羅德與施瓦茨手持頻譜分析儀移動通信中的干擾信號分析與查找

在移動通信系統中，干擾信號是影響通信質量的重要因素之一。隨著移動通信技術的不斷發展，頻譜資源日益緊張，通信環境愈發復雜，干擾問題也變得更加突出。深入研究移動通信中的干擾信號，分析其產生的原因、特性以及對通信系統的影響，對于提高移動通信系統的性能、保障通信的可靠性和穩定性具有重要的意義。

干擾的類型
在無線移動快速發展的今天，空中的信號越來越復雜，信號樣式也越來越多，同一個信號，對于A是有用信號，對于B可能就是干擾信號。即使對同一種移動通信制式，信號對其干擾的程度也不盡相同。但是，總的來說，干擾大體可以分為兩類，內部干擾和外部干擾。

內部干擾

對于同一種網絡制式，干擾不只是外部的干擾，內部自身也會產生干擾。

重復覆蓋

在無線通信中，網絡覆蓋的好壞直接決定了信號質量的大小，所以在網絡質量評估中，經常有好點，中點，差點的說法，也就是強覆蓋，正常覆蓋和弱覆蓋。在正常理解中，強覆蓋用戶終端體驗最好，因為信號能量大，所以無論是語音通話還是網絡數據傳輸，都會有一個比較好的性能。但是，這也不是絕對的，評估信號好壞不能只單單從信號大小來評估，我們還要看信號質量，也就是有一定的信噪比，否則，即使信號大小很強，在解調的時候，因為干擾很大，也很難完全正確的解調，誤碼率大大提高。這就會引發一個問題，為什么信號大反而信噪比低呢。原因很簡單，信號強度大，干擾也大，這也就是我們常說的重疊覆蓋。這通常發生在同一個地點，周邊布置了很多同頻的無線發射裝置，當類似的這種設備多達一定程度時候，會造成重復覆蓋，也就是在同一個地點兩個同頻的發射設備。

時隙干擾

前面介紹的是頻域上相互交叉造成的干擾，除了頻域，時域上也有可能產生干擾。TDD模式的通信方式具有頻帶占用窄，頻譜利用率高等特點；在現有的無線網絡中，TDD網絡也分布密集；特別是在LTE網絡制式上，運營商充分利用頻率資源，布局了眾多TDD-LTE網絡。TDD-LTE網絡有自身的優點，但是也有其局限性，時隙精度要求比較高；在TDD-LTE建網初期，經常有LTE網絡和GPS不同步的問題，理論上，為了避免時隙間的干擾，TDD-LTE網絡和GPS應該是同步的，不同基站的信號基于GPS共同的時隙來同步。但是，當基站內部時序出現問題，譬如時鐘老化。基站發射信號的時間基準就會發生變化，這樣對周邊的基站和用戶影響是巨大的，如果損壞基站的下行信號落在常規基站的上行時隙，可能會對周邊基站造成強干擾，嚴重的可能會引起大面積區域通信故障。

圖1，5G系統TDD干擾示例

外部干擾

上面簡述了兩種典型的內部干擾，當然，內部干擾還有很多的形式和種類，一般來說，內部干擾容易發現和查找。干擾查找和排除最困難的屬于外部干擾。外部干擾的類型更有多種多樣，但是一般來說，其共性特點是外部信號足夠強，落在了正常通信頻段內，特別是移動通信中基站受干擾的情況居多，總體來說，外部干擾可以大致分為幾類：

同頻干擾

同頻干擾是指相同頻率的信號在接收機中產生的干擾。當其他無線發射設備在與基站相同的頻率上進行發射時，其信號會與基站接收的有用信號相互疊加，導致基站接收機難以正確解調有用信號。這種干擾通常發生在上行，也就是用戶終端發射的信號被外部信號所干擾，導致終端信號到達基站時信噪比比較低，基站不能正確解調終端發射過來的信號，特別是當終端距離基站比較遠時，本身信噪比不高，再疊加外部干擾，導致基站解調受阻或者完全失敗。從用戶角度來說就會造成通信質量低或者通信徹底失敗的現象。

鄰頻干擾

鄰頻干擾是指相鄰頻率的信號對基站接收信號產生的干擾。由于實際的無線信號頻譜并非理想的矩形，而是具有一定的帶寬和旁瓣，當相鄰頻道的信號功率較強時，其旁瓣可能會落入基站接收機的通帶內，對有用信號造成干擾。

在一些無線通信系統中，相鄰頻道之間的間隔較小，如果發射機的濾波特性不好，就容易導致鄰頻干擾。例如，某個基站的相鄰頻道被其他設備占用，且該設備的發射信號功率較大，就可能對基站產生鄰頻干擾。所以基站本身在設計的時候，就會考慮到鄰頻干擾，防止基站發射大功率信號時候造成鄰道泄露。

互調干擾

當兩個或多個不同頻率的信號同時進入非線性器件（如功率放大器、混頻器等）時，會產生一系列新的頻率分量，其中一些頻率分量可能恰好落在基站的接收頻段內，從而對基站信號造成干擾，這就是互調干擾。

在城市中，可能存在多個不同頻率的無線發射設備，如對講機、廣播電臺等。當這些設備的信號在空間中傳播并同時進入某個基站的接收系統時，如果基站的前端設備存在非線性特性，就可能產生互調干擾。

雜散干擾

主要是指無線發射設備在其工作頻段以外發射的無用信號對基站產生的干擾。這些雜散信號可能是由于發射機的不完善，如濾波器性能不佳、振蕩器不穩定等原因產生的。

一些老舊的無線發射設備，由于其內部的電路元件老化或設計缺陷，可能會產生較強的雜散信號。如果這些設備與基站距離較近，其雜散信號就可能對基站的接收造成干擾。所以很多電子設備在市場運營時候都會有對應的雜散測試，當通過一定的雜散模板后，才能在市場上流通。

阻塞干擾

當外界存在一個或多個強干擾信號時，這些強信號會使基站接收機的前端電路進入飽和狀態，導致接收機的增益下降，噪聲系數增大，從而使接收機對有用信號的接收能力下降甚至無法接收，這種干擾稱為阻塞干擾。

在一些工業場所，可能存在大功率的無線電發射設備或高頻干擾源。當基站靠近這些場所時，大功率的干擾信號可能會使基站接收機產生阻塞干擾。同樣，對一些高靈敏度的衛星接收機，由于其靈敏度高，接收大信號能力差，所以，如果有信號落在衛星接收機天線上，就會噪聲接收機阻塞飽和。
干擾檢測
內部干擾檢測
重復覆蓋

一般情況下，對于重復覆蓋產生的干擾，常規的頻譜檢測很難檢測出干擾程度或者干擾功率大小，因為產生重復覆蓋的原因一般是同一種制式的移動網絡，頻率相同，很多公共信道的參數配置也相差不大，所以，從頻譜角度，幾乎分辨不出是A發射點發射的還是B發射點發射的信號。一般情況下，這個時候，就需要用到掃頻儀來檢測這種干擾。掃頻儀不但能對射頻信號頻譜分析，還能解調無線射頻信號，能從解調信息中看到在重復覆蓋區域不同發射站點各自貢獻的功率是多少，還可以測試到這個重復覆蓋的區域對于每個站點的信噪比是多少，一般情況下，之所以造成重復覆蓋，兩個站點的功率相差不是特別的大，才會造成相互干擾，這樣，雖然信號強度都很大，但是信噪比會很低，所以，對于終端來說，解調發射過來的信號就會十分困難。

圖2，TSME6重疊覆蓋干擾查找

時隙干擾

時隙干擾檢測一般比較困難，一種方式是解調基站信號，測量每個小區相對于某一個小區或者一個固定基準時鐘的延遲，這樣得出的延遲量絕對值沒有實際意義，一般情況下要看相對值，這種方式在測試點沒有GPS信號或者GPS信號比較弱時比較實用，譬如在室內場館，高架下方，隧道等地方，抑或是陰雨天氣時候。但是，一般GPS和信號無線幀延遲是可以在基站維護平臺設置的，所以運營方經常不只要相對實延，也需要絕對時延，用來和后臺設置做比較，這個時候就需要設備測量出無線幀和GPS的絕對延遲。對于這種測試，R&S掃頻儀專門推出了一個測量GPS和無線信號幀頭位置的功能，該功能不僅可以測試相對時延，還可以測試絕對時延，每個小區都對應一個獨立的時延，這在時隙干擾檢測方面起到一步到位的作用。不僅如此，用戶還可以路測，把關心的區域路測完成，后續通過數據分析來精確定位干擾點。

圖3，TSME6時隙干擾查找

圖4，TSME6時隙干擾查找結果

外部干擾檢測

外部干擾檢測主要是依靠手持頻譜儀和掃頻儀來檢測。另外，如果是對TDD系統造成的干擾，就需要有具有時域功能的設備來檢測。

頻譜檢測

頻譜檢測一般用手持頻譜儀，根據可能的干擾源類型，設置頻譜儀的測量頻段。例如，對于常見的無線通信干擾，可先設置在手機頻段（如 GSM 900MHz、DCS 1800MHz 等）、Wi-Fi 頻段（2.4GHz 或 5GHz）等。如果不確定干擾源的頻段范圍，可以先進行全頻段掃描。RBW 決定了頻譜儀對信號頻率的分辨能力。一般來說，RBW 越小，頻率分辨率越高，但測量時間可能會延長。對于查找窄帶干擾信號，可選擇較小的 RBW，如 100kHz 或更小；對于寬帶干擾信號，可以適當增大 RBW，以提高測量速度。參考電平是頻譜儀顯示的幅度基準。設置合適的參考電平，使頻譜儀能夠清晰地顯示出干擾信號的幅度。通常，參考電平應設置在略高于背景噪聲電平的位置，以避免信號過載或顯示不清晰。掃描時間決定了頻譜儀完成一次頻段掃描所需的時間。根據頻段范圍和測量精度要求，合理設置掃描時間。如果需要快速定位干擾信號，可以先設置較短的掃描時間進行初步搜索，然后再根據需要延長掃描時間以獲取更詳細的頻譜信息。R&S的手持頻譜儀FPH具有重量輕，靈敏度高，掃描速度快等特點，在干擾查找中深受工程師的青睞。

圖5，FPH干擾檢測

上行干擾檢測

使用頻譜分析儀在基站覆蓋區域內進行頻譜掃描，查找是否存在非授權的信號占用了 TDD 系統的上行頻段。例如，一些非法的無線電臺、對講機等設備可能會在附近頻段發射信號，造成干擾。通過頻譜分析儀可以直觀地觀察到頻段內的信號分布情況，發現異常信號。但是，這種頻譜檢測不只是單純的掃頻測試，測試設備需要具有分辨上行信號的能力，因為在TDD系統中，上行下行頻率是相同的，如果測試設備不能分辨上下行，測試到的信號就不能區分是下行信號還是干擾信號。R&S的手持干擾分析儀PR200具有優秀的上行干擾查找能力，該設備專門設計有TDD的功能，用來鎖定上行時隙，從而準確定位干擾源。

圖6，PR200上行干擾查找顯示

干擾定位
在移動通信中，干擾定位是解決網絡干擾問題的關鍵環節。通常情況下，發現干擾并不是一件很復雜的事情，棘手的是判斷干擾類型，定位干擾源，因為只有找到干擾源，才能從根本上解決干擾的問題，從而優化網絡質量。

如果發現了干擾源，可以使用定向天線和測向設備來進一步確定干擾源的具體位置。通過測量不同方向上的干擾信號強度，逐步縮小干擾源的范圍，最終找到準確位置。這種方式也是最常用的一種方式，但是這種方式在不同環境，不同干擾類型，不同干擾距離情況下效果也是有很大區別的。另外，和檢測設備的速度也有很大關系。譬如，如果接收機距離干擾源比較遠，由于輻射源在很遠的距離空口不同方向上信號大小差別不大，此時很難分辨方位。在一些高樓或者環境復雜的地方，干擾信號反射，折射嚴重，此時干擾查找也十分困難，經常收到的信號不是干擾信號，而是干擾信號的反射，此時干擾定位嚴重受到影響。 基于此，R&S推出了一整套的干擾查找方案，包括測試設備，天線，測試軟件等。對于傳統的干擾查找，R&S推出的專門干擾查找設備PR200具有速度快，多種掃描方式，多種顯示配合等特點。另外，還基于PR200推出了自動干擾定位方案，天線振子自動掃描，軟件通過大量的掃描數據來綜合分析干擾的位置，避免了人為造成的影響。