Störnings- och upptäcktsegenskaper för 5G-tekniker

I detta arbete undersöks för- och nackdelar med tekniker inom 5G-standarden för användning i militära tillämpningar. Speciellt studeras störnings- och upptäcktsegenskaper, samt möjligheten till interferens- och spektrumhantering för att hantera störningar och brist på frekvensspektrum. En stor skillnad mot tidigare generationers mobiltelefonisystem är att 5G kommer vara betydligt mer flexibelt, och kunna stödja fler typer av tjänster med olika krav på datatakt, fördröjning och räckvidd. I en militär tillämpning kan det ge stora fördelar att använda samma radiosystem för en mängd olika tjänster med varierande krav. Det kan medföra förenklingar vid samlokalisering av olika tjänster, och ett effektivare frekvensutnyttjande för det tjänstebehov som finns. Större flexibilitet och komplexitet hos kommunikationssystemet kräver också att en telekrigsmotståndare är mer kvalificerad för att utgöra ett hot. 5G kommer med största sannolikhet, likt tidigare generationers mobiltelefonisystem, kräva tillgång till GNSS för synkronisering vilket innebär att det blir känsligt för störning och vilseledning av GNSS. I arbetet genomfördes ett antal analyser av utvalda delar av 5G-vågformen: OFDM, felrättande kodning samt synkroniseringssekvens. Resultaten visar att synkroniseringssekvenserna i 5G är något känsligare för störning jämfört med de i LTE. I 5G är dock inte placeringen av synkroniseringssekvensen fast som i LTE, vilket innebär att en störare behöver mer kunskap om systemet för att anpassa sin störning. Rapporten visar också att ett OFDM-system är betydligt känsligare för störning av en CW-signal än för AWGN. Detta analyserades med parametrar enligt 5G-standarden men gäller även andra system (t.ex. LTE) baserade på OFDM. Nya tekniker inom 5G-utvecklingen kan skapa nya möjligheter i militära tillämpningar. Full duplex, d.v.s. samtidig sändning och mottagning på en och samma kanal, kan teoretiskt ge fördubblad kapacitet, men kan också skapa nya möjligheter i militära tillämpningar, exempelvis samtidig störning och signalspaning, samtidig störning och kommunikation, och nya tekniker för interferensundertryckning. Tekniker för millimetervåg (frekvens >24 GHz i 5G) ger tillgång till stor bandbredd som möjliggör hög datatakt och kapacitet inom ett begränsat område. Kraftig länkdämpning kan, speciellt i kombination med MIMO-tekniker, också ge mer effektivt frekvensutnyttjande. MIMO-tekniker med många antennelement kan ge stora fördelar genom ökad kapacitet och robusthet med exempelvis lobformning och störundertryckning. Non-orthogonal multiple access (NOMA) har lyfts fram som en teknik för att bidra till högre kapacitet och rättvisare resursfördelning i nedlänken samt högre anslutningstäthet i upplänken. Några utmaningar med NOMA är ökad komplexitet i mottagarna, ökat behov av tillförlitlig kanalskattning, och minskad marginal mot störningar. Tekniker för att hantera kända interferenser, som utgör grunden för NOMA, är intressanta ur militär synpunkt för att hantera egenstörningar och begränsad frekvenstillgång.