客务和可用航空 RA 事实实验室测试报告

2023年10月30日 目录 1.32.53.84.105.125.1125.2125.3125.4135.5145.6145.6.1.155.6.2.155.7165.8186.197.208.21 1.执行摘要 无线宽带的指数增长促使数十个国家的频谱监管机构为5G重新分配中频带频谱。许多国家/地区在3400 -3800MHz范围内运行标准功率基站，其中一些扩展操作低于3400MHz。其他国家/地区正在将国际移动电信（IMT）分配扩展到3800MHz以上的频率；加拿大，澳大利亚和韩国已分配了高达4000MHz的频谱。日本的5G业务在3600 - 4100 MHz和4500 - 4600 MHz范围内。1并且正在计划未来分配到5000MHz。其他国家/地区正在使用RA频段以上的频谱，包括使用4800-4960MHz的中国，以及澳大利亚，新加坡，越南和韩国正在考虑4400MHz以上的频谱分配。2 在美国，联邦政府系统在4400-4940MHz范围内运行，并在地平线以上发射高功率水平。例如，自2002年以来，美国海军一直在运营合作参与能力（CEC），这是一种通信系统，有助于将多个雷达传感器测量结果集成到整个战斗群共享的单个防空视图中。3 不断发展的频谱格局促使人们考虑在4200 - 4400 MHz的航空无线电高度计（RA）频段与附近的频谱服务之间共存。自2022年以来，美国联邦航空管理局（FAA）与无线和航空公司合作，对机场附近的C波段5G基站信号进行建模，并评估商业和运输RA模型的性能。U.S.无线运营商同意在2028年之前在机场周围自愿缓解措施。4FAA发布了适航指令，要求对某些飞机安装过滤器或进行RA升级，以补充自愿缓解措施所创造的环境。5 最近的航空标准工作集中在为不断变化的频谱环境提供下一代RA的未来验证上。总部位于美国的航空标准制定组织RTCA和欧洲民用航空设备组织（EUROCAE）正在准备新的最低运营 无线电高度计的性能标准（MOPS），包括对RA频段附近强信号的弹性要求。联合委员会还起草了DO - 399，探索存在C频段5G信号的RA性能。DO - 399目前正在进行评论解决。 对C波段/ RA共存的全面评估需要清楚地了解当前的RA性能以及通过带通滤波器和收发器设计可实现的潜在改进。下一代RA必须在存在紧邻RA频带的其他服务的情况下稳健地操作。CTIA启动了几种RA模型的实验室测试，以评估定制带通滤波器的潜在改进，该滤波器旨在抑制RA波段附近的能量。CTIA复制了航空车辆系统研究所（AVSI）在先前的航空测试中建立的实验室测试环境。测试设置包括超出最坏情况的条件，超过RTCA DO - 155和EUROCAE ED - 30制定的要求。 CTIA的测试结果表明，配备定制带通滤波器的RA在与RA频带相邻的频谱中实现了对强信号的出色容忍度。一些RA模型在没有修改的情况下今天表现出出色的性能。少数RA模型表现出不那么稳健的性能。然而，在定制带通滤波器到位的情况下，所有RA都表现出对RA频带外能量的出色抑制。 RA发射机功率在提高性能方面也起着重要作用。不太稳健的RA通常配备有较低功率的发射机,并且如果发射机功率增加,则性能可以提高到超过此处所示的水平。设计具有强大的带通滤波器和与性能更好的模型一致的更高发射机功率电平的未来RA将在不断发展的无线环境中证明未来的RA性能，包括在紧邻RA频带的频谱内最终扩展全功率IMT服务。 2.Introduction 额外的中频带频谱对于满足无线需求的增长至关重要。埃森哲最近的一项研究强调了许可与未许可和联邦频谱分配数量的巨大差异。62023年4月发布的Brattle Group研究发现，到2032年，标准功率、许可中频带频谱的频谱缺口超过1400 MHz。7在较早的GSMA报告中同样强调了频谱不足，该报告确定到2030年需要总共2千兆赫的中频带频谱才能满足IMT无线宽带要求。8由于像6 GHz这样有前途的频谱管道频段已经被排除在美国的标准功率无线业务之外，9the 3300-4200MHz和4400-5000MHz频段10对于满足未来的无线宽带需求至关重要。未来的RA设计必须具有足够的弹性，以便能够有效地使用与RA频段相邻的频谱，用于标准功率的移动宽带服务。 自2020年以来，无线和航空业一直在合作，参加工作组11和RTCA全体会议，分享技术信息，并讨论RA性能。 2022年秋天，RTCA和EUROCAE发布了在存在IMT信号的情况下RA性能的指导文件草案DO - 399。DO - 399旨在为RTCA / EUROCAE开发新RA MOPS的工作计划提供技术投入之一，12这将是对RA的第一个主要修订 12新的MOPS的目标是“通过为新的雷达高度计设置标准来实现近频带频谱的有效利用，该标准提供最先进的近频带抑制，同时保持当前的预期功能 自1980年ED-30发布以来的性能要求。13在2022年12月RTCA全体会议上，DO-399草案包括干线运输（MT），区域集团（RG）以及无人机系统和旋翼机（UR）RA的“最佳可实现”性能曲线。14表2 - 1显示了在RA接收器端口引用的商业/运输RA的DO - 399信号电平草案。15 所有C/TRA对4000MHz以下的IMT信号表现出优异的抑制能力。大多数C/TRA在RA频带的200MHz内表现出优异的信号容限。一个RA在最近的100MHz内表现出较小的容限。 表2 - 2类似地显示了来自Draft DO - 399的商务和通用航空RA的信号电平，转换为RA接收器端口的参考点。 所有BA/GARA对4000MHz以下的IMT信号表现出良好的容差。大多数BA/GARA对距离RA波段100MHz以上的IMT信号表现出良好的容差。在RA波段100MHz以内，所有BA/GARA表现出较小的容差。 雷达高度计”。RTCA第339-22/PMC-2378号论文，职权范围，特别委员会（SC）239低距离雷达高度计，修订版3，2022年12月15日，第2页。 13机载低范围无线电（雷达）高度计设备的最低性能规范，ED-30，EUROCAE，1980年3月。 14根据2022年12月DO-399文件草案的定义，干线运输飞机包括“用于干线航空运输应用（包括客运航空旅行和航空货运）的大型固定翼飞机”。DraftDO-399,at22.其他RA模型用于支线飞机，商务和通用航空飞机以及直升机。这些其他RA模型在本文中将被称为商业/通用航空或BA/GA模型。 15Draft DO - 399提供了参考RA天线面的功率通量密度水平，包括所有边距。为了便于将RA制造商PFD电平与CTIA测试数据进行比较,我们将PFD值转换为RA接收器端口处的功率电平。该转换使用制造商提供的天线增益和电缆损耗，退出余量以反映DO -399断点，然后将功率电平转换为dBm / 100 MHz。 参与DO - 399最终审查和评论过程的无线行业利益相关者鼓励RTCA和EUROCAE进一步研究带通滤波器，天线，发射器和接收器设计，以提高RA对频带外能量的弹性。 为了进一步支持强大的下一代RA的开发，CTIA委托实验室测试并设计了概念验证带通滤波器，以抑制RA波段以外的能量。 制定工程解决方案的第一步是定义现有景观。第3节概述了当今制造和飞行的商业RA及其技术规格。第4节导出了能够提供对RA频带外的能量的显著保护的带通滤波器的规范,其中特别考虑了尺寸、重量和性能的设计约束。第5节说明了CTIA的实验室测试设置和输入。第6节总结了基本排放测试结果。第7节总结了杂散发射测试结果。 3.无线电高度表规格 五家RA制造商目前正在生产11种民航飞行产品。下面的表3 - 1总结了主要规格，来自公开的制造商手册、网站和FCC设备授权文件。 影响性能的RA设计特性包括发射功率、RF滤波器滚降和RA天线方向图。17在FreeFlight的产品演进中,发射功率在改善RA性能中的作用是显而易见的。早期航空测试强调了传统RA - 4000 / 4500型号的一些潜在弱点。在RTCA报告发布之后, FreeFlight开发了一种新的RA,其销售具有对C波段5G信号的弹性,即RA - 5500 / 6500。18该型号于2022年获得FCC和FAA的批准，目前正在生产中，以及一种变体型号，该型号是标记为RA - 4500 MkII的RA - 4000 / 4500的形式和合适替代品。19 RA-5500/6500的设计变化之一是将RA发射机功率增加6.4dB。20更高的发射机功率电平增加了接收机处的期望信号电平，直接改善了RA 17RA天线方向图不包括在实验室测试中;在共存分析中应当单独反映RA频带之外的天线对能量的抑制。 因此,对于未来的RA设计来说,目标为接近30dBm的更高的发射机功率以改善所有操作条件下的性能将是有益的。 4.带通滤波器设计 由于性能较差的接收器在商务和通用航空中飞行，因此我们将专注于这些型号。每个RA使用的频谱量在FCC设备授权报告和操作手册中有很好的记录。如上表3 - 1所示，RA传输信道的边缘与4200 MHz的RA频带边缘之间的频率间隔范围为35至90兆赫。 CTIA采购了三个具有不同通带大小的RF带通滤波器，以覆盖BA / GA RA的占用带宽范围。21滤波器20782和20783被过度设计,具有过宽的通带和比所需更大的频带外信号抑制。滤波器规格的进一步优化,包括更窄的通带和定制的抑制水平,可以进一步减小整体滤波器尺寸和重量。第三个滤波器20926是为RT-300的较小占用带宽量身定制的，并实现了较小的形状因子。CTIA采购的过滤器规格见表4-1。 下图提供了带通滤波器频率响应曲线。 如以下各节所述，CTIA聘请了一家领先的无线通信测试实验室来评估BA / GA RA在存在C波段5G辐射的情况下的性能。然后使用RF带通滤波器对RA进行了测试，以说明定制的滤波器解决方案如何使未来的IMT扩展更接近RA波段。 5.CTIA无线电高度计实验室测试设置和输入 CTIA建立了一个RA测试环境，以评估与C波段5G基波和杂散发射的共存。测试遵循“箱级”方法，对测试中的RA施加外部刺激，并观察报告的相对于基线条件的高度准确性。这种方法反映了AVSI采用的方法；22除了制造商在公开可用的安装和操作手册中提供的信息外，不需要特定于型号的信息。我们还测试了增加RF带通滤波器以评估对RA性能的潜在弹性改进。 CTIA委托FCC OET认可的测试公司DEKRA进行C波段5G与RA共存的实验室测试。实验室测试设置、输入和其他背景信息如下所示。 5.1DEKRA设施 DEKRA在全球拥有45, 000多名专家，致力于提高生活各个领域的安全性，包括车辆检查，专家评估，索赔服务，工业和建筑检查，安全咨询，产品和系统的测试和认证以及培训课程。 DEKRA是测试和认证领域的行业领导者，在近200个国家和地区提供交钥匙产品认证服务。DEKRA在其位于弗吉尼亚州斯特林的工厂建立了RA测试台。测试在屏蔽室中进行，提供超过80 dB的外部信号隔离。 5.2无线电高度计测试 CTIA试图采购目前在美国生产和飞行的五个BA/GARA。23CTIA无法获得一个RA模型的必要文档，但成功测试了其余四个BA/GARA，包括一个脉冲高度计和三个调频连续波（FMCW）RA。 5.3测试设置 实验室测试设置如下图5 - 1所示。 CTIA / DEKRA测试设置与AVSI采用的类似,24除了包括下面讨论的变送器泄漏。 C波段5G基波和杂散信号由矢量信号发生器（VSG）形成，并耦合到RA接收路径中，输入通过频谱分析仪进行验证。RA测量高度通过记录RA的数字或模拟输出来确定。 5.4RA变送器泄漏 EUROCAE ED - 30要求测试设置将RA发射器泄漏从发射端口耦合到接收端口，以模拟飞机上不完美的天线隔离。25泄漏路径隔离取决于发射