在现场执行精密干扰测量的技巧使用 FieldFox 手持式分析仪

在现场执行精密干扰测量的技巧使用 FieldFox 手持式分析仪

本应用指南讨论了运营商在现有的和新的无线环境中将会遇到的各类干扰。文中介绍了使用现代高性能频谱分析仪 ( 例如 Keysight FieldFox 分析仪 ) 进行干扰测试的高效测量技术和仪器要求。Keysight FieldFox 分析仪具有出色的通用性和耐用性，可在条件恶劣的现场以及难以到达的地方快速进行精确测量。文中还讨论了各种干扰的分类，包括带内、同信道、带外和相邻信道干扰。随时随地进行精确测量。

简介

微波系统运营商经常会遇到蜂窝系统和数据链路产生的干扰。由于无线频谱资源的匮乏，无线通信系统往往需要在有限数量的无线干扰下进行工作。许多现有的无线系统通过监管机构的许可控制和运营部分频谱。许可运营给服务提供商授权，允许他们确定所提供服务采用哪种技术，还可以防止其他无线业务和服务提供商所产生的有害干扰。获得许可的无线系统将会在广泛的射频和微波载频范围内工作。获得许可的系统包括 LTE 蜂窝系统 ( 通常在 2 GHz 以下的载频内工作 )、直接广播卫星 ( 下行链路 : 12 GHz; 上行链路 : 17 GHz) 以及点对点回程系统 ( 在 23 GHz 频段内工作 )。当试图在许可频谱的有限频段内挤入大量用户时，系统内通常会产生同信道和临近信道干扰。

另一方面，非许可的运营一般被视为开放接入资源之一，当频谱需求增加时，系统干扰也会增加，从而影响到全体用户的服务质量。非许可系统的实例包括流行的 Wi-Fi、蓝牙® 以及使用 2.4 GHz 频段的 ZigBee 系统。许多频段同时分配给许可和非许可运营。例如在美国，许多雷达平台都使用 3.1 至 3.3GHz 频段，包括 AWACS 等空运系统、合成孔径雷达 (SAR) 和 Aegis 等船载系统。在200 MHz 频段内，非许可运营可使用 3.26 至 3.267 GHz 频段部分。此外，随着公共部门、商用和非商用应用中对频谱的需求不断增长，当新的无线系统问世时，无线干扰问题预计会进一步扩大。例如，新一代蜂窝通信系统将会在覆盖网络中部署“毫微微蜂窝基站”，有可能对宏蜂窝下行链路产生干扰[1]。

另一个实例是使用动态频谱接入 (DSA) 的系统，这些作为第二用户工作的伺机型无线系统将临时使用空闲频谱，直到主运营商开始发射信号。第二 DSA 用户相当于对主用户的干扰，直到第二用户重新分配到另一段可用频谱。这些 DSA 技术有时称为认知无线电 (CR)[2]和空白频段[3]。

频谱使用率的增加需要更先进的测量工具为了提高频谱利用率，某些国家和地区尝试根据消费者的需求重新分配频谱。美国政府最近决定[4]，频谱将重新分配，开放高达 500 MHz 的新频谱用于移动和固定宽带应用。在长达数年的过渡期内，可能需要对现有系统进行频率重定位 (1755 至1850 MHz 频段[5])，导致现有系统和新系统之间发生干扰，这种干扰直到重定位结束后才会消失。虽然所有这些现有系统和新系统都在尽量提高频谱利用率，但对更先进测量工具的需求仍不断增长，用于对不同无线系统之间的干扰程度进行测试、监测和管理。这些测量通常要求在系统接收机附近，使用坚固耐用、轻便易携、性能与传统台式仪器不相上下的测试仪器进行外场测试。

本应用指南讨论了运营商将在现有系统和新系统中遇到的各种干扰，并介绍了使用现代高性能频谱分析仪 — 例如 Keysight FieldFox N993xA 微波频谱分析仪和N991xA 微波综合分析仪 ( 电缆和天线分析仪、频谱分析仪，以及矢量网络分析仪 )— 测量各种干扰的高效方法。

干扰和频谱接入

在任何无线系统的无线信道中都存在干扰，它可能会降低指定信号的接收率。当无线系统接收到的干扰信号功率电平大于指定信号时，其服务质量将会降低，甚至导致服务中断。当多个无线系统使用相同的无线频谱时，有可能产生“干扰事件”。IEEE [6] 对干扰事件的定义是：“干扰超过定量阈值电平的情况”，阈值电平可根据幅度、频率、时间和/或系统性能来进行设置。当调查动态无线环境中的电磁干扰的类型和起源时，高性能频谱分析仪 ( 例如 FieldFox) 是必不可少的工具，它们可根据时间、频率和位置来测量干扰信号的功率电平。

鉴于干扰测试通常需要在无线系统周围环境中进行测量和收集数据，轻便易携、使用电池供电的频谱分析仪能够在这些条件恶劣的环境中非常方便地进行现场测试。图 1a 中，技术人员正使用手持式频谱分析仪在嘈杂的CATV 放大器附近进行现场测试。在此例中，频谱分析仪通过短同轴电缆连接到定向天线。分析仪显示的测量结果可以针对电缆损耗和天线增益进行调整。定向天线通过指向周围环境，可以测量信号幅度的变化。频谱分析仪可根据这种变化，识别干扰发射机的位置。图 1b 中，FieldFox 连接到蜂窝基站的馈线上，以确保其回波损耗在技术指标范围内，因为电缆和天线的性能如果不高，有可能导致网络干扰。

无线系统中的干扰可能来自于各种有意、无意和偶然的辐射体。有意辐射体的定义是 : 包含有源发射机的设备，能够产生特定射频/微波载频和特定输出功率电平的电磁信号。有意辐射体包括手机、雷达和 WLAN 设备。无意辐射体可能使用射频/微波信号，例如无线接收机，虽然不是有意充当发射机，但是会在无意间辐射信号。偶然辐射体不使用射频/微波信号，但是在工作中可能会辐射或调制射频/ 微波信号，例如电动机[7]和荧光灯[8]。虽然这种技术和测量应用程序可用于任何类型的辐射体，但本应用指南将主要介绍对在频谱中共存的、可能对目标无线系统的运行产生干扰的许可和非许可有意辐射体的测量。

许可无线系统可通过在时域、频域和/或空间域中隔离多个用户，最大限度减少干扰。非许可系统知道将会存在干扰，并通过尽可能利用时域、频域和/或空间域尝试与所有用户友好地分享频谱。在非许可频段中，通常不允许多个无线设备之间的协调，无线设备在以“先听后说”协议发送信号之前往往必须测量信道能量，例如 IEEE 802.11 系统。图 2 显示了使用 FieldFox 和外部连接全向天线进行“空中”测量的实例。图中显示了 UHF 频段内的被测频谱支持许可和非许可信号。

较低的频段覆盖了美国蜂窝系统的下行链路部分。较高的频段显示了非许可频谱，其中包含 FCC 第 15 部分规定的无线通信设备以及在工业、科学和医疗(ISM) 应用中的非电信设备的发射。为进行此次测量，FieldFox 配备了内部前置放大器，以提高测量灵敏度 ;0 dB 内部输入衰减器，以进一步改善分析仪的本底噪声。使用游标和相关的游标表来显示每个分配频段的起始和终止频率。使用 FieldFox 捕获图中显示的测量结果并作为图像文件进行保存。. 测量扫描结果也可保存到分析仪的内部存储器、微型 SD 或 USB驱动器中。记录测量结果，对于捕获间歇性信号而后执行进一步分析 ( 包括信道功率、占用带宽、邻道功率和其他干扰分析 ) 非常重要。

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