在無線通訊高度發達的今天,干擾絕對是不受歡迎的,它可能會導致雜訊、手機通話中斷以及干擾通訊。在蜂巢式網路中,干擾實際上是網路的一部份。雖然當前越來越多的網路中都內建了干擾檢測功能,但這些工具通常缺少整體效果,因為它們只針對幾種訊號,可能只能在單一通道上測量問題的影響。

頻譜分析儀是工程師非常信賴的工具,用於測量和辨識干擾源。市場上有許多不同類型的頻譜分析儀,但許多工程師首選以電池供電的小型頻譜分析儀,因為他們需要能夠自由移動並將來自多個位置的資料關聯起來的可攜式工具。

尋找干擾頻率

在搜尋干擾時,第一項挑戰在於確定是否可以測量干擾訊號。一般來說,很容易先確定受干擾的接收機,這也是第一個要查看的地方。其挑戰在於無線接收機要能夠檢測到非常小的訊號。因此,頻譜分析儀必須設置成接近模擬受干擾接收機的靈敏度,才能「看到」接收機「所看到」的東西。例如,普通LTE接收機的靈敏度約為-120dBm。也就是說,接收機通道上任何大於-120dBm的射頻(RF)污染都會影響接收機的作業。

頻譜分析儀有兩種控制功能可以調節靈敏度:參考位準(RefLvl)和解析頻寬(RBW)。挑戰在於,當透過「空中下載」(OTA)進行測量時,參考位準必需保持得相當高(-30dBm),這樣在測量所有RF能量時,頻譜分析儀才不會超載。

在大多數的頻譜分析儀中,RBW控制功能會根據使用者配置的頻寬自動設定。而在OTA測量時,應降低RBW值以查看可能影響受干擾接收機的較小訊號。這種組合導致大多數以電池供電的頻譜分析儀掃描速率非常低,也就是說,幾乎不可能看到導致干擾的較小間歇性瞬態訊號。

即時頻譜分析儀解決了這個問題,因為它能使用較窄的RBW濾波器測量頻譜,速度較基本的掃頻分析儀更快。圖1顯示LTE訊號經OTA測試的結果。在這種情況下,頻寬被設置成40MHz,RBW初始設定為300kHz。值得注意的是畫面中心的輻射並不容易確認。如果出現一個窄頻(<300 kHz)干擾源,在這種設置下幾乎不可能看得到。

20161221 Tektronix TA31P1 圖1:LTE訊號經OTA測試結果實例

圖2顯示使用1kHz RBW濾波器的相同設置。在這種情況下,很明顯地,LTE通道和有效掃描時間僅提高到40ms。這是使用即時頻譜分析儀(RTSA)測量無線通道干擾的首要優點之一。這類儀器原本十分昂貴,而且必須固定在工作台上使用,而今市場上已經出現一款以電池供電、基於USB的經濟型即時頻譜分析儀,使得RTSA成為尋找干擾源的實用選擇。

20161221 Tektronix TA31P2 圖2:採用1kHz RBW濾波器的即時頻譜分析儀提高查看LTE訊號的能力

測量干擾的頻率

傳統上,工程師使用頻譜分析儀器提供的各種追蹤模式,協助其分析感興趣的RF訊號特性,常見的有峰值保持模式、平均模式和最小值保持模式。即使採用這些追蹤模式,工程師仍很難確定訊號的發生頻率,或確定訊號是否與相同頻寬中其他訊號間的關聯。

RTSA為這個問題提供了解決方案:具有餘輝效應的快速頻譜顯示器。請記住在即時頻譜分析儀中,對最大即時頻寬以下的任何頻寬,儀器都不會進行掃描,這意味著它每秒能夠測量數萬次頻譜。但頻譜無法顯示得那麼快。為了解決這個問題,具有持續顯示功能的頻譜分析儀應運而生,如圖3所示。

20161221 Tektronix TA31P3 圖3:即時頻譜分析儀顯示器所顯示的資訊量遠遠超過傳統顯示器

持續顯示器(或數位螢光顯示器)可逐點追蹤能量被測量的頻率。畫素的顏色表示訊號出現的頻率。隨著溫度變化,紅色表示訊號經常出現,藍色則表示訊號較不常出現。快速頻譜測量與持續顯示的結合,有助於更簡便地辨識偶發事件。

在使用即時顯示作業時,應注意選擇RBW濾波器。如同一般的頻譜顯示一樣,RBW濾波器的選擇大幅影響著頻譜測量的速度。RTSA的重要指標之一是偵測機率(POI)。這個指標決定著儀器確保能檢測到的最短持續訊號。選擇較窄的RBW將改變測量的POI,這是必須掌握的重要因素之一。

顯示全部訊號資訊

相較於基本的頻譜顯示器,儘管餘輝顯示器可以獲得更多的資訊,但也無法顯示全部的訊號資訊。在現代的無線通訊中,許多協議採用了某種形式的空閒通道評估。基本上,這些無線電能夠確定通道忙碌程度,只在沒有其他訊號使用該頻率時才傳送訊號。即使快速餘輝顯示器也無法顯示兩個訊號之間的關係。為了確定訊號的時序,必須使用頻譜圖功能(如圖4),繪製頻譜資料隨時間變化的情況,以確定訊號活動的頻率。

20161221 Tektronix TA31P4 圖4:頻譜圖可以記錄長期頻譜以及播放問題週期

頻譜圖是一種瀑布式的顯示畫面,繪製頻譜相對於時間的活動情況。在普通的頻譜顯示畫面中,開始頻率在左側,而截止頻率則位於右側。時間是Y軸,顏色表示訊號振幅:紅色表示最高振幅,而黑色表示最低振幅。該頻譜圖是由餘輝顯示器檢測到的峰值資料組成,而所累積的頻譜資料量則由使用者加以定義。

透過這些控制功能,使用者可以記錄長期的資料(幾個小時),然後匯出並共用結果。這特別適用於很難處理的干擾問題,以及必須長時間監測頻譜的情況。在處理交互調變的問題時,該頻譜圖還有助於確定該組合的基本元素。

請記住,利用RTSA,可以立即測量整個頻寬的頻譜資訊。也就是說,我們可以使用這些資料,執行視覺載波相關性,以確認來源載波和交互調變乘積之間的時序關係。

輕鬆搜尋干擾!

干擾永遠是無線通訊領域中的不速之客。為了解決這個棘手的問題,最好的方案是使用即時頻譜分析儀進行查找,無論干擾訊號多麼難以捉摸,即時頻譜分析儀的顯示器都足以勝任工作,有助於順利找到並顯示干擾訊號。