儀商解析:無線通信的世界,干擾是不受歡迎的東西,干擾永遠是無線通信領域中的不速之客。它導致噪聲、手機通話中斷、通信受到干擾。雖然越來越多的網絡內置了干擾檢測功能,但通常效果不大。
為解決干擾這個棘手問題,最有效的方案是使用頻譜分析儀,用以測量和識別干擾源。識別和檢測微弱的干擾信號。不管干擾信號多么難以捉摸,實時頻譜分析儀都能勝任。
搜尋干擾頻率
在搜尋干擾時,第一個挑戰是確定是否可以測量干擾信號。一般來說,受擾接收機很容易確定,這也是第一個要查看的地方。挑戰在于,無線接收機要能檢測到非常小的信號。因此,頻譜分析儀必須設置成接近模擬受擾接收機的靈敏度,才能“看到”接收機“看到”的東西。例如,普通LTE接收機的靈敏度約為-120dBm。也就是說,接收機通道上任何大于-120dBm的射頻污染都會影響接收機的操作。
頻譜分析儀有兩種控制功能可以調節靈敏度:基準電平(RefLvl)和解析帶寬(RBW)。挑戰在于,在“空中”(OTA)進行測量時,基準電平必需保持得相當高(-30dBm),這樣在測量所有RF能量時,頻譜分析儀才不會過載。
在大多數頻譜分析儀中,RBW控制功能會根據用戶配置的頻寬自動設置。在OTA測量中,應降低RBW值,以查看可能影響受擾接收機的小信號。這種組合導致大多數電池供電的頻譜分析儀的掃描速率非常低,即其不可能看到導致干擾的小的間歇性瞬態信號。
實時頻譜分析儀解決了這個問題,它能夠使用RBW較窄的濾波器測量頻譜,速度要快于基本掃頻分析儀。圖1顯示了LTE信號在空中傳送(OTA)時的結果。在這種情況下,頻寬被設置成40 MHz,默認RBW為300 kHz。注意很難確定畫面中心的輻射。如果有一個窄帶(< 300 kHz)干擾源,這種設置幾乎不可能看得到干擾。
圖2是使用1kHz RBW濾波器的相同設置。在這種情況下,LTE通道和有效掃描時間很明顯僅提高到40 ms。這是使用實時頻譜分析儀(RTSA)測量無線通道干擾的首要好處之一。這類儀器原本十分昂貴,而且必須固定在桌面上使用,但現在市場上已經有一款電池供電、基于USB的經濟型實時頻譜分析儀,使RTS成為搜尋干擾的實用選擇。
圖2:采用1kHz RBW濾波器的實時頻譜分析儀提高了查看LTE信號的能力
測量干擾的頻率
傳統上,工程師使用頻譜分析儀器提供的各種跟蹤模式,分析關心的RF信號的特點,常見的有峰值保持模式、平均模式和最小值保持模式。即使采用這些跟蹤模式,工程師仍很難確定信號的發生頻次,或確定信號是否與相同頻寬中其他信號有什么關聯。
RTSA為這個問題提供了解決方案:具有余輝效應的快速頻譜顯示器。記住,在實時頻譜分析儀中,對最大實時頻寬以下的任何頻寬,儀器都不會進行掃描,意味著它能夠每秒測量數萬次頻譜。但頻譜不能顯示得那么快。為解決這個問題,需要開發了配有余輝顯示器的頻譜分析儀,如圖3所示。
余輝顯示器(或數字熒光顯示器)會逐點追蹤能量被測量的頻率。像素顏色表示信號存在的頻次。在溫度定標中,紅色表示信號經常出現,藍色則表示信號不經常出現。快速頻譜測量與余輝相結合,可以更簡便地識別偶發事件。
在使用實時顯示時,應注意選擇RBW濾波器。與普通頻譜顯示一樣,RBW濾波器的選擇大大影響著頻譜測量的速度。RTSA的主要指標之一是偵聽概率(POI)。這個指標決定著儀器保證能檢測到的最短信號時長。選擇窄RBW會改變測量的POI,這是要知道的一個重要因素。
顯示全部信號信息
與基本頻譜顯示器相比,盡管余輝顯示器可以獲得多得多的信息,但它并不能顯示全部信號信息。在現代無線通信中,許多協議采用了某種形式的空閑通道評估。從本質上看,這些無線電能夠確定通道忙碌程度,只在沒有其他信號使用這個頻率時才傳送信號。即使快速余輝顯示器也不能顯示兩個信號之間的關系。為確定信號的時序,我們必需使用三維頻譜圖功能,如圖4所示,繪制頻譜數據隨時間變化情況,確定信號活動的頻次。
三維頻譜圖是一種瀑布式顯示畫面,繪制頻譜相對于時間的活動情況。在普通頻譜顯示畫面中,開始頻率在左,結束頻率在右。時間是Y軸,顏色表示信號幅度:紅色表示最高幅度,黑色表示最低幅度。三維頻譜圖由余輝顯示器中峰值檢測到的數據組成,累積的頻譜數據量由用戶確定。 通過這些控制功能,可以記錄長期數據(幾個小時),然后導出和共享結果。這特別適合存在很難處理的干擾問題,且需要長時間監測頻譜的情況。在處理互調制問題時,三維頻譜圖可以幫助確定基本組合元素。