利用N934xC/B手持式頻譜分析儀驗證和定位干擾的步驟

無線通信系統(tǒng)時常會共享或重復(fù)使用頻譜。隨之而來的結(jié)果就是，無線系統(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)生故障的無線系統(tǒng)所引發(fā)的干擾。

無線通信系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)的干擾通常來自以下來源: 信號之間的侵?jǐn)_，運行中的系統(tǒng)組件 （例如發(fā)生故障的發(fā)射機(jī)等），或自身對靈敏設(shè)備產(chǎn)生干擾的通信系統(tǒng)。

由于所有無線通信系統(tǒng)均容易受到干擾的影響，因此對無線系統(tǒng)中或周圍頻譜進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的測量便成為恢復(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無線干擾進(jìn)行測量和定位的步驟及技巧。

1.報告發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能下降

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

可引發(fā)干擾的無意輻射體包括電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備，如開關(guān)式電源、時鐘信號和控制信號、點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)境中的無線信號。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)無線干擾其實是由其他包含故障發(fā)射機(jī)和中繼器的無線系統(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線系統(tǒng) （包括無線廣播和電視、移動電話、衛(wèi)星、雷達(dá)、移動無線設(shè)備和無繩電話） 所進(jìn)行的無線傳輸。

2.使用頻譜分析儀確認(rèn)無線干擾的存在

一旦系統(tǒng)報告其工作性能未達(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)是否存在無線信號。這通常需要借助N9344C、N9343C、N9342C 或N9340B 等手持式頻譜分析儀(HSA) 來完成。

整個偵測過程，可能會涉及對信號類型的認(rèn)定，包括確認(rèn)傳輸持續(xù)時間、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測量系統(tǒng)接收機(jī)正在捕獲的相同信號和干擾，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無線干擾進(jìn)行測量的頻譜分析儀配置

包括蜂窩基站和雷達(dá)站在內(nèi)的許多無線系統(tǒng)，都會在連接收發(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)置有兩個樣本點，用以監(jiān)測由發(fā)射機(jī)發(fā)出的，或由接收機(jī)接收的信號。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和干擾。

如果無線系統(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。

在偵測過程中，使用全向天線，可對周圍環(huán)境中源自各個方位的信號進(jìn)行測量。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，對帶內(nèi)和同信道干擾進(jìn)行測量。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)的信號水平都極低，不足以造成頻譜分析儀的前端過載。

間歇性信號通常是最難測量的信號。有時，無線系統(tǒng)的性能會受到似乎在當(dāng)天隨機(jī)時間發(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，用戶可對手持式頻譜分析儀進(jìn)行配置，以存儲多次掃描所獲得的最大跡線值。

我們以GSM 850 信號的較低頻信道為例進(jìn)行說明。這是一種僅在少數(shù)時隙內(nèi)發(fā)送的信號，因此測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)過多次掃描后，儀器將會填充空隙。

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

您可以在Agilent HSA 的[TRACE] 菜單下找到{Max Hold} 選項。在最大保持模式下獲得的GSM 850 信號掃描結(jié)果如圖3 所示?，F(xiàn)在從圖3 中可以清楚地看到，兩個信道中的信號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GSM 850 下行傳輸進(jìn)行空中測量

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

Agilent HSA 的另一個實用的顯示選項是頻譜瀑布圖。頻譜瀑布圖是在同一顯示屏幕上查看頻率、時間及幅度的獨特方法。頻譜瀑布圖以時間坐標(biāo)顯示頻譜進(jìn)程，其中顏色表示信號幅度。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 （一個像素高度）。在縱軸上顯示流逝的時間，隨著時間流逝，屏幕上顯示的跡線向上滾動。

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

圖4. 雙重顯示選項可同時顯示頻譜瀑布圖，以及間歇發(fā)送的信號的頻譜

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1500 組時，HSA 將自動創(chuàng)建另一個跡線文件，用來繼續(xù)保存這些數(shù)據(jù)。例如，使用N9344C 進(jìn)行全20 GHz 頻寬掃描，掃描時間將為0.95 秒。在此情況下，用戶可在單個跡線文件中將頻譜圖設(shè)置為以1 秒的間隔更新，存儲超過48 分鐘的數(shù)據(jù)，或以300 秒的間隔更新，存儲長達(dá)5 天的數(shù)據(jù)。利用[MEAS] 菜單下的{SPECTROGRAM} 選項，可激活頻譜瀑布圖顯示。

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

使用HSA 檢測到有干擾存在之后，弄清信號類型 （如WiFi、蜂窩或其他） 將為預(yù)測干擾源位置提供幫助。例如，負(fù)責(zé)維護(hù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線設(shè)備操作員可能會檢測到相鄰頻率信道有“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誤發(fā)射能量。（有關(guān)此主題的更多信息，請參見應(yīng)用指南《干擾的分類與測量》，5990-9075。)

4.使用包含定向天線的頻譜分析儀，確定干擾的位置

偵測過程的最后一步是定位干擾源。此時，我們建議您最好將定向天線與頻譜分析儀相連，因為這些高增益天線能在無線環(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)行移動的同時，觀察頻譜分析儀所顯示的信號幅度，有可能直接找到干擾源的物理位置，即信號幅度測量值最大時所處的方位。但是，周圍環(huán)境中的多徑反射會降低定位的精準(zhǔn)度。鑒于此，應(yīng)盡量在高處 （如屋頂和高層建筑物） 完成測量。蜂窩基站(BTS) 天線通常會配有波束寬度較窄的扇形天線，采用圖1 A 中所示的測量配置，可得出干擾的近似方向 （扇區(qū)）。

若要實現(xiàn)對干擾源的準(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，以便找到最大信號幅度。

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

鑒于可能對無線通信系統(tǒng)的正常運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。