)然也可以使用外部信號(hào)源，如R&S SMW200A，該方案干擾信號(hào)的配置更靈活，頻率和功率調(diào)整范圍更大，如圖2右邊方案。

測試步驟如下：首先在不加雷達(dá)干擾信號(hào)的情況下，使用CMW500和手機(jī)建立連接，為了達(dá)到最大吞吐率，下行參考測量信道RMC要選擇16QAM或者64QAM等高階調(diào)制方式，使用20MHz的系統(tǒng)帶寬，同時(shí)上行功控TPC指令要設(shè)為最大功率上行發(fā)射，CMW500的發(fā)射功率按照TS36.521-1要求設(shè)置為相應(yīng)的參考靈敏度對(duì)應(yīng)功率。為了模擬還有其他用戶的場景，CMW500還要加載OFDM信道噪聲(OCNG-OFDM Channel Noise Generation)。進(jìn)行CQI和吞吐率測試。

下一步要加入雷達(dá)干擾信號(hào)，可以使用圖2所述的三種方法，由于雷達(dá)信號(hào)一般都是外場錄制的，并且以波形文件方式導(dǎo)入信號(hào)源，其基帶功率和錄制環(huán)境及儀器設(shè)置有關(guān)，為了精確的控制干擾信號(hào)的功率，可以使用FSW/FSV等頻譜儀，先單獨(dú)測量干擾信號(hào)功率，得出實(shí)際功率和顯示功率之間的關(guān)系。對(duì)于錄制的信號(hào)，可以使用ARBtoolbox Plus這個(gè)免費(fèi)軟件，進(jìn)行剪切、編輯，抽取出完整的雷達(dá)干擾波形。

下一步即可加入雷達(dá)干擾信號(hào)，采用CMW500內(nèi)置通用射頻信號(hào)源GPRF單元，可以把干擾信號(hào)內(nèi)部合路到RF1COM口輸出(干擾信號(hào)使用RFTX2發(fā)射單元)，在GPRF中設(shè)置干擾雷達(dá)的頻率和功率。如圖3，可以明顯看到，加入雷達(dá)干擾信號(hào)之后，吞吐率明顯受到影響，同時(shí)BLER也急劇增大。

另外也可以使用SMW200A信號(hào)源播放干擾的波形文件，通過外部合路器注入手機(jī)。

圖 3：加入雷達(dá)干擾之后吞吐率明顯下降、BLER升高

LTE基站共存測試方案

LTE基站共存測試基本和手機(jī)測試相同，一般只需要一臺(tái)雙通道信號(hào)源SMW200A即可，由于基站一般不在信令模式下測試，需要把基站切換到RX測試模式，基站自己上報(bào)BLER和吞吐率。此時(shí)只要用SMW200A的一個(gè)射頻通道模擬LTE手機(jī)(根據(jù)3GPP要求設(shè)置固定參考信道FRC模式)，另一端載入雷達(dá)干擾信號(hào)的波形即可。如果干擾信號(hào)和有用信號(hào)的頻率差小于160MHz，可以使用SMW200A內(nèi)部基帶疊加(干擾信號(hào)做基帶頻移)，即可直接合成到一個(gè)射頻端口輸出;如果大于160MHz則需外部射頻合路器，此時(shí)要注意補(bǔ)償外部合路器的損耗。同樣，如果使用錄制的波形文件，建議先用頻譜儀對(duì)其功率進(jìn)行校準(zhǔn)。

雷達(dá)系統(tǒng)共存測試方案

雷達(dá)系統(tǒng)主要受LTE基站的影響較大，手機(jī)由于功率較小可以忽略。通常這種測試需要現(xiàn)場測試，即雷達(dá)系統(tǒng)在實(shí)地正常工作的時(shí)候，在其附近100-300米，加載大功率LTE基站干擾信號(hào)。

這里推薦使用R&S TS6650雷達(dá)干擾測試系統(tǒng)，如圖4，該系統(tǒng)主要模擬LTE等移動(dòng)通信基站系統(tǒng)，由以下部件組成：

●矢量信號(hào)發(fā)生器SMBV100A，用于產(chǎn)生LTE或者其他類型干擾信號(hào);

●射頻線性功放，用于放大干擾信號(hào)，最大峰值輸出61dBm;

●FSL頻譜儀，通過耦合器，監(jiān)測大功率輸出信號(hào);

●OSP系列開關(guān)矩陣;

●濾波器，用于濾除雜波和保護(hù)功放;

●天線、支架等附件和機(jī)箱。

圖4：TS6650系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)可以裝入標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)箱，易于外場測試。該系統(tǒng)除了靈活配置、方便使用之外還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)抗----干擾能力很強(qiáng)。對(duì)于S波段雷達(dá)，即便天線處的雷達(dá)信號(hào)場強(qiáng)高達(dá)1500V/m，雷達(dá)信號(hào)也不會(huì)進(jìn)入功放，不會(huì)對(duì)整個(gè)TS6650系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

該系統(tǒng)已經(jīng)在多國機(jī)場附近進(jìn)行過實(shí)際測試，結(jié)果證明LTE等基站對(duì)雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生干擾，在某些方位角會(huì)形成盲區(qū)，影響雷達(dá)的識(shí)別率，導(dǎo)致目標(biāo)丟失。為了保證航空安全，這一類的測試以及干擾消除技術(shù)的研究是非常重要的。

干擾消除技術(shù)

在不影響系統(tǒng)性能(如覆蓋范圍、靈敏度)前提下，對(duì)于LTE或雷達(dá)系統(tǒng)，主要從收/發(fā)兩方面著手，接收端要加強(qiáng)濾波，濾除干擾信號(hào)，同時(shí)需要提高接收機(jī)線性度，使其不致被大干擾信號(hào)壓縮而阻塞。對(duì)于發(fā)射機(jī)，主要也是加強(qiáng)濾波，減小其雜散、諧波的發(fā)射。

無論哪種情況都需要模擬真實(shí)的環(huán)境對(duì)LTE和雷達(dá)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行測試，以保證系統(tǒng)都能和諧共存。