在无线通信高度发达的今天,干扰绝对是不受欢迎的东西,它可能会导致噪声、手机通话中断、通信受到干扰。在蜂窝网络中,干扰实际上是网络的一部分。虽然当前越来越多的网络内置了干扰检测功能,但这些工具通常效果不大,因为它们只针对几种信号,可能只能在一条通道上测量问题的影响。
 
频谱分析仪是工程师非常信赖的工具,用以测量和识别干扰源。市场上有许多不同类型的频谱分析仪,但许多人首选电池供电的小型频谱分析仪,因为他们需要能够自由移动,并把来自多个位置的数据关联起来。
 
搜寻干扰频率
在搜寻干扰时,第一个挑战是确定是否可以测量干扰信号。一般来说,受扰接收机很容易确定,这也是第一个要查看的地方。挑战在于,无线接收机要能检测到非常小的信号。因此,频谱分析仪必须设置成接近模拟受扰接收机的灵敏度,才能“看到”接收机“看到”的东西。例如,普通 LTE 接收机的灵敏度约为 -120dBm。也就是说,接收机通道上任何大于 -120dBm 的射频污染都会影响接收机的操作。
 
频谱分析仪有两种控制功能可以调节灵敏度:基准电平(RefLvl)和解析带宽(RBW)。挑战在于,在“空中”(OTA)进行测量时,基准电平必需保持得相当高(-30dBm),这样在测量所有 RF 能量时,频谱分析仪才不会过载。
 
在大多数频谱分析仪中,RBW 控制功能会根据用户配置的频宽自动设置。在 OTA 测量中,应降低 RBW 值,以查看可能影响受扰接收机的小信号。这种组合导致大多数电池供电的频谱分析仪的扫描速率非常低,也就是说,其不可能看到导致干扰的小的间歇性瞬态信号。
 
实时频谱分析仪解决了这个问题,它能够使用 RBW 较窄的滤波器测量频谱,速度要快于基本扫频分析仪。图 1 显示了 LTE 信号在空中传送(OTA)时的结果。在这种情况下,频宽被设置成 40 MHz,默认 RBW 为 300 kHz。注意很难确定画面中心的辐射。如果有一个窄带(< 300 kHz)干扰源,那么这种设置几乎不可能看得到干扰。
 
图 1:LTE 信号 OTA 结果实例。
 

 

图 2 是使用 1kHz RBW 滤波器的相同设置。在这种情况下,很明显 LTE 通道和有效扫描时间仅提高到 40 ms。这是使用实时频谱分析仪(RTSA)测量无线通道干扰的首要好处之一。这类仪器原本十分昂贵,而且必须固定在桌面上使用,但现在市场上已经有一款电池供电、基于 USB 的经济型实时频谱分析仪,使 RTS 成为搜寻干扰的实用选择。
 
图 2:采用 1kHz RBW 滤波器的实时频谱分析仪提高了查看 LTE 信号的能力。
 
测量干扰的频率
传统上,工程师使用频谱分析仪器提供的各种跟踪模式,来分析关心的 RF 信号的特点,常见的有峰值保持模式、平均模式和最小值保持模式。即使采用这些跟踪模式,工程师仍很难确定信号的发生频次,或确定信号是否与相同频宽中其他信号有什么关联。
 
RTSA 为这个问题提供了解决方案:具有余辉效应的快速频谱显示器。记住,在实时频谱分析仪中,对最大实时频宽以下的任何频宽,仪器都不会进行扫描,这意味着它能够每秒测量数万次频谱。但频谱不能显示得那么快。为解决这个问题,我们开发了配有余辉显示器的频谱分析仪,如图 3 所示。
 
图 3:实时频谱分析仪显示器显示的信息量要远远超过传统显示器。
 
余辉显示器(或数字荧光显示器)会逐点追踪能量被测量的频率。像素颜色表示信号存在的频次。在温度定标中,红色表示信号经常出现,蓝色则表示信号不经常出现。快速频谱测量与余辉相结合,可以更简便地识别偶发事件。
 
在使用实时显示时,应注意选择 RBW 滤波器。与普通频谱显示一样,RBW 滤波器的选择大大影响着频谱测量的速度。RTSA 的主要指标之一是侦听概率(POI)。这个指标决定着仪器保证能检测到的最短信号时长。选择窄 RBW 会改变测量的 POI,这是要知道的一个重要因素。
显示全部信号信息
 
与基本频谱显示器相比,尽管余辉显示器可以获得多得多的信息,但它并不能显示全部信号信息。在现代无线通信中,许多协议采用了某种形式的空闲通道评估。从本质上看,这些无线电能够确定通道忙碌程度,只在没有其他信号使用这个频率时才传送信号。即使快速余辉显示器也不能显示两个信号之间的关系。为确定信号的时序,我们必需使用三维频谱图功能,如图 4 所示,绘制频谱数据随时间变化情况,确定信号活动的频次。
 
图 4:三维频谱图可以记录长期频谱及播放问题周期。
 
三维频谱图是一种瀑布式显示画面,绘制频谱相对于时间的活动情况。在普通频谱显示画面中,开始频率在左,结束频率在右。时间是 Y 轴,颜色表示信号幅度:红色表示最高幅度,黑色表示最低幅度。三维频谱图由余辉显示器中峰值检测到的数据组成,累积的频谱数据量由用户确定。通过这些控制功能,用户可以记录长期数据(几个小时),然后导出和共享结果。这特别适合存在很难处理的干扰问题,且需要长时间监测频谱的情况。在处理互调制问题时,三维频谱图可以帮助确定基本组合元素。
 
请记住,在 RTSA 中,可以立即测量整个频宽的频谱信息。也就是说,我们可以使用这些数据,目测实现载波相关,确认源载波和互调制产物之间的时序关系。
轻松搜寻干扰!
 
干扰永远是无线通信领域中的不速之客。为解决这个棘手的问题,最好的方案是使用实时频谱分析仪成为好的猎手,不管干扰信号多么难以捉摸,实时频谱分析仪的显示器都足以胜任工作,为您找到和显示干扰信号。