LTE與雷達系統共存測試

TE系統的很多頻段開(kāi)始進(jìn)入S波段，兩者之間的共存是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。本文闡述并分析LTE和雷達系統的共存問(wèn)題，提出測試方案，并對干擾的消除技術(shù)進(jìn)行初步討論。

S波段傳統上是空中交通管制和監視系統的工作頻率范圍(ATC和ATS)，隨著(zhù)第4代移動(dòng)通信系統LTE的發(fā)展，現有的移動(dòng)通信頻段越來(lái)越擁擠，運營(yíng)商不得不往更高的頻段發(fā)展，以致LTE系統的很多頻段進(jìn)入S波段。兩者之間的共存是一個(gè)很熱門(mén)的話(huà)題。本文闡述并分析LTE和雷達系統的共存問(wèn)題，提出測試方案，并對干擾的消除技術(shù)進(jìn)行初步討論。

ATC和ATS雷達以及LTE網(wǎng)絡(luò )的頻率分配

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

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

圖1：3GPP組織為L(cháng)TE FDD分配的頻段

由于A(yíng)TC/ATS雷達最大輸出功率可達7000兆瓦級別，其對LTE的影響不可忽視?？紤]到基站和手機之間的距離，3GPP TS36.141基站測試標準中，對基站的抗阻塞(Blocking)特性進(jìn)行了嚴格的定義。當然手機測試標準TS36.521-1中也對手機的抗阻塞特性提出要求，這些要求都需要設備(基站或手機)在受到較強的連續波CW干擾的情況下，系統的吞吐率(Throughput)不能小于95%。

但是雷達信號不像LTE信號那樣，沒(méi)有全球統一的標準，例如脈沖寬度、脈沖周期、脈沖線(xiàn)性調頻的帶寬等參數都是由各個(gè)雷達用戶(hù)自定義的。

當然，LTE系統，特別是基站也會(huì )對雷達產(chǎn)生影響，LTE基站信號(包括其雜散信號)如果較強，會(huì )使雷達接收機阻塞，降低其偵測目標的能力，甚至會(huì )毀壞接收機。

因此僅僅根據3GPP標準要求使用連續波干擾，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(chǎng)景，甚至錄制空間的真實(shí)干擾信號，進(jìn)行回放，模擬真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行共存測試是非常有必要的。

LTE手機共存測試方案

首先介紹LTE手機終端抗干擾測試，這個(gè)系統需要一臺設備模擬基站，跟手機進(jìn)行通信，并測試其吞吐率等指標，同時(shí)需要把干擾信號疊加在手機天線(xiàn)輸入端。

干擾信號可以通過(guò)頻譜記錄設備，在現場(chǎng)錄制并保存，用于后期回放。 RS TSMW通用無(wú)線(xiàn)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(chē)載電源，可以在機場(chǎng)附近等ATC雷達信號較強的地區，真實(shí)地記錄下空間的雷達信號，如果TSMW內置存儲深度不夠，還可以外接RS IQR數據記錄儀，通過(guò)數字IQ接口連接，可以記錄最多1TB的數據。對于一般雷達信號，由于其周期性，一般記錄長(cháng)度為M Sample級別就已經(jīng)足夠覆蓋多個(gè)周期了。

圖2：LTE手機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(guò)信令方式和手機建立呼叫連接，RF3輸出口加載雷達干擾信號，干擾信號通過(guò)任意波形發(fā)生器(ARB)方式加載，通過(guò)射頻合路器加載到手機端;如果CMW500配置了高級射頻前端，則可通過(guò)CMW500內部合路LTE信號和干擾信號，只需RF1一個(gè)端口加載到手機，這樣可以極大簡(jiǎn)化連接復雜度，提高測試方便性和測試速度，如圖2中左下方案;當然也可以使用外部信號源，如RS SMW200A，該方案干擾信號的配置更靈活，頻率和功率調整范圍更大，如圖2右邊方案。

測試步驟如下：首先在不加雷達干擾信號的情況下，使用CMW500和手機建立連接，為了達到最大吞吐率，下行參考測量信道RMC要選擇16QAM或者64QAM等高階調制方式，使用20MHz的系統帶寬，同時(shí)上行功控TPC指令要設為最大功率上行發(fā)射，CMW500的發(fā)射功率按照TS36.521-1要求設置為相應的參考靈敏度對應功率。為了模擬還有其他用戶(hù)的場(chǎng)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。

下一步要加入雷達干擾信號，可以使用圖2所述的三種方法，由于雷達信號一般都是外場(chǎng)錄制的，并且以波形文件方式導入信號源，其基帶功率和錄制環(huán)境及儀器設置有關(guān)，為了精確的控制干擾信號的功率，可以使用FSW/FSV等頻譜儀，先單獨測量干擾信號功率，得出實(shí)際功率和顯示功率之間的關(guān)系。對于錄制的信號，可以使用ARBtoolbox Plus這個(gè)免費軟件，進(jìn)行剪切、編輯，抽取出完整的雷達干擾波形。

下一步即可加入雷達干擾信號，采用CMW500內置通用射頻信號源GPRF單元，可以把干擾信號內部合路到RF1COM口輸出(干擾信號使用RFTX2發(fā)射單元)，在GPRF中設置干擾雷達的頻率和功率。如圖3，可以明顯看到，加入雷達干擾信號之后，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信號源播放干擾的波形文件，通過(guò)外部合路器注入手機。

圖 3：加入雷達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測試相同，一般只需要一臺雙通道信號源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(根據3GPP要求設置固定參考信道FRC模式)，另一端載入雷達干擾信號的波形即可。如果干擾信號和有用信號的頻率差小于160MHz，可以使用SMW200A內部基帶疊加(干擾信號做基帶頻移)，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，建議先用頻譜儀對其功率進(jìn)行校準。

雷達系統共存測試方案

雷達系統主要受LTE基站的影響較大，手機由于功率較小可以忽略。通常這種測試需要現場(chǎng)測試，即雷達系統在實(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。

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

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

●射頻線(xiàn)性功放，用于放大干擾信號，最大峰值輸出61dBm;

●FSL頻譜儀，通過(guò)耦合器，監測大功率輸出信號;

●OSP系列開(kāi)關(guān)矩陣;

●濾波器，用于濾除雜波和保護功放;

●天線(xiàn)、支架等附件和機箱。

圖4：TS6650系統框圖

整個(gè)系統可以裝入標準19英寸機箱，易于外場(chǎng)測試。該系統除了靈活配置、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。對于S波段雷達，即便天線(xiàn)處的雷達信號場(chǎng)強高達1500V/m，雷達信號也不會(huì )進(jìn)入功放，不會(huì )對整個(gè)TS6650系統產(chǎn)生影響。

該系統已經(jīng)在多國機場(chǎng)附近進(jìn)行過(guò)實(shí)際測試，結果證明LTE等基站對雷達會(huì )產(chǎn)生干擾，在某些方位角會(huì )形成盲區，影響雷達的識別率，導致目標丟失。為了保證航空安全，這一類(lèi)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)

在不影響系統性能(如覆蓋范圍、靈敏度)前提下，對于LTE或雷達系統，主要從收/發(fā)兩方面著(zhù)手，接收端要加強濾波，濾除干擾信號，同時(shí)需要提高接收機線(xiàn)性度，使其不致被大干擾信號壓縮而阻塞。對于發(fā)射機，主要也是加強濾波，減小其雜散、諧波的發(fā)射。

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