无论是对于飞机的安全性还是5g部署的经济可行性而言，缓解5g的干扰是现在比较急迫的一个问题。下面给大家介绍一下，如何使用simulia cst studio套件中的电磁仿真工具来分析电磁干扰情况的仿真。一起来看看，5g信号是如何干扰雷达高度计的？
干扰或多或少是由外部源引起的电气路径或电路中的电气噪声。这可能发生在两种情况下：
l这两个系统的工作频带彼此非常接近，使得接收系统在其工作频带内接收到来自发射系统的高水平带外发射。
l这两个系统的工作频带相距甚远，但是在接收机的工作频带中可以接收到发射频谱的高次谐波。
在5g干扰飞机高度表的情况下，我们更多的是第一种场景。5g c波段在3.7到3.98 ghz之间，距离高度计的工作频率只有220 mhz，这增加了干扰的风险，特别是当发射器和接收器在物理上相互靠近时。这就是为什么在飞机接近和着陆期间干扰问题是最危险的，此时飞机离地高度非常关键。图1.a显示了一个场景，其中着陆的飞机在5g塔附近进行翻滚机动(该距离是5g塔和飞机之间的水平距离以及飞机离地高度的函数)。
那么收发器的频谱是怎么定义的呢？答案如图1.b所示，其中5g-c频段[3.7–3.98]ghz分为3个子频段。当前由verizon占用的带宽为100 mhz (2)。其他的将在不久的将来部署，其中一个也有100 mhz的宽度，最后一个是80 mhz宽，这在5g波段和高度计波段之间留下了220 mhz的保护波段。事实上，这3个频带中的每一个都被分成更小的20 mhz带宽的频带。这个保护带太小，不能让5g发射器的谐波干扰高度计。因此，干扰很可能是由于5g天线的杂散发射功率造成的。这将在下一节中检查。
图一 (a)飞机着陆场景和(b)5g发射器和高度计收发器的频谱
为了准确预测干扰，我们需要：
l模拟天线之间的耦合。这是一个具有挑战性的多尺度场景，需要捕捉天线的亚毫米级细节以及相隔数百或数千米的飞机和蜂窝塔的巨大结构。cst studio suite是dassault systèmes的simulia品牌的电磁仿真包，它为运行混合仿真提供了具有不同数值方法的多个解算器:例如，模拟天线性能的时域方法，并将其与sbr(发射和反弹射线)方法相结合，后者可以非常有效地处理大规模场景。这些方法的混合可以是完全双向的，这考虑了可能由安装天线的平台引起的天线的任何最终不匹配。
l考虑产生最大干扰的最坏情况。在我们的案例中，我们认为5g塔的主瓣是朝着飞机扫描的。同时，飞机应该以17度的倾斜角执行滚转机动，以改变其水平方向。
图2.a显示了5g天线向飞机发射的功率密度图示例。对几个水平距离(在100和1200米之间)进行模拟，以观察它如何影响干扰。飞机和5g塔的高度分别固定在100米和30米。图2.b显示了5g天线和高度计在几个距离上的耦合。自然地，当距离增加时，耦合减少。
图二。(a)来自5g天线的发射功率密度(b)天线之间的耦合
现在的想法是在干扰计算中加入耦合参数。这可以通过使用simulia cst studio套件的干扰任务轻松完成。除了耦合之外，我们还需要为5g和高度计收发器定义无线电参数。对于发射器(5g)，我们应该指定通道(3)的数量及其宽度、发射功率或psd(功率谱密度)以及寄生功率。接收器也由信道的数量(1)和它们的宽度以及它们的灵敏度指定。rtca(航空无线电技术委员会)在其论文n 274-20/pmc-2073中公布了一些关于高度计灵敏度和5g天线发射功率的数字(3)。
下图显示了所使用的无线电。对于5g发射，我们考虑了一个城市天线杆，其中天线的输出峰值eirp(有效全向辐射功率)为70 dbm(或50 dbm的峰值功率，因为5g天线增益约为20 dbs)，杂散发射为-20 dbm，导致psd为50 dbm/mhz。至于高度计，我们选择了适合所有fmcw(调频连续波)模型的特性，其中保护标准涉及假高度信息，灵敏度等于-103 dbm。高度计的饱和度设置为-10 dbm。
图3。(a) 5g天线(b)高度计的无线电定义
例如，我们将展示5g塔和飞机之间水平距离为100米时获得的结果。左图显示了高度计的接收功率，右图显示了带内和带外的emi余量。我们可以看到，带内和带外明显存在具有高emi余量的干扰。显然，带内余量是由5g天线的杂散发射造成的。
图4。(a)高度计的接收功率，(b) emi余量
我们可以清楚地看到，对于100米的距离，我们有很高的em裕量值(全部为正)，因此干扰很大。提醒一下，干扰阈值设置为-10 db，这意味着如果容限低于-10 db，我们认为没有干扰。如果容限在-10到0 db之间，我们认为干扰的风险很高。最后，如果裕量高于0 db，干扰是确定的。这些结果可以从违例矩阵中直观地解释出来，作为输出给出。绿色、黄色和红色分别告诉我们所处的环境。
由于距离越大，耦合越小，因此干扰也越小。下表显示了不同距离情况下的违规矩阵，范围从100米到1200米不等。当距离变大时，我们趋向于完全没有干扰。图5中给出了每个5g信道的相应余量，作为距离的函数。
图5。5g塔和飞机之间不同距离的违规矩阵
emi裕量与距离的关系，显示危险区(红色)、危险区(黄色)和清除区(绿色)
上图清楚地表明，避免干扰的最简单凯发网站的解决方案是避免在机场附近部署5g塔，因为增加距离会减少干扰。然而，这并不总是可能的——如果5g天线所在的发射塔已经部署在机场附近，该怎么办？凯发网站的解决方案是在两个系统的传输链中增加滤波器，实现高带外抑制。下图左侧显示了添加滤波器后的耦合结果，与100米距离的原始耦合结果进行了比较。在右侧，我们可以看到滤波器有助于大幅降低干扰，裕量低于-10 db。
射频干扰是无线电收发器之间非常常见的问题，通过仿真预测射频干扰有助于减少不必要的测量研究。最重要的是，它有助于为设备、乘客、机组人员和旁观者创造一个更安全的环境。simulia cst studio suite拥有所有工具，可用于设计从天线和rf组件等最小组件到完整通信信道的rf系统，可用于模拟干扰、信道脉冲响应(cir)和许多其他重要kpi。
