机场监视雷达对5G新无线电(NR)信号干扰的评估
随着5G NR系统的频率范围超出LTE使用的频段，频谱管理变得更加复杂。对扩大5G覆盖的需求是由更高的数据速率和更低的延迟带来的好处所驱动的。新的5G基站的实施反过来推动了了解这些信号如何影响运行在相同频段的已安装系统的需求。空中交通管制雷达就是这样一个系统。
在本例中，您将学习如何建模一个在5G基站附近运行的空中交通管制雷达。我们将研究5G信号如何影响接收到的雷达信号。我们使用一架飞机从与基站相同的方向接近机场的场景。从飞机返回的雷达在5G波形存在和不存在的情况下进行处理。
可以应用许多不同的缓解技术来减少干扰，但在本例中，我们在基站实现波束形成器，以减少雷达方向的传输能量。
场景
我们首先根据3GPP TR 38.901规范中的指导设置了一个基站位置场景。该基站安装在距离机场2.5公里的一座建筑的屋顶上。
机场雷达模型以机场监视雷达(ASR-11)为基础。
一架飞机正从与基站相同的方向接近雷达。
由于飞机和雷达之间的路径上有建筑物，散射体被添加到场景中，以考虑多路径反射。
机场雷达位置asrPos = [0;0;15);asrAxes =眼(3);asrVel = [0;0;0);5G基站位置bsPos = [2.5 e + 03;0;25);bsAxes = rotz (180);接近飞机的起始位置和速度targetPos = (50 e3, 0, 450);targetVel = (0, 0, 0);%信道参数在随机位置产生15个散射体rng (2021);初始化随机数生成器numScat = 15;azRange = -180: + 180;randAzOrder = randperm(长度(azRange));elRange = 0;rRange = 0.5e3: 2.5: 1e3;randROrder = randperm(长度(rRange));azAngInSph =函数(azRange (randAzOrder (1: numScat)));elAngInSph = 0(大小(azAngInSph));r = (rRange (randROrder (1: numScat)));将球坐标转换为笛卡尔坐标。[x, y, z] = sph2cart (azAngInSph elAngInSph, r);scatPos = [x;y;z] + bsPos;scatCoef = 1 (numScat, 1) * 1 e 1;
你可以画出5G信号塔、雷达和散射器的位置。
图;持有在；网格在；asrPos plot3 (asrPos (1) (2), asrPos (3),.．.“颜色”,“b”,“标记”,“o”,“MarkerFaceColor”,“b”,.．.“DisplayName的”,“机场雷达”) plot3 (scatPos (1:), scatPos (2:), scatPos (3:).．.“线型”,“没有”,“颜色”,“k”,“标记”,“广场”,“MarkerFaceColor”,“k”,.．.“DisplayName的”,“散射”) plot3 (bsPos (1), bsPos (2), bsPos (3),.．.“颜色”,“r”,“标记”,“卦”,“MarkerFaceColor”,“r”,.．.“DisplayName的”,“基站”)包含(“X (m)”）;ylabel (“Y (m)”）;传奇(“位置”,“最佳”）
雷达的配置
配置雷达模型以匹配机场监视雷达(ASR-11)的参数。
fc = 2.8 e9;雷达载波频率(Hz)c = physconst (“光速”）;%传播速度(m/s)λ= c / fc;雷达波长(m)
雷达发射线性调频波形。
asrSamplingFrequency = 1 e6;%(赫兹)脉冲重复频率= 1000;%脉冲重复频率(Hz)dutyCycle = 0.1;asrWaveform =分阶段。LinearFMWaveform (.．.“SampleRate”asrSamplingFrequency,.．.“DurationSpecification”,的工作周期,.．.“DutyCycle”dutyCycle,.．.脉冲重复频率的脉冲重复频率);
ASR-11使用带有喇叭激励器的抛物面反射器。可以使用“天线工具箱”中的天线元素来生成设计。
rad = 2.5;%半径[m]flen = 2.5;%焦距%建立天线%(创建)asrAntennaElement =设计(reflectorParabolic (“激励”角),fc);%(东方)asrAntennaElement.Exciter.Tilt = 90;asrAntennaElement.Exciter。TiltAxis = (0 0 1);asrAntennaElement.Tilt = 90;asrAntennaElement。TiltAxis = (0 0 1);% (params)asrAntennaElement.Radius = rad;asrAntennaElement.FocalLength = flen;%(最终创建)asrAntenna =分阶段。ConformalArray (“元素”, asrAntennaElement);asrRadiator =分阶段。散热器(“OperatingFrequency”足球俱乐部,.．.“传感器”, asrAntenna);
定义雷达发射机
asrPower = 25000;% [W]asrGain = 32.8;% (dB)asrTransmitter =分阶段。发射机(“PeakPower”asrPower,.．.“获得”, asrGain);
定义雷达接收器天线阵列和接收器前置放大器。
asrCollector =分阶段。收集器(“OperatingFrequency”足球俱乐部,.．.“传感器”, asrAntenna);asrReceiver =分阶段。ReceiverPreamp (“SampleRate”asrSamplingFrequency,.．.“获得”, 20岁,.．.“NoiseMethod”,噪声温度的,.．.“NoiseFigure”, 6.31);
确定接近的飞机，雷达截面为5m^2。
radarTarget =分阶段。RadarTarget (.．.“MeanRCS”5,.．.“OperatingFrequency”、fc);
将雷达信号传播环境定义为自由空间。
radarEnv =分阶段。空闲空间(“TwoWayPropagation”,真的,.．.“SampleRate”asrSamplingFrequency,.．.“OperatingFrequency”足球俱乐部,.．.“PropagationSpeed”c);
基站配置
您可以使用5G工具箱生成一系列5G波形。本例的波形数据从引用的.mat文件加载。
负载helperRadarNRInterferenceData.matbsSamplingFrequency = waveStruct.Fs;bsWaveform = waveStruct.waveform;
根据3GPP TR 28.901中的规范定义基站天线阵列:
bsArray =分阶段。NRRectangularPanelArray (“大小”， [3,2,2,2]，.．.“间距”，[0.5*lambda, 0.5*lambda, 3*lambda, 3*lambda]);bsSteeringVec =分阶段。SteeringVector (“SensorArray”bsArray,.．.“PropagationSpeed”c);每个天线元件增益%bsTxPower = 9;%瓦bsTxGain = 8;% dBbsNumArrayElements = prod (bsArray.Size);bsTransmitter =分阶段。发射机(.．.“PeakPower”bsTxPower / bsNumArrayElements.．.“获得”, bsTxGain);[bs2asrRange, bs2asrAngle] = rangeangle(asrPos,bsPos,rotz(180));bsArrayWeights = bsSteeringVec (fc, bs2asrAngle (1) + 1);bsArray。锥形= bsArrayWeights;为基站信号的通道bsChannel =分阶段。ScatteringMIMOChannel (“TransmitArray”bsArray,.．.“ReceiveArray”asrAntenna,.．.“CarrierFrequency”足球俱乐部,.．.“SpecifyAtmosphere”,真的,.．.“SampleRate”bsSamplingFrequency,.．.“SimulateDirectPath”,真的,.．.“MaximumDelaySource”,“属性”,.．.“MaximumDelay”1的军医,.．.“TransmitArrayMotionSource”,“属性”,.．.“TransmitArrayPosition”bsPos,.．.“TransmitArrayOrientationAxes”bsAxes,.．.“ReceiveArrayMotionSource”,“属性”,.．.“ReceiveArrayPosition”asrPos,.．.“ReceiveArrayOrientationAxes”asrAxes,.．.“ScattererSpecificationSource”,“属性”,.．.“ScattererPosition”scatPos,.．.“ScattererCoefficient”scatCoef ');
接收信号的一代
模拟雷达返回和5G信号传播，在雷达接收器上生成接收信号。
模拟雷达返回
接下来是雷达信号的发射和接收仿真步骤。注意，ASR-11的天线盘正常旋转，这也可以建模，但在这个例子中，我们考虑简化的情况，即ASR-11指向基站。在现实中，MIMO信道中定义的散射体会引起多径效应并产生雷达反射。然而，这些反射被信号处理技术如移动目标指示器(MTI)处理所抵消。为了简化模拟而不丧失通用性，我们对雷达信号在自由空间中的传播进行了建模。
asrSignal = asrWaveform ();asrAmplifiedSignal = asrTransmitter (asrSignal);[asr2TragetRange, asr2TargetAngle] =.．.rangeangle (targetPos asrPos);asrRadiatedSignal = asrRadiator (asrAmplifiedSignal,.．.asr2TargetAngle);asrPropagatedSignal = radarEnv (.．.asrRadiatedSignal,.．.asrPos,.．.targetPos,.．.asrVel,.．.targetVel);asrTargetReflection = radarTarget (asrPropagatedSignal);asrCollectedSignal = asrCollector (asrTargetReflection,.．.asr2TargetAngle);
模拟5G信号传播
5G信号从基站传播到雷达系统。
bsAmplifiedSignal = bsTransmitter (bsWaveform);bsCollectedSignal = bsChannel (repmat (bsAmplifiedSignal 1 2 * bsNumArrayElements));
采样基站和雷达信号
将接收到的5G信号进行重采样，以匹配雷达的采样频率。
asrNsamples =长度(asrSignal);asrTvec = (0: asrNsamples-1) / asrSamplingFrequency;bsNsamples =长度(bsWaveform);bsTvec = (0: bsNsamples-1) / bsSamplingFrequency;bsCollectedSignal_Resampled = interp1 (.．.bsTvec bsCollectedSignal asrTvec)。”;ReceivedSignal = asrReceiver(asrCollectedSignal + bscollectedsignal_resamented);
信号处理
您可以应用匹配滤波、时变增益和CFAR检测来检测接收信号中的目标。
%匹配滤波器多项式系数= getMatchedFilter (asrWaveform);mf =分阶段。MatchedFilter (“系数”多项式系数,“GainOutputPort”,真正的);matchingdelay =大小(多项式系数,1)1;时变增益%大门= asrTvec * 3 e8/2;tvg =分阶段。TimeVaryingGain (.．.“RangeLoss”2 * fspl(大门,λ),.．.“ReferenceLoss”,.．.2 * fspl (asrNsamples / asrSamplingFrequency * c / 2,λ));% CFAR检测器cfar =分阶段。CFARDetector (“NumTrainingCells”, 50岁,“NumGuardCells”2);cfar。ThresholdFactor =“自定义”；cfar。CustomThresholdFactor = 6;cfar。ThresholdOutputPort = true;[sigp, Gmf] = mf (ReceivedSignal);sigp =缓冲区(sigp (matchingdelay + 1:结束),大小(sigp, 1));sigp = tvg (sigp);[detected, th] = cfar(abs(sigp).^2,1:length(sigp));图; hold在；情节(大门* 1 e - 3、abs (sigp)。^ 2);情节(大门* 1 e - 3、th);情节(大门(发现)* 1 e - 3, abs (sigp(发现))^ 2,“o”,“markersize”10)传说(“信号”,“阈值”）;包含(的距离(公里)）;
5G基站波束形成
为了消除干扰，在基站上增加了波束形成器。由于机场雷达的位置是固定的，可以在这个方向放置一个零。
发行版(bsChannel)为零方向计算转向矢量wn = bsSteeringVec (fc, bs2asrAngle (1));计算瞭望方向的转向矢量。bsLookAngle = 1;注意:这个角应该与零角不同。wd = bsSteeringVec (fc, bsLookAngle);计算所需转向在零方向的响应。rn = wn ' * wd / (wn * wn);旁瓣消去器-删除零方向的响应rn bsArrayWeights = wd-wn *;bsChannel.TransmitArray.Taper = bsArrayWeights;图;模式(bsChannel.TransmitArray, fc 180:180 0)
![{“字符串”:“”,“它”:[],“乳胶”:[]}](http://www.ru-cchi.com/help/examples/phased/win64/RadarNRInterferenceExample_03.png)
模拟波束形成后的5G信号传播
bsCollectedSignal_BF = bsChannel (repmat (bsAmplifiedSignal 1 2 * bsNumArrayElements));bsCollectedSignal_BF_Resampled = interp1 (.．.bsTvec bsCollectedSignal_BF asrTvec)。”;ReceivedSignal_BF = asrReceiver(asrCollectedSignal + bscollectedsignal_bf_resamented);
[sigp_BF, Gmf_BF] = mf (ReceivedSignal_BF);sigp_BF =缓冲区(sigp_BF (matchingdelay + 1:结束),大小(sigp_BF, 1));sigp_BF = tvg (sigp_BF);[detected_BF, th_BF] = cfar (abs (sigp_BF)。^ 2,1:长度(sigp_BF));
波束形成到位后，雷达看到的来自基站的信号电平降低，这样就不会干扰雷达返回。
图;持有在；情节(大门* 1 e - 3、abs (sigp_BF ^ 2));情节(大门* 1 e - 3, th_BF);情节(大门(detected_BF) * 1 e - 3, abs (sigp_BF (detected_BF)) ^ 2,“o”,“markersize”10)传说(“信号”,“阈值”,“检测”）;包含(的距离(公里)）;
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