利用即时频谱分析仪克服干扰挑战

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在无线通讯高度发达的今天,讯号干扰可能导致杂讯或手机通话中断。透过以电池供电的小型频谱分析仪,不仅能测量和辨识干扰源,还能将来自多个位置的资料关联起来...

在无线通讯高度发达的今天,干扰**是不受欢迎的,它可能会导致杂讯、手机通话中断以及干扰通讯。在蜂巢式网路中,干扰实际上是网路的一部份。虽然当前越来越多的网路中都内建了干扰检测功能,但这些工具通常缺少整体效果,因为它们只针对几种讯号,可能只能在单一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,用于测量和辨识干扰源。市场上有许多不同类型的频谱分析仪,但许多工程师**以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将来自多个位置的资料关联起来的可携式工具。

寻找干扰频率

在搜寻干扰时,**项挑战在于确定是否可以测量干扰讯号。一般来说,很容易先确定受干扰的接收机,这也是**个要查看的地方。其挑战在于无线接收机要能够检测到非常小的讯号。因此,频谱分析仪必须设置成接近模拟受干扰接收机的灵敏度,才能“看到”接收机“所看到”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(RF)污染都会影响接收机的作业。

频谱分析仪有两种控制功能可以调节灵敏度:参考位准(RefLvl)和解析频宽(RBW)。挑战在于,当透过“空中下载”(OTA)进行测量时,参考位准必需保持得相当高(-30dBm),这样在测量所有RF能量时,频谱分析仪才不会超载。

在大多数的频谱分析仪中,RBW控制功能会根据使用者配置的频宽自动设定。而在OTA测量时,应降低RBW值以查看可能影响受干扰接收机的较小讯号。这种组合导致大多数以电池供电的频谱分析仪扫描速率非常低,也就是说,几乎不可能看到导致干扰的较小间歇性瞬态讯号。

即时频谱分析仪解决了这个问题,因为它能使用较窄的RBW滤波器测量频谱,速度较基本的扫频分析仪更快。图1显示LTE讯号经OTA测试的结果。在这种情况下,频宽被设置成40MHz,RBW初始设定为300kHz。值得注意的是画面中心的辐射并不容易确认。如果出现一个窄频(<300 kHz)干扰源,在这种设置下几乎不可能看得到。

图1:LTE讯号经OTA测试结果实例

图2显示使用1kHz RBW滤波器的相同设置。在这种情况下,很明显地,LTE通道和有效扫描时间仅提高到40ms。这是使用即时频谱分析仪(RTSA)测量无线通道干扰的首要优点之一。这类仪器原本十分昂贵,而且必须固定在工作台上使用,而今市场上已经出现一款以电池供电、基于USB的经济型即时频谱分析仪,使得RTSA成为寻找干扰源的实用选择。

图2:采用1kHz RBW滤波器的即时频谱分析仪提高查看LTE讯号的能力

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追踪模式,协助其分析感兴趣的RF讯号特性,常见的有峰值保持模式、平均模式和*小值保持模式。即使采用这些追踪模式,工程师仍很难确定讯号的发生频率,或确定讯号是否与相同频宽中其他讯号间的关联。

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。请记住在即时频谱分析仪中,对*大即时频宽以下的任何频宽,仪器都不会进行扫描,这意味着它每秒能够测量数万次频谱。但频谱无法显示得那么快。为了解决这个问题,具有持续显示功能的频谱分析仪应运而生,如图3所示。

图3:即时频谱分析仪显示器所显示的资讯量远远超过传统显示器

持续显示器(或数位萤光显示器)可逐点追踪能量被测量的频率。画素的颜色表示讯号出现的频率。随着温度变化,红色表示讯号经常出现,蓝色则表示讯号较不常出现。快速频谱测量与持续显示的结合,有助于更简便地辨识偶发事件。

在使用即时显示作业时,应注意选择RBW滤波器。如同一般的频谱显示一样,RBW滤波器的选择大幅影响着频谱测量的速度。RTSA的重要指标之一是侦测机率(POI)。这个指标决定着仪器确保能检测到的*短持续讯号。选择较窄的RBW将改变测量的POI,这是必须掌握的重要因素之一。

显示全部讯号资讯

相较于基本的频谱显示器,尽管余辉显示器可以获得更多的资讯,但也无法显示全部的讯号资讯。在现代的无线通讯中,许多协议采用了某种形式的空闲通道评估。基本上,这些无线电能够确定通道忙碌程度,只在没有其他讯号使用该频率时才传送讯号。即使快速余辉显示器也无法显示两个讯号之间的关系。为了确定讯号的时序,必须使用频谱图功能(如图4),绘制频谱资料随时间变化的情况,以确定讯号活动的频率。

图4:频谱图可以记录长期频谱以及播放问题周期

频谱图是一种瀑布式的显示画面,绘制频谱相对于时间的活动情况。在普通的频谱显示画面中,开始频率在左侧,而截止频率则位于右侧。时间是Y轴,颜色表示讯号振幅:红色表示*高振幅,而黑色表示*低振幅。该频谱图是由余辉显示器检测到的峰值资料组成,而所累积的频谱资料量则由使用者加以定义。

透过这些控制功能,使用者可以记录长期的资料(几个小时),然后汇出并共用结果。这特别适用于很难处理的干扰问题,以及必须长时间监测频谱的情况。在处理交互调变的问题时,该频谱图还有助于确定该组合的基本元素。

请记住,利用RTSA,可以立即测量整个频宽的频谱资讯。也就是说,我们可以使用这些资料,执行视觉载波相关性,以确认来源载波和交互调变乘积之间的时序关系。

轻松搜寻干扰!

干扰永远是无线通讯领域中的不速之客。为了解决这个棘手的问题,*好的方案是使用即时频谱分析仪进行查找,无论干扰讯号多么难以捉摸,即时频谱分析仪的显示器都足以胜任工作,有助于顺利找到并显示干扰讯号。

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