LTE和雷达系统的共存问题是什么？如何对其进行测试？

S波段传统上是空中交通管制和监视系统的工作频率范围（ATC和ATS），随着第4代移动通信系统LTE的发展，现有的移动通信频段越来越拥挤，运营商不得不往更高的频段发展，以致LTE系统的很多频段进入S波段。两者之间的共存是一个很热门的话题。本文阐述并分析LTE和雷达系统的共存问题，提出测试方案，并对干扰的消除技术进行初步讨论。
　　ATC和ATS雷达以及LTE网络的频率分配
　　现行民航空中交通管制和军用空中交通监视雷达通常工作在S波段（IEEE定义S波段为2GHz到4GHz），另外很多气象雷达和海事雷达也工作在S波段。由于特有的传播特性，S波段非常适合雷达应用。然而，随着移动通信的发展，2GHz以下频谱资源越来越紧张，LTE等4G系统逐步向更高频率扩展。3GPP组织目前已经定义了至少41个频段给LTE系统（包括TDD和FDD），这里面有一些频段非常接近S波段雷达的工作频率，势必会产生一定的互相干扰。
　　如图1，3GPP组织为LTE FDD分配的频段，其中落入S波段的以黄色标出，特别是第7和第22频段，非常接近常用雷达工作频段。
　　
　　图1：3GPP组织为LTE FDD分配的频段
　　由于ATC/ATS雷达最大输出功率可达7000兆瓦级别，其对LTE的影响不可忽视。考虑到基站和手机之间的距离，3GPP TS36.141基站测试标准中，对基站的抗阻塞（Blocking）特性进行了严格的定义。当然手机测试标准TS36.521-1中也对手机的抗阻塞特性提出要求，这些要求都需要设备（基站或手机）在受到较强的连续波CW干扰的情况下，系统的吞吐率（Throughput）不能小于95%。
　　但是雷达信号不像LTE信号那样，没有全球统一的标准，例如脉冲宽度、脉冲周期、脉冲线性调频的带宽等参数都是由各个雷达用户自定义的。
　　当然，LTE系统，特别是基站也会对雷达产生影响，LTE基站信号（包括其杂散信号）如果较强，会使雷达接收机阻塞，降低其侦测目标的能力，甚至会毁坏接收机。
　　因此仅仅根据3GPP标准要求使用连续波干扰，进行抗阻塞测试是不够的。需要模拟出更真实的干扰场景，甚至录制空间的真实干扰信号，进行回放，模拟真实场景进行共存测试是非常有必要的。
　　LTE手机共存测试方案
　　首先介绍LTE手机终端抗干扰测试，这个系统需要一台设备模拟基站，跟手机进行通信，并测试其吞吐率等指标，同时需要把干扰信号叠加在手机天线输入端。
　　干扰信号可以通过频谱记录设备，在现场录制并保存，用于后期回放。 R&S TSMW通用无线网络分析仪，具有极高的前端灵敏度，20MHz的记录带宽，并且体积小重量轻，支持车载电源，可以在机场附近等ATC雷达信号较强的地区，真实地记录下空间的雷达信号，如果TSMW内置存储深度不够，还可以外接R&S IQR数据记录仪，通过数字IQ接口连接，可以记录最多1TB的数据。对于一般雷达信号，由于其周期性，一般记录长度为M Sample级别就已经足够覆盖多个周期了。
　　
　　图2：LTE手机共存测试连接示意图
　　测试的仪器和连接方式，如图2，共有3种配置方式：左上为采用基本前端配置CMW500仪器，其中RF1双向端口通过信令方式和手机建立呼叫连接，RF3输出口加载雷达干扰信号，干扰信号通过任意波形发生器（ARB）方式加载，通过射频合路器加载到手机端；如果CMW500配置了高级射频前端，则可通过CMW500内部合路LTE信号和干扰信号，只需RF1一个端口加载到手机，这样可以极大简化连接复杂度，提高测试方便性和测试速度，如图2中左下方案；当然也可以使用外部信号源，如R&S SMW200A，该方案干扰信号的配置更灵活，频率和功率调整范围更大，如图2右边方案。
　　测试步骤如下：首先在不加雷达干扰信号的情况下，使用CMW500和手机建立连接，为了达到最大吞吐率，下行参考测量信道RMC要选择16QAM或者64QAM等高阶调制方式，使用20MHz的系统带宽，同时上行功控TPC指令要设为最大功率上行发射，CMW500的发射功率按照TS36.521-1要求设置为相应的参考灵敏度对应功率。为了模拟还有其他用户的场景，CMW500还要加载OFDM信道噪声（OCNG-OFDM Channel Noise Generation）。进行CQI和吞吐率测试。
　　下一步要加入雷达干扰信号，可以使用图2所述的三种方法，由于雷达信号一般都是外场录制的，并且以波形文件方式导入信号源，其基带功率和录制环境及仪器设置有关，为了精确的控制干扰信号的功率，可以使用FSW/FSV等频谱仪，先单独测量干扰信号功率，得出实际功率和显示功率之间的关系。对于录制的信号，可以使用ARBtoolbox Plus这个免费软件，进行剪切、编辑，抽取出完整的雷达干扰波形。
　　下一步即可加入雷达干扰信号，采用CMW500内置通用射频信号源GPRF单元，可以把干扰信号内部合路到RF1COM口输出（干扰信号使用RFTX2发射单元），在GPRF中设置干扰雷达的频率和功率。如图3，可以明显看到，加入雷达干扰信号之后，吞吐率明显受到影响，同时BLER也急剧增大。
　　另外也可以使用SMW200A信号源播放干扰的波形文件，通过外部合路器注入手机。
　　
　　图 3：加入雷达干扰之后吞吐率明显下降、BLER升高
　　LTE基站共存测试方案
　　LTE基站共存测试基本和手机测试相同，一般只需要一台双通道信号源SMW200A即可，由于基站一般不在信令模式下测试，需要把基站切换到RX测试模式，基站自己上报BLER和吞吐率。此时只要用SMW200A的一个射频通道模拟LTE手机（根据3GPP要求设置固定参考信道FRC模式），另一端载入雷达干扰信号的波形即可。如果干扰信号和有用信号的频率差小于160MHz，可以使用SMW200A内部基带叠加（干扰信号做基带频移），即可直接合成到一个射频端口输出；如果大于160MHz则需外部射频合路器，此时要注意补偿外部合路器的损耗。同样，如果使用录制的波形文件，建议先用频谱仪对其功率进行校准。
　　雷达系统共存测试方案
　　雷达系统主要受LTE基站的影响较大，手机由于功率较小可以忽略。通常这种测试需要现场测试，即雷达系统在实地正常工作的时候，在其附近100-300米，加载大功率LTE基站干扰信号。
　　这里推荐使用R&S TS6650雷达干扰测试系统，如图4，该系统主要模拟LTE等移动通信基站系统，由以下部件组成：
　　●矢量信号发生器SMBV100A，用于产生LTE或者其他类型干扰信号；
　　●射频线性功放，用于放大干扰信号，最大峰值输出61dBm；
　　●FSL频谱仪，通过耦合器，监测大功率输出信号；
　　●OSP系列开关矩阵；
　　●滤波器，用于滤除杂波和保护功放；
　　●天线、支架等附件和机箱。
　　
　　图4：TS6650系统框图
　　整个系统可以装入标准19英寸机箱，易于外场测试。该系统除了灵活配置、方便使用之外还有一个很重要的特点抗----干扰能力很强。对于S波段雷达，即便天线处的雷达信号场强高达1500V/m，雷达信号也不会进入功放，不会对整个TS6650系统产生影响。
　　该系统已经在多国机场附近进行过实际测试，结果证明LTE等基站对雷达会产生干扰，在某些方位角会形成盲区，影响雷达的识别率，导致目标丢失。为了保证航空安全，这一类的测试以及干扰消除技术的研究是非常重要的。
　　干扰消除技术
　　在不影响系统性能（如覆盖范围、灵敏度）前提下，对于LTE或雷达系统，主要从收/发两方面着手，接收端要加强滤波，滤除干扰信号，同时需要提高接收机线性度，使其不致被大干扰信号压缩而阻塞。对于发射机，主要也是加强滤波，减小其杂散、谐波的发射。
　　无论哪种情况都需要模拟真实的环境对LTE和雷达系统整体性能进行测试，以保证系统都能和谐共存。