A study of 5G New Radio and its vulnerability to jamming

Informasjons- og kommunikasjonsteknologi (IKT) er anerkjent av Forsvaret som en kritisk faktor for at de skal kunne løse sine oppgaver. De kommende årene vil forsvarssektoren investere store summer i kampnær IKT gjennom programmet Mime. Det forventes at mye av teknologien som tas i bruk er utviklet for det sivile markedet. Kommersiell mobilteknologi er en slik teknologi som er utviklet for det sivile markedet og som de siste årene har fått mye oppmerksomhet fra forsvarssektoren i mange land som et kostnadseffektivt alternativ for å dekke noen militære behov for kommunikasjonstjenester.

Femte generasjons mobilteknologi (5G) er nyeste generasjon mobilteknologi og kan utnyttes i militær sammenheng på flere måter, blant annet til radiokommunikasjon. Radiogrensesnittet i 5G, New Radio (NR), gir høy overføringshastighet samtidig som det tilbyr nye teknologiske løsninger som bruk av multi-antenner på høye frekvenser. Imidlertid er en kommersiell teknologi som 5G ikke spesifikt designet med tanke på å oppfylle militære krav til robusthet. Det er stor usikkerhet omkring hvordan 5G NR fungerer når det er utsatt for elektronisk krigføring slik som jamming. Innsikt i ytelsen til 5G NR under påvirkning av jamming er derfor viktig å ha for å kunne vurdere i hvilke operasjonelle scenarioer 5G er trygt å bruke under militære operasjoner.

Denne rapporten dokumenterer en studie av trusselen fra jamming mot 5G NR. Vi introduserer nødvendig bakgrunn om 5G NR. Deretter diskuterer vi sårbarheter 5G NR har for jamming, basert på teori og litteratur, men ingen av disse foregående studiene har undersøkt effekten av jamming på et virkelig 5G-system. Vi gjennomførte derfor et eksperiment der vi skapte et realistisk oppsett med en spesiallaget jammer og et kommersielt 5G NR-system som besto av en hyllevare-smarttelefon og en kommersiell antenne på en basestasjon som opererte på 3,6 GHz-frekvensbånd.

Resultatene fra eksperimentet viste at signalet fra brukerutstyret til basestasjonen, kalt opplink, var mest sårbar, hovedsakelig på grunn av brukerutstyrets begrensede sendeeffekt. 5G-systemet viste seg å kunne tilpasses jamming med moderat effekt gjennom å redusere parameterne for koding og modulasjon. Imidlertid hadde 5G-systemet i noen tilfeller problemer med å finne riktige parameterverdier. Når signalet fra jammeren var for sterkt, ble 5G-forbindelsen terminert. Ut fra resultatene fra eksperimentet identifiserte vi et jammenivå der jammestyrken var høy nok til å slå ut 5G-kommunikasjonen. Ved å kombinere resultatene med teoretiske propagasjonsmodeller utviklet vi en modell for å beregne den maksimale distansen en jammer kan ha til en basestasjon og likevel ødelegge 5G-kommunikasjonen med en gitt jammeeffekt.

Denne modellen kan benyttes av Forsvaret til å evaluere jammetrusler mot 5G NR for å avgjøre om 5G er egnet for en spesifikk operasjon. Vi identifiserte noen praktiske mottiltak som kan gjøre 5G-radiokommunikasjonen, spesielt overføringen i opplink, mer robust mot jamming. Fremtidige studier bør videre undersøke aspektene ved implementering av disse mottiltakene for jamming ved militær bruk av 5G.