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移动通信干扰探测和分析方案

作者:angelazhang时间:2015-07-17

随着当前无线电技术的 迅猛发展和各种新型无线电业务的不断涌现,无线电设备的数量出现了空前的增长,进而产生了对频谱资源的巨大需求和日益复杂的电磁环境。同时,也产生了越来 越多的形形色色的无线电干扰,这些干扰在极大程度上影响着无线电业务的正常进行,给无线电业务的发展和壮大带来了很大的威胁和挑战。

 

射频干扰(RFI)及其主要干扰类型

现代无线通信系统中发射和接收设备普遍采用数字调制解调技术,如在移动通信中的基站和终端采用的GMSK、BPSK、8PSK、QPSK和16QAM等。不论超外差还是零中频接收机技术,都会生成一定的符号速率,进而产生包含一系列专用和控制信道的比特序列。

 

射 频干扰主要关注于对常规GSM、CDMA或WCDMA信号造成影响的干扰信号。干扰信号会在信道内带来额外的噪声,降低信噪比,减小无线覆盖范围。为了确 定符号速率,每种调制方式都会有特定的信噪比要求。高阶的调制方式(如8PSK或QAM)需要更高的带宽,因此会比简单的调制方式(如FM)需要更高的信 噪比。如果干扰带来更多的噪声,解调器区分不同符号速率的能力就会相应降低,进而导致误码率(BER)的增加。这对语音信道来说也许没有太大问题,但是, 对于控制和数据信道会有影响,最坏的情况就是掉话、小区切换失败或用户应用软件速率的降低。如果噪声增加6 dB,系统的最大可用距离就会比正常噪底的情况减小一半。由此可见,探测和分析干扰具有极为重要的作用。

 

射频干扰可能会带来 通话干扰或掉话。由于上行或下行接收器件的解调错误而导致切换不能正常进行或数据速率的降低(HSDPA, HSUPA, GPRS, EDGE, EV-DO等)。射频干扰信号可能是断续的,比如私人WiFi路由器在早晚的开关。故障的发射滤波器会给WCDMA的下行信道带来干扰,因此阻塞的小区或 低话音质量可能是射频干扰而产生的现象。O&M系统中的无线接入网计数器用来采集与SGSN或GGSN网元带来的无线接入网问题相关的数据。当超 过话音质量、信号质量或延迟的门限时,特定的计数器就会启动。

 

下行链路射频干扰 :蜂窝通信网络上行链路使用较低频段,下行链路使用较高频段。两个频段通过复用间隔进行分离。但有些通信方式如cdmaOne,在特定频段内,上行和下行 信道会产生交叠。如果干扰从高的发射点如房顶或山上发出,下行射频干扰就会出现在手机的接收频段。如果是小范围的干扰,比如无线视频发射装置产生的干扰, 那么只有一小部分手机会受到干扰。

 

上行链路射频干扰:上行链路射频干扰会干扰基站接收频段,并最终导致所有的 手机都根据干扰信号的强度而提高发射功率。对于基于CDMA的系统,由于Rake接收机的解扰码问题的影响,干扰表现为PN噪声的提高、更低的数据速率和 话音质量的降低。蜂窝网络使用角度从30°到180°的扇区天线,有些情况下会使用全向天线,基站天线的方向可以用来定位干扰。

 

同信道干扰 :例如GSM的信道间隔为200 kHz,GSMK调制产生的最大带宽为600 kHz。如果小区A使用信道TCH21,那么邻近的小区B和小区C则既不能使用TCH21,也不能使用TCH22和TCH23。如果有信号在信道TCH21内传输,则将其称为同信道干扰。

 

邻信道干扰 :根据同信道干扰中的例子,如果干扰信号位于TCH22或TCH23内,则称其为邻信道干扰。换句话说,就是位于高于或低于用户信道一个信道内的干扰信号。

 

窄带射频干扰 :不同的蜂窝制式使用不同的调制方式,比如cdmaOne为1.23 MHz,WCDMA为5 MHz,GSM为200 kHz。如果射频干扰信号的带宽和被干扰信道之比小于20%,则称其为窄带干扰。比如,位于WCDMA下行信道的15 kHz带宽的AM音频发射机为窄带干扰,根据干扰信号强度的高低不同,可能会使移动接收机进入压缩状态。

 

宽带射频干扰:如果射频干扰信号的带宽和被干扰信道之比大于20%,则称为宽带射频干扰。比如,2 MHz带宽的WiFi发射机和有故障的发射滤波器可能会影响CDMA2000频段,使信号电平下降40 dB。

 

移动通信干扰探测方法

信号渐弱方法:探测、定位和分析射频干扰信号的最佳方法就是关闭信道或频带内的有用信号,这样就能得到一个只有正常噪底的信道,从而可以同射频干扰信号隔离开。不利的方面就是会给所在小区内的用户的业务带来影响。

非信号渐弱方法:有时,射频干扰信号仅仅出现几秒钟甚至更短的时间,而受干扰的信道通常位于中心城区、金融中心等热点地区。对于这种情况,在白天关闭一段时间的基站信号将会造成巨大影响。比较合适的方法为,在影响相对较小的深夜时段关闭信号,然后在白天分析测量结果。

用PR100查找移动通信干扰

上行链路射频干扰探测:在探测射频干扰之前首先确保不存在任何基站硬件告警,如功率放大器(VSWR问题)、TMA、双工器、合路器及微波、光纤或DSL链路等。如果有GPS模块的话,也需要对其进行检查,因为不稳定的时钟参考会导致错误的基站发射和接收的中心频率。

 

从无线网管理系统可查询到由于掉话、阻塞或切换失败而触发计数器的受干扰信道列表。

 

查找射频干扰:连接感兴趣频率范围的全向天线,在全景扫描中设置开始频率,停止频率和100kHz的RBW,进行全景扫描,并可以采用双频谱显示对信号进行分析。(如图1、图2所示)

 


图1 :PSCAN扫描上行链路,UMTS电话占用3.84MHz带宽,中心频率(1.95GHz)显示窄带射频干扰

 


图2:PSCAN停止后显示双频谱,在上方的中频频谱更好地显示干扰信号

 

定位射频干扰信号的方向:连接方向性天线HE300到PR100上,打开音频单音功能;顺时针或者逆时针移动天线,单音的啸叫声越大,信号强度越大,当单音啸叫声最大时,信号的方向就可以定位出来。(如图3、图4所示)

 


图3:方向性天线R&S HE300连接500 MHz到7.5 GHz对数周期模块

 


图4:测量中心频率的信号电平,通过单音体现


下行链路射频干扰探测:在探测射频干扰之前首先确保不存在任何基站硬件告警,如功率放大器(VSWR问题)、TMA、双工器、合路器及微波、光纤或DSL链路等。如果有GPS模块的话,也需要对其进行检查,因为不稳定的时钟参考会导致错误的基站发射和接收的中心频率。

 

从无线网管理系统可查询到由于掉话、阻塞或切换失败而触发计数器的受干扰信道列表。

在下行频段的射频干扰会降低移动电话接收机在物理信道的解调和解码能力,这样将导致低语音质量和降低用于包交换的数据率。诸如呼叫建立时间、持续时间和转接时间也会受到影响。

 

查找射频干扰:连接感兴趣频率范围的全向天线,在全景扫描中设置下行频段的开始频率、停止频率和100kHz的RBW,或者选择用户预置的GSM、CDMA2000、WCDMA、TETRA频段范围;频谱和瀑布图显示是第一选择;(如图5、图6所示)

 


图5:WCDMA下行链路和瀑布图分析,六个信道


图6:邻道干扰,在1858.2MHz探测连续发射的BCCH,而邻道1858.4MHz处于突发发射


定位射频干扰信号的方向:连接方向性天线HE300到PR100上进行干扰测向;也可以移动到另外一个位置,进行同样操作;两个信号方向的交叉点就是干扰信号源的地理位置,在城市要考虑反射引起的误差。(如图7所示)


图7:在地图上显示三角定位干扰源


PR100进行移动通信查找干扰的优势

高实时性:由于GSM和TD的工作原理都包含TDD技术,信号都是依照帧突发burst发射,没有高速分析能力,就无法记录到转瞬即逝的干扰。PR100的扫描速度为2GHz/s,可以极快地监测到瞬间变化的干扰源,满足现场测量的要求。

 

高灵敏度:移动通信的干扰可能是微弱的射频信号,对于微弱干扰信号的查找需要低噪底,也就是高灵敏度的测试设备。

 


图8:PR100具有高灵敏度

 

GPS和地图显示功能:能够给出测量设备PR100的GPS位置,这样通过多个方向结果可以实现三角交叉定位功能,进而给出干扰源的位置。(见图7及图9)

 


图9:PR100 的GPS功能

 

小结

移动通信网络经常会由于干扰导致通信质量下降,干扰的种类繁杂,所以干扰测试和查处是个经验性的工作.科学的干扰测试查处方法是在发现干扰源时,基于频谱的定性分析,利用便携式接收机配合方向性天线来定位干扰源。



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