今天我们将介绍如何使用实时频谱分析（RTSA）克服外场射频和微波干扰问题的实用方法。了解商用和航空航天与国防（A/D）行业专用无线通信网络遇到的各种不同类型的干扰。揭示传统干扰分析方法的缺点，详细解释 RTSA 原理以及为什么需要此类分析来诊断猝发和偶发信号给当今网络带来的干扰问题。

随着通信网络中使用的无线技术越来越多，干扰始终是面临的固有挑战。无论是哪种类型的网络，其性能始终受到系统中噪声电平的制约。噪声可以由内部和/或外部产生。

干扰管理的水平决定了服务品质。例如，对 LTE 网络的上行链路噪声加以管理可以显著提升其性能。在企业无线局域网（LAN）中，适当的信道分配和复用可以确保预期的连接速度，而卫星地面站上优化的天线位置/方向图则有助于在各种气象条件下确保可靠的通信。

为了检测要求苛刻的信号并对网络问题进行诊断，外场测试需要能够执行实时信号分析（RTSA）。在本文中，我们将介绍各种网络中会遇到的干扰、RTSA 技术及其关键性能指标，并探索旨在解决雷达、电子战和通信网络中干扰问题的应用。

回顾射频和微波干扰问题

1. 无线干扰的挑战

商用数字无线网络面临的最大难题是如何在可用的频谱内提供尽量高的容量。在这一设计目标的推动下，业界着手实施更严格的频率复用和更广泛的信道部署。由于蜂窝站点相互之间非常接近，并且基站同时发射信号，因此在下行链路（从基站来的方向或基站到移动设备的方向）上产生了极大的噪声。移动天线下行链路上的这种较大噪声会导致移动设备增大输出功率，以克服该噪声的影响。这反过来又会导致基站天线上行链路（从移动设备到基站的方向）的噪声增加。基站天线上的噪声过大会使得蜂窝基站的容量下降。这些情况都被归属为网络内部干扰。

除了内部干扰之外，外部干扰也变得越来越普遍；造成外部干扰的原因主要是网络运营商之间的频率保护带非常小，欠乏网络规划和网络优化，以及非法使用频谱。

1.1 LTE 网络中的干扰问题

LTE 网络是一种噪声受限的网络。它的频率复用比为 1，这意味着每个蜂窝站点使用的信道都完全相同。为了使 LTE 网络能够正常工作，它必须采用复杂而高效的干扰管理方案。

在下行链路上，LTE 基站依靠来自移动设备的 CQI（信道质量指数）报告来估计覆盖区域内的干扰。CQI 测量的是下行链路信道或某些资源块上的信干比，基站也将它作为重要依据来调度带宽并确定向移动设备提供的吞吐量。干扰既包括蜂窝站点内部产生的噪声，又包括外部发射机产生的干扰。如果下行链路上有外部干扰，那么就会导致 CQI 降低，更多数据需要重新传输，从而网络速度大幅降低。下行链路干扰是最难处理的问题之一，因为基站不会直接反馈指出存在干扰。

图 1. LTE 功率控制和资源块分配

在 LTE 干扰管理中，由于服务小区和相邻小区共享同一个频道，所以精确的功率控制非常重要。网络需要尽量降低小区边缘的干扰，同时还要为边缘用户提供足够大的功率，使其可以获得出色的服务质量。LTE 基站在小区中心的全频带内提供较小的功率；而在小区边缘分配较少的资源块（子载波），但提供的功率更大（图 1）。这种方法改善了小区的整体吞吐量并将干扰降至最少。

无论系统的信道带宽是多少，LTE 控制信道始终位于信道的中心，带宽为 1.08 MHz。关键的下行链路控制信道包括主同步、辅同步和广播信道。主同步和辅同步信道用于将移动设备与小区同步并开始解码系统信息。如果 LTE 信道中心附近存在窄带干扰，那么可能对移动设备的同步过程产生重大影响，有时甚至会阻塞整个小区。例如，某些模拟 700 MHz 调频无线麦克风可以轻松阻断 LTE 小区，因此被 FCC 禁止使用。

1.2 微波回程干扰问题

全球约 50% 的基站通过微波无线电与回程相连。随着微波千兆以太网的最新发展，微波无线电对 4G/LTE 部署的回程方案非常有吸引力。

与其他无线技术一样，这种网络也始终存在着干扰。对于微波无线电网络而言，主要的干扰实际上来自以下领域。

反射和折射

在移动网络中，广泛使用微波无线电实现点对点连接。无线电台可能部署在市区，一旦其传输路径被阻断，信号会发生反弹并抵消掉一部分向远程接收机发射的能量，或者信号也可能发生转向（称为折射）。这两种情况都会造成系统中断。

免许可频段上的干扰

近年来，移动回程广泛采用了点对点以太网微波链路，它们不仅操作方便，而且成本较低。点对点微波链路可以在许可或免许可频段上运行，如 5.3 GHz、5.4 GHz 和 5.8 GHz。在免许可频段中，系统中断更多地与干扰有关。这些频段非常接近 802.11n 或 802.11ac WLAN 使用的频率，我们看到这两个系统之间开始出现干扰。例如，当 5.8 GHz 微波无线电台附近有 WLAN 在工作时，WLAN 可能会提高微波无线电台接收机的功率电平，这会使微波无线电台误以为自己需要降低链路上的发射功率，因此不会发射足够的功率来维持所需的实际信号电平，从而造成中断。

2. 航空航天与国防（A/D）和公共安全领域中的干扰问题

大多数常见的航空航天与国防通信系统包括卫星、雷达、电子战（EW）系统以及安全通信（公共安全）网络。随着商用和航空航天与国防行业中的无线技术迅猛发展，越来越多的干扰蔓延到航空航天与国防系统中。为了解决这些问题，航空航天与国防系统向更高频率转移，部署更窄的 RADAR 脉冲并采取高度加密的数字无线系统进行通信。

这些技术可以有效抵御外部干扰，但它们也给外场故障诊断增加了难度。我们需要新的工具和测量技术来有效地维护航空航天与国防通信系统。

2.1 公共安全/双向无线通信中的干扰问题

图 2. 700 MHz 频段公共安全窄带和宽带信道分配

公共安全无线系统存在两个主要问题。一个是邻道干扰，另一个是互调失真。公共安全无线通信通常采用窄带系统，带宽为 25/12.5/6.25 kHz 等，其传输功率远高于商用系统。它要求 80 到 100 dB 的信道抑制。如果未正确调谐双工器，基站的工作信道之间会产生邻道干扰，使得覆盖区域缩小。

由于公共安全发射机是以更高的功率电平工作，如果其功率放大器饱和，则会产生互调产物，并且其谐波很可能落到相邻频段上。如果这些谐波产物落到 LTE 控制频率上（参见图 2），那么网络服务就会中断。

2.2 卫星地面站的干扰问题

卫星通信系统通常部署在航空航天与国防网络中。这个领域的一个发展趋势是为军事机构提供高容量的通信链路。增加系统容量主要有两个途径：一个是将工作频率从 C 和 Ku 频段提高到 Ka 频段，另一个是使用多个波束来部署频率复用。

频率越高，波束就越小。这就需要更精确的天线对准，如果未对准的话，可能会产生同信道干扰和邻道干扰。多波束频率复用使得相邻区域可以共享同一个频率规划和极化。如果系统没有经过适当的优化，则可能会产生强大的同信道干扰、邻道干扰和交叉极化干扰。

图 3. 卫星地面站工作中的干扰类型

3. 传统干扰分析方法存在的问题

干扰的分类方式不止一种。从信号交互的角度来看，干扰可以分为同信道干扰、邻道干扰和互调（无源和有源）。从网络运营的角度来看，干扰可以分为下行链路干扰（BS 到 MS）、上行链路干扰（MS 到 BS）和外部干扰。

如果网络中存在干扰，系统性能监测工具会报告问题，例如上行链路本底噪声在没有明显流量的情况下上升、连接故障、信噪比过高等等。接下来是检测干扰的来源。配有定向天线的频谱分析仪通常是侦测和定位干扰的首选工具。

传统的扫描调谐频谱分析仪和 FFT 频谱分析仪对于检测相对恒定的信号非常有效，而检测间歇信号可以使用最大保持功能。不过传统分析仪要么静寂时间较长，在回扫过程中不会捕获数据，要么静寂时间不可预测，因此在处理随机猝发信号、类似 RADAR 的窄脉冲或持续时间取决于网络流量条件的信号时，其有效性会打折扣。

鉴于无线宽带网络中的猝发信号不断增长，现在最好是找到一种补充工具来提高频谱分析的有效性。

实时频谱分析仪（RTSA）介绍

我们在侦测干扰时面临两大挑战：其一是由于数字无线信号本质上是时分复用信号，而被调查的干扰更偏向猝发信号；其二是频谱分析仪的静寂时间太长，导致错过信号。

要克服这些挑战，最有效的方法是尽量缩短（最好是消除）传统频谱分析仪中存在的静寂时间。我们需要一种新工具来侦测最有挑战性的信号，这就是无间隙频谱分析或实时频谱分析（RTSA）。

4. 频谱分析仪接收机体系结构概述

为了更好地理解 RTSA 的功能，我们务必看一看传统的频谱分析仪接收机的体系结构及其优缺点。

4.1 扫描调谐接收机

图 4. 超外差频谱分析仪/扫描调谐频谱接收机