使用实时频谱分析仪有效地解决无线系统中的干扰问题

在当今日益拥挤的无线频谱中，干扰变得越来越普遍和严重。鉴于许多无线信号的复杂性和动态性，需要同样动态的测量工具来有效地对部署的系统进行故障排除和维护。

一种这样的工具是实时频谱分析仪 (RTSA) 功能，它提供高速、无间隙测量和各种信息显示模式。将这些功能添加到手持式频谱分析仪或组合分析仪后，现场人员可以使用一台仪器来检测、定位和解决同频干扰和上行干扰等问题。数字信号处理 (DSP) 和模数转换器 (ADC) 的不断进步使 RTSA 触手可及。

查看常见的干扰问题

任何类型的干扰都会对服务质量和体验质量等性能指标产生深远影响。幸运的是，故障排除人员可以专注于通常会导致无线系统出现问题的几种干扰类型。相对于信号交互，干扰可能是同信道（CCI）、邻信道（ACI）或互调失真（IMD）。从网络操作的角度来看，基站和移动单元之间的下行链路或上行链路可能存在干扰。  

在无线系统中，干扰通常是由位置很近的小区站点和始终在传输的基站引起的。噪声会影响与移动用户的下行链路连接，导致基站天线处的上行链路噪声增加，并最终降低蜂窝基站容量。受损信号干扰比显示在由移动设备生成并发送到基站的信道质量指标 (CQI) 报告中。低 CQI 会导致更多的数据重传和网络速度的下降。  

在商用数字无线网络中，外部干扰通常是运营商之间存在的窄频率保护带的结果。此外，任何频谱的非法使用都会加剧这些问题。  

评估传统的干扰分析

如果网络中存在干扰，典型的性能监控工具可能会报告各种问题：连接失败、高信噪比 (SNR) 以及流量低时上行链路噪声层上升。  

下一步是检测和定位问题的根源。传统方法是使用连接到频谱分析仪的定向天线，当罪魁祸首发送相对恒定的信号时，这种方法效果很好。  

检测非恒定信号需要使用大多数扫频调谐和基于 FFT 的频谱分析仪的“最大保持”显示功能。然而，由于这些分析仪在扫描复位或 FFT 处理期间通常具有较长的死区时间，因此最大保持可能会非常耗时，因为它会逐渐累积“突发”或类似随机信号的细节。它也可能错过非常短暂的信号。  

利用无间隙测量

RTSA 是一种 FFT 分析仪，在连续处理输入数据的模式下运行，这解决了分析仪死区时间和类随机信号的问题。分析仪设置为感兴趣的起始频率或中心频率，频率跨度小于或等于其最大实时分析带宽。凭借其与 DSP 和显示引擎同步的大缓冲存储器，分析仪可以足够快地处理和清空存储器以捕获所有传入数据（图 2）。无间隙测量流可以检测分析仪实时带宽内的动态瞬态和窄脉冲。

RTSA 性能是底层 ADC 和 DSP 硬件的一项功能。在当代分析仪中，最大实时带宽范围从手持式分析仪的 10 MHz 到台式信号分析仪的 1 GHz。在现场故障排除中，10 MHz 通常足以满足当今大多数无线应用的需求。

图 2. 无间隙 RTSA 处理使用加权或“窗口”函数和重叠 FFT 计算来增强动态信号的测量和显示。

两个更重要且相关的特征是“100% 截获概率”（POI）和最小可检测信号。POI 定义了分析仪能够以 100% 的概率和全幅度精度检测到的最短信号持续时间；最小可检测信号更短，是原始 ADC 和 DSP 性能的函数。在手持式分析仪中，POI 的典型值为 12 µs，最小可检测信号的典型值为 22 ns。  

在现场追踪干扰时，另一个关键规范是无杂散动态范围 (SFDR)。分析仪的前端性能越好，RTSA 就越容易从内部杂散信号中辨别出感兴趣的低电平信号。  

缓解干扰问题

CCI 是指与服务载波频率相同或在其信道带宽内的任何干扰信号。在数字无线系统中，干扰信号只有在与基带帧同步时才会产生影响。  

通常，CCI 对下行链路的影响更大，因为系统没有关于此类干扰的直接反馈。例如，如果干扰源将射频能量发射到 LTE 下行链路信道的中间，移动单元会检测到较差的 SNR，并作为响应，在上行链路上传输更多功率。  

CCI 的检测和故障排除可能很困难，因为干扰源通常隐藏在载波信号之下。当使用传统的频谱分析仪时，检测此类信号的唯一可靠方法是关闭载波发射机——这太具有破坏性，在现场不实用。

对于 RTSA，密度显示是一种频谱测量，它为频率和功率增加了第三个维度——出现频率。显示屏采用颜色编码以显示发生率，范围从红色（经常）到蓝色（较少）。由于干扰源在信号电平分布方面与载波不同，因此密度显示更容易检测同一信道中的多个信号（图 3）。

图 3. 与传统的频谱分析仪（左）相比，RTSA 和密度显示（右）显示在 W-CDMA 信号的中心存在双向 FM 信号。

在 LTE 等宽带系统中，上行链路中的噪声限制了网络容量和性能。由于系统内的蜂窝基站和移动设备以相同的频率运行，因此控制系统内部和外部的所有噪声至关重要。  

使用 RTSA，执行无间隙捕获然后应用密度显示的能力使用户能够找到特定信号的时间特征并查看信号中功率的统计分布。这使得分离各种信号类型变得更加容易，即使在同一个网络中也是如此。  

检查硬件问题

超过一半的干扰问题是由网络中的射频子系统或组件故障引起的，最常见的罪魁祸首是天线和电缆。  

在天线中，关键性能参数是回波损耗或电压驻波比 (VSWR)。如果发射天线的回波损耗降低，则将更少的能量传输到覆盖区域。移动单元通过增加发射功率来响应，这会导致基站接收器处的噪声增加。现场工作人员可能会将此误解为外部干扰，从而使他们大打出手。每当怀疑有外部干扰时，第一步是使用适当配备的手持式分析仪测试（即扫描）天线。  

电缆会受到各种环境力的影响，随着时间的推移，连接器可能会腐蚀并且电缆可能会弯曲。这些类型的劣化通常会导致电缆损耗增加，从而降低小区边缘附近的接收功率水平并导致 SNR 下降。执行与链路预算相关的常规电缆损耗测量是避免网络内干扰问题的主动方式。

干扰是许多潜在问题的征兆。配备 RTSA 的手持式分析仪可以帮助工程师和技术人员快速检测干扰问题，找出原因，并在实施修复后验证系统性能。