利用N934xC/B手持式頻譜分析儀驗(yàn)證和定位干擾的步驟

無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)常會(huì)共享或重復(fù)使用頻譜。隨之而來(lái)的結(jié)果就是，無(wú)線系統(tǒng)很容易受到干擾。造成干擾的原因有許多，在此我們將主要討論由正常工作或發(fā)生故障的無(wú)線系統(tǒng)所引發(fā)的干擾。

無(wú)線通信系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)的干擾通常來(lái)自以下來(lái)源: 信號(hào)之間的侵?jǐn)_，運(yùn)行中的系統(tǒng)組件 （例如發(fā)生故障的發(fā)射機(jī)等），或自身對(duì)靈敏設(shè)備產(chǎn)生干擾的通信系統(tǒng)。

由于所有無(wú)線通信系統(tǒng)均容易受到干擾的影響，因此對(duì)無(wú)線系統(tǒng)中或周圍頻譜進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的測(cè)量便成為恢復(fù)系統(tǒng)完整性的必要環(huán)節(jié)。

本應(yīng)用指南旨在介紹使用手持便攜式頻譜分析儀對(duì)無(wú)線干擾進(jìn)行測(cè)量和定位的步驟及技巧。

1.報(bào)告發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能下降

管理機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)每個(gè)頻段內(nèi)的無(wú)線操作和協(xié)議進(jìn)行了定義。由有意或無(wú)意的信號(hào)，或侵入無(wú)線通信系統(tǒng)特定工作頻段的輻射體所引發(fā)的干擾，都會(huì)導(dǎo)致無(wú)線系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

可引發(fā)干擾的無(wú)意輻射體包括電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備，如開(kāi)關(guān)式電源、時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)、點(diǎn)火裝置以及家用電器 （包括微波爐、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、熒光燈和等離子照明設(shè)備以及電源線）。無(wú)意輻射體可制造寬頻帶噪聲，或可能調(diào)制分布于周圍環(huán)境中的無(wú)線信號(hào)。諸如閃電和雨滴靜電等環(huán)境條件可降低系統(tǒng)性能并破壞電子器件。然而，大多數(shù)無(wú)線干擾其實(shí)是由其他包含故障發(fā)射機(jī)和中繼器的無(wú)線系統(tǒng)，或由故意試圖干擾通信的系統(tǒng)引發(fā)的。

有意的干擾源包括其他無(wú)線系統(tǒng) （包括無(wú)線廣播和電視、移動(dòng)電話、衛(wèi)星、雷達(dá)、移動(dòng)無(wú)線設(shè)備和無(wú)繩電話） 所進(jìn)行的無(wú)線傳輸。

2.使用頻譜分析儀確認(rèn)無(wú)線干擾的存在

一旦系統(tǒng)報(bào)告其工作性能未達(dá)到預(yù)期，即可懷疑其原因是有干擾侵入系統(tǒng)接收機(jī)，而下一步便是確認(rèn)在工作頻率信道內(nèi)是否存在無(wú)線信號(hào)。這通常需要借助N9344C、N9343C、N9342C 或N9340B 等手持式頻譜分析儀(HSA) 來(lái)完成。

整個(gè)偵測(cè)過(guò)程，可能會(huì)涉及對(duì)信號(hào)類型的認(rèn)定，包括確認(rèn)傳輸持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生次數(shù)、載波頻率和帶寬，以及最終確定干擾發(fā)射機(jī)的物理位置等。

要使用手持式頻譜分析儀來(lái)測(cè)量系統(tǒng)接收機(jī)正在捕獲的相同信號(hào)和干擾，需將該頻譜分析儀連接至接收路徑，或與系統(tǒng)天線直接相連。圖1A 為包含手持式頻譜分析儀的無(wú)線系統(tǒng)與安放在天線和收發(fā)信機(jī)之間的定向耦合器的連接塊狀圖。

圖1. 使用(a) 定向耦合器和(b) 使用與天線的直接連接對(duì)無(wú)線干擾進(jìn)行測(cè)量的頻譜分析儀配置

包括蜂窩基站和雷達(dá)站在內(nèi)的許多無(wú)線系統(tǒng)，都會(huì)在連接收發(fā)信機(jī)和系統(tǒng)天線的電纜上安裝定向耦合器。如圖1A 所示，某些定向耦合器設(shè)置有兩個(gè)樣本點(diǎn)，用以監(jiān)測(cè)由發(fā)射機(jī)發(fā)出的，或由接收機(jī)接收的信號(hào)。當(dāng)頻譜分析儀與耦合器連接后，便可在系統(tǒng)正常工作期間查看信號(hào)和干擾。

如果無(wú)線系統(tǒng)在收發(fā)信機(jī)和天線之間不提供接入，那么可將手持式頻譜分析儀直接與系統(tǒng)天線相連，或與放置在收發(fā)信機(jī)附近區(qū)域的分析儀的外部天線相連，如圖1B 所示。

在偵測(cè)過(guò)程中，使用全向天線，可對(duì)周圍環(huán)境中源自各個(gè)方位的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。全向型天線可分為橡膠鴨嘴天線和鞭式天線兩種。

如有可能，請(qǐng)關(guān)閉系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，以便頻譜分析儀以最低本底噪聲設(shè)置，對(duì)帶內(nèi)和同信道干擾進(jìn)行測(cè)量。在此情況下，我們假設(shè)所有附近的帶外和相鄰信道發(fā)射機(jī)的信號(hào)水平都極低，不足以造成頻譜分析儀的前端過(guò)載。

間歇性信號(hào)通常是最難測(cè)量的信號(hào)。有時(shí)，無(wú)線系統(tǒng)的性能會(huì)受到似乎在當(dāng)天隨機(jī)時(shí)間發(fā)生的干擾的影響。當(dāng)這種干擾為脈沖或間歇性發(fā)生時(shí)，用戶可對(duì)手持式頻譜分析儀進(jìn)行配置，以存儲(chǔ)多次掃描所獲得的最大跡線值。

我們以GSM 850 信號(hào)的較低頻信道為例進(jìn)行說(shuō)明。這是一種僅在少數(shù)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送的信號(hào)，因此測(cè)得的波形顯示在包絡(luò)中存在中斷。

( 圖2.) 將N934xC/B 設(shè)置為“最大保持”模式，在經(jīng)過(guò)多次掃描后，儀器將會(huì)填充空隙。

圖2: 使用附帶天線的Agilent N934xC HAS，對(duì)GSM 850 下行傳輸進(jìn)行空中測(cè)量

您可以在Agilent HSA 的[TRACE] 菜單下找到{Max Hold} 選項(xiàng)。在最大保持模式下獲得的GSM 850 信號(hào)掃描結(jié)果如圖3 所示?，F(xiàn)在從圖3 中可以清楚地看到，兩個(gè)信道中的信號(hào)擁有類似的頻譜和功率分布。

圖3: 使用Agilent N934xC HSA，在選定的跡線“最大保持“模式下，對(duì)GSM 850 下行傳輸進(jìn)行空中測(cè)量

Agilent HSA 上的跡線選項(xiàng)允許最多同時(shí)顯示四條不同的跡線。多條跡線可包括最大保持、最小保持、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)測(cè)量的組合，包括多種不同的檢波器選項(xiàng)，例如默認(rèn)的“正峰值”。關(guān)于檢波器模式的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)安捷倫應(yīng)用指南1286-1《進(jìn)行更好頻譜分析儀測(cè)量的8 大技巧》(5965-7009)。

Agilent HSA 的另一個(gè)實(shí)用的顯示選項(xiàng)是頻譜瀑布圖。頻譜瀑布圖是在同一顯示屏幕上查看頻率、時(shí)間及幅度的獨(dú)特方法。頻譜瀑布圖以時(shí)間坐標(biāo)顯示頻譜進(jìn)程，其中顏色表示信號(hào)幅度。在頻譜瀑布圖中，每條頻率跡線在顯示屏幕中占據(jù)一條水平線 （一個(gè)像素高度）。在縱軸上顯示流逝的時(shí)間，隨著時(shí)間流逝，屏幕上顯示的跡線向上滾動(dòng)。

圖4 為間歇性發(fā)射的信號(hào)的頻譜圖。在該圖中，頻譜圖的紅色部分表示具有最高信號(hào)幅度的頻率分量。頻譜圖可指示干擾的時(shí)間及信號(hào)帶寬如何隨時(shí)間而變化。頻譜圖可存儲(chǔ)到Agilent HSA 的內(nèi)部存儲(chǔ)器中，或存儲(chǔ)到外置的USB 快閃存儲(chǔ)器上。

圖4. 雙重顯示選項(xiàng)可同時(shí)顯示頻譜瀑布圖，以及間歇發(fā)送的信號(hào)的頻譜

頻譜圖可記錄1500 組頻譜數(shù)據(jù)，更新間隔可由用戶設(shè)定。當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)1500 組時(shí)，HSA 將自動(dòng)創(chuàng)建另一個(gè)跡線文件，用來(lái)繼續(xù)保存這些數(shù)據(jù)。例如，使用N9344C 進(jìn)行全20 GHz 頻寬掃描，掃描時(shí)間將為0.95 秒。在此情況下，用戶可在單個(gè)跡線文件中將頻譜圖設(shè)置為以1 秒的間隔更新，存儲(chǔ)超過(guò)48 分鐘的數(shù)據(jù)，或以300 秒的間隔更新，存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)5 天的數(shù)據(jù)。利用[MEAS] 菜單下的{SPECTROGRAM} 選項(xiàng)，可激活頻譜瀑布圖顯示。

3.通過(guò)知悉環(huán)境內(nèi)的其他無(wú)線信號(hào)，確認(rèn)干擾類型

使用HSA 檢測(cè)到有干擾存在之后，弄清信號(hào)類型 （如WiFi、蜂窩或其他） 將為預(yù)測(cè)干擾源位置提供幫助。例如，負(fù)責(zé)維護(hù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線設(shè)備操作員可能會(huì)檢測(cè)到相鄰頻率信道有“不符合規(guī)范”的發(fā)射。如果知道此類干擾是由另一個(gè)蜂窩系統(tǒng)發(fā)出的，那么我們就可以獲得線索，知道附近的中繼器可能正在向相鄰頻段錯(cuò)誤發(fā)射能量。（有關(guān)此主題的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用指南《干擾的分類與測(cè)量》，5990-9075。)

4.使用包含定向天線的頻譜分析儀，確定干擾的位置

偵測(cè)過(guò)程的最后一步是定位干擾源。此時(shí)，我們建議您最好將定向天線與頻譜分析儀相連，因?yàn)檫@些高增益天線能在無(wú)線環(huán)境中發(fā)揮指向功能。定向天線可分為八木(yagi) 天線和微帶貼片(patch) 天線兩種。建議在此應(yīng)用中使用5 dBi （各向同性分貝） 或更高的天線增益。例如，Agilent N9311X-508 定向天線可在700 MHz 至8 GHz 頻率范圍內(nèi)提供5 dBi 的增益。

在定向天線圍繞環(huán)境進(jìn)行移動(dòng)的同時(shí)，觀察頻譜分析儀所顯示的信號(hào)幅度，有可能直接找到干擾源的物理位置，即信號(hào)幅度測(cè)量值最大時(shí)所處的方位。但是，周圍環(huán)境中的多徑反射會(huì)降低定位的精準(zhǔn)度。鑒于此，應(yīng)盡量在高處 （如屋頂和高層建筑物） 完成測(cè)量。蜂窩基站(BTS) 天線通常會(huì)配有波束寬度較窄的扇形天線，采用圖1 A 中所示的測(cè)量配置，可得出干擾的近似方向 （扇區(qū)）。

若要實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾源的準(zhǔn)確定位，通常需攜帶HSA 和定向天線駕車或步行在小范圍內(nèi)移動(dòng)，以便找到最大信號(hào)幅度。

5.修正或清除干擾源

一旦找到干擾源位置，最后需要做的便是修正或清除引發(fā)干擾的發(fā)射機(jī)。

結(jié)論

鑒于可能對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成干擾和阻礙的干擾源非常多，Agilent N9344C、N9343C、N9342C 和N9340B HSA 等工具在定位干擾源方面可以發(fā)揮非常重要的作用。這些工具能夠快速確認(rèn)無(wú)線干擾是否存在以及干擾的類型，結(jié)合使用定位天線還可確定干擾的位置。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，用戶能夠修正或清除干擾源，使系統(tǒng)恢復(fù)到最佳的性能水平。