如何用实时频谱分析仪应对干扰挑战

在无线通信高度发达的今天，干扰绝对是不受欢迎的东西，它可能会导致噪声、手机通话中断、通信受到干扰。在蜂窝网络中，干扰实际上是网络的一部分。虽然当前越来越多的网络内置了干扰检测功能，但这些工具通常效果不大，因为它们只针对几种信号，可能只能在一条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，用以测量和识别干扰源。市场上有许多不同类型的频谱分析仪，但许多人首选电池供电的小型频谱分析仪，因为他们需要能够自由移动，并把来自多个位置的数据关联起来。

搜寻干扰频率

在搜寻干扰时，第一个挑战是确定是否可以测量干扰信号。一般来说，受扰接收机很容易确定，这也是第一个要查看的地方。挑战在于，无线接收机要能检测到非常小的信号。因此，频谱分析仪必须设置成接近模拟受扰接收机的灵敏度，才能“看到”接收机“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的射频污染都会影响接收机的操作。

频谱分析仪有两种控制功能可以调节灵敏度：基准电平(RefLvl)和解析带宽(RBW)。挑战在于，在“空中”(OTA)进行测量时，基准电平必需保持得相当高(-30dBm)，这样在测量所有RF能量时，频谱分析仪才不会过载。

在大多数频谱分析仪中，RBW控制功能会根据用户配置的频宽自动设置。在OTA测量中，应降低RBW值，以查看可能影响受扰接收机的小信号。这种组合导致大多数电池供电的频谱分析仪的扫描速率非常低，也就是说，其不可能看到导致干扰的小的间歇性瞬态信号。

实时频谱分析仪解决了这个问题，它能够使用RBW较窄的滤波器测量频谱，速度要快于基本扫频分析仪。图1显示了LTE信号在空中传送(OTA)时的结果。在这种情况下，频宽被设置成40 MHz，默认RBW为300 kHz。注意很难确定画面中心的辐射。如果有一个窄带(< 300 kHz)干扰源，那么这种设置几乎不可能看得到干扰。

图1：LTE信号OTA结果实例。

图2是使用1kHz RBW滤波器的相同设置。在这种情况下，很明显LTE通道和有效扫描时间仅提高到40 ms。这是使用实时频谱分析仪(RTSA)测量无线通道干扰的首要好处之一。这类仪器原本十分昂贵，而且必须固定在桌面上使用，但现在市场上已经有一款电池供电、基于USB的经济型实时频谱分析仪，使RTS成为搜寻干扰的实用选择。

图2：采用1kHz RBW滤波器的实时频谱分析仪提高了查看LTE信号的能力。

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跟踪模式，来分析关心的RF信号的特点，常见的有峰值保持模式、平均模式和最小值保持模式。即使采用这些跟踪模式，工程师仍很难确定信号的发生频次，或确定信号是否与相同频宽中其他信号有什么关联。

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。记住，在实时频谱分析仪中，对最大实时频宽以下的任何频宽，仪器都不会进行扫描，这意味着它能够每秒测量数万次频谱。但频谱不能显示得那么快。为解决这个问题，我们开发了配有余辉显示器的频谱分析仪，如图3所示。

图3：实时频谱分析仪显示器显示的信息量要远远超过传统显示器。

余辉显示器(或数字荧光显示器)会逐点追踪能量被测量的频率。像素颜色表示信号存在的频次。在温度定标中，红色表示信号经常出现，蓝色则表示信号不经常出现。快速频谱测量与余辉相结合，可以更简便地识别偶发事件。

在使用实时显示时，应注意选择RBW滤波器。与普通频谱显示一样，RBW滤波器的选择大大影响着频谱测量的速度。RTSA的主要指标之一是侦听概率(POI)。这个指标决定着仪器保证能检测到的最短信号时长。选择窄RBW会改变测量的POI，这是要知道的一个重要因素。

显示全部信号信息

与基本频谱显示器相比，尽管余辉显示器可以获得多得多的信息，但它并不能显示全部信号信息。在现代无线通信中，许多协议采用了某种形式的空闲通道评估。从本质上看，这些无线电能够确定通道忙碌程度，只在没有其他信号使用这个频率时才传送信号。即使快速余辉显示器也不能显示两个信号之间的关系。为确定信号的时序，我们必需使用三维频谱图功能，如图4所示，绘制频谱数据随时间变化情况，确定信号活动的频次。

图4：三维频谱图可以记录长期频谱及播放问题周期。

三维频谱图是一种瀑布式显示画面，绘制频谱相对于时间的活动情况。在普通频谱显示画面中，开始频率在左，结束频率在右。时间是Y轴，颜色表示信号幅度：红色表示最高幅度，黑色表示最低幅度。三维频谱图由余辉显示器中峰值检测到的数据组成，累积的频谱数据量由用户确定。通过这些控制功能，用户可以记录长期数据(几个小时)，然后导出和共享结果。这特别适合存在很难处理的干扰问题，且需要长时间监测频谱的情况。在处理互调制问题时，三维频谱图可以帮助确定基本组合元素。

请记住，在RTSA中，可以立即测量整个频宽的频谱信息。也就是说，我们可以使用这些数据，目测实现载波相关，确认源载波和互调制产物之间的时序关系。

轻松搜寻干扰！

干扰永远是无线通信领域中的不速之客。为解决这个棘手的问题，最好的方案是使用实时频谱分析仪成为好的猎手，不管干扰信号多么难以捉摸，实时频谱分析仪的显示器都足以胜任工作，为您找到和显示干扰信号。

作者：Dean Miles，泰克科技