罗德与施瓦茨手持频谱分析仪移动通信中的干扰信号分析与查找

在移动通信系统中，干扰信号是影响通信质量的重要因素之一。随着移动通信技术的不断发展，频谱资源日益紧张，通信环境愈发复杂，干扰问题也变得更加突出。深入研究移动通信中的干扰信号，分析其产生的原因、特性以及对通信系统的影响，对于提高移动通信系统的性能、保障通信的可靠性和稳定性具有重要的意义。

干扰的类型
在无线移动快速发展的今天，空中的信号越来越复杂，信号样式也越来越多，同一个信号，对于A是有用信号，对于B可能就是干扰信号。即使对同一种移动通信制式，信号对其干扰的程度也不尽相同。但是，总的来说，干扰大体可以分为两类，内部干扰和外部干扰。

内部干扰

对于同一种网络制式，干扰不只是外部的干扰，内部自身也会产生干扰。

重复覆盖

在无线通信中，网络覆盖的好坏直接决定了信号质量的大小，所以在网络质量评估中，经常有好点，中点，差点的说法，也就是强覆盖，正常覆盖和弱覆盖。在正常理解中，强覆盖用户终端体验最好，因为信号能量大，所以无论是语音通话还是网络数据传输，都会有一个比较好的性能。但是，这也不是绝对的，评估信号好坏不能只单单从信号大小来评估，我们还要看信号质量，也就是有一定的信噪比，否则，即使信号大小很强，在解调的时候，因为干扰很大，也很难完全正确的解调，误码率大大提高。这就会引发一个问题，为什么信号大反而信噪比低呢。原因很简单，信号强度大，干扰也大，这也就是我们常说的重叠覆盖。这通常发生在同一个地点，周边布置了很多同频的无线发射装置，当类似的这种设备多达一定程度时候，会造成重复覆盖，也就是在同一个地点两个同频的发射设备。

时隙干扰

前面介绍的是频域上相互交叉造成的干扰，除了频域，时域上也有可能产生干扰。TDD模式的通信方式具有频带占用窄，频谱利用率高等特点；在现有的无线网络中，TDD网络也分布密集；特别是在LTE网络制式上，运营商充分利用频率资源，布局了众多TDD-LTE网络。TDD-LTE网络有自身的优点，但是也有其局限性，时隙精度要求比较高；在TDD-LTE建网初期，经常有LTE网络和GPS不同步的问题，理论上，为了避免时隙间的干扰，TDD-LTE网络和GPS应该是同步的，不同基站的信号基于GPS共同的时隙来同步。但是，当基站内部时序出现问题，譬如时钟老化。基站发射信号的时间基准就会发生变化，这样对周边的基站和用户影响是巨大的，如果损坏基站的下行信号落在常规基站的上行时隙，可能会对周边基站造成强干扰，严重的可能会引起大面积区域通信故障。

图1，5G系统TDD干扰示例

外部干扰

上面简述了两种典型的内部干扰，当然，内部干扰还有很多的形式和种类，一般来说，内部干扰容易发现和查找。干扰查找和排除最困难的属于外部干扰。外部干扰的类型更有多种多样，但是一般来说，其共性特点是外部信号足够强，落在了正常通信频段内，特别是移动通信中基站受干扰的情况居多，总体来说，外部干扰可以大致分为几类：

同频干扰

同频干扰是指相同频率的信号在接收机中产生的干扰。当其他无线发射设备在与基站相同的频率上进行发射时，其信号会与基站接收的有用信号相互叠加，导致基站接收机难以正确解调有用信号。这种干扰通常发生在上行，也就是用户终端发射的信号被外部信号所干扰，导致终端信号到达基站时信噪比比较低，基站不能正确解调终端发射过来的信号，特别是当终端距离基站比较远时，本身信噪比不高，再叠加外部干扰，导致基站解调受阻或者完全失败。从用户角度来说就会造成通信质量低或者通信彻底失败的现象。

邻频干扰

邻频干扰是指相邻频率的信号对基站接收信号产生的干扰。由于实际的无线信号频谱并非理想的矩形，而是具有一定的带宽和旁瓣，当相邻频道的信号功率较强时，其旁瓣可能会落入基站接收机的通带内，对有用信号造成干扰。

在一些无线通信系统中，相邻频道之间的间隔较小，如果发射机的滤波特性不好，就容易导致邻频干扰。例如，某个基站的相邻频道被其他设备占用，且该设备的发射信号功率较大，就可能对基站产生邻频干扰。所以基站本身在设计的时候，就会考虑到邻频干扰，防止基站发射大功率信号时候造成邻道泄露。

互调干扰

当两个或多个不同频率的信号同时进入非线性器件（如功率放大器、混频器等）时，会产生一系列新的频率分量，其中一些频率分量可能恰好落在基站的接收频段内，从而对基站信号造成干扰，这就是互调干扰。

在城市中，可能存在多个不同频率的无线发射设备，如对讲机、广播电台等。当这些设备的信号在空间中传播并同时进入某个基站的接收系统时，如果基站的前端设备存在非线性特性，就可能产生互调干扰。

杂散干扰

主要是指无线发射设备在其工作频段以外发射的无用信号对基站产生的干扰。这些杂散信号可能是由于发射机的不完善，如滤波器性能不佳、振荡器不稳定等原因产生的。

一些老旧的无线发射设备，由于其内部的电路元件老化或设计缺陷，可能会产生较强的杂散信号。如果这些设备与基站距离较近，其杂散信号就可能对基站的接收造成干扰。所以很多电子设备在市场运营时候都会有对应的杂散测试，当通过一定的杂散模板后，才能在市场上流通。

阻塞干扰

当外界存在一个或多个强干扰信号时，这些强信号会使基站接收机的前端电路进入饱和状态，导致接收机的增益下降，噪声系数增大，从而使接收机对有用信号的接收能力下降甚至无法接收，这种干扰称为阻塞干扰。

在一些工业场所，可能存在大功率的无线电发射设备或高频干扰源。当基站靠近这些场所时，大功率的干扰信号可能会使基站接收机产生阻塞干扰。同样，对一些高灵敏度的卫星接收机，由于其灵敏度高，接收大信号能力差，所以，如果有信号落在卫星接收机天线上，就会噪声接收机阻塞饱和。
干扰检测
内部干扰检测
重复覆盖

一般情况下，对于重复覆盖产生的干扰，常规的频谱检测很难检测出干扰程度或者干扰功率大小，因为产生重复覆盖的原因一般是同一种制式的移动网络，频率相同，很多公共信道的参数配置也相差不大，所以，从频谱角度，几乎分辨不出是A发射点发射的还是B发射点发射的信号。一般情况下，这个时候，就需要用到扫频仪来检测这种干扰。扫频仪不但能对射频信号频谱分析，还能解调无线射频信号，能从解调信息中看到在重复覆盖区域不同发射站点各自贡献的功率是多少，还可以测试到这个重复覆盖的区域对于每个站点的信噪比是多少，一般情况下，之所以造成重复覆盖，两个站点的功率相差不是特别的大，才会造成相互干扰，这样，虽然信号强度都很大，但是信噪比会很低，所以，对于终端来说，解调发射过来的信号就会十分困难。

图2，TSME6重叠覆盖干扰查找

时隙干扰

时隙干扰检测一般比较困难，一种方式是解调基站信号，测量每个小区相对于某一个小区或者一个固定基准时钟的延迟，这样得出的延迟量绝对值没有实际意义，一般情况下要看相对值，这种方式在测试点没有GPS信号或者GPS信号比较弱时比较实用，譬如在室内场馆，高架下方，隧道等地方，抑或是阴雨天气时候。但是，一般GPS和信号无线帧延迟是可以在基站维护平台设置的，所以运营方经常不只要相对实延，也需要绝对时延，用来和后台设置做比较，这个时候就需要设备测量出无线帧和GPS的绝对延迟。对于这种测试，R&S扫频仪专门推出了一个测量GPS和无线信号帧头位置的功能，该功能不仅可以测试相对时延，还可以测试绝对时延，每个小区都对应一个独立的时延，这在时隙干扰检测方面起到一步到位的作用。不仅如此，用户还可以路测，把关心的区域路测完成，后续通过数据分析来精确定位干扰点。

图3，TSME6时隙干扰查找

图4，TSME6时隙干扰查找结果

外部干扰检测

外部干扰检测主要是依靠手持频谱仪和扫频仪来检测。另外，如果是对TDD系统造成的干扰，就需要有具有时域功能的设备来检测。

频谱检测

频谱检测一般用手持频谱仪，根据可能的干扰源类型，设置频谱仪的测量频段。例如，对于常见的无线通信干扰，可先设置在手机频段（如 GSM 900MHz、DCS 1800MHz 等）、Wi-Fi 频段（2.4GHz 或 5GHz）等。如果不确定干扰源的频段范围，可以先进行全频段扫描。RBW 决定了频谱仪对信号频率的分辨能力。一般来说，RBW 越小，频率分辨率越高，但测量时间可能会延长。对于查找窄带干扰信号，可选择较小的 RBW，如 100kHz 或更小；对于宽带干扰信号，可以适当增大 RBW，以提高测量速度。参考电平是频谱仪显示的幅度基准。设置合适的参考电平，使频谱仪能够清晰地显示出干扰信号的幅度。通常，参考电平应设置在略高于背景噪声电平的位置，以避免信号过载或显示不清晰。扫描时间决定了频谱仪完成一次频段扫描所需的时间。根据频段范围和测量精度要求，合理设置扫描时间。如果需要快速定位干扰信号，可以先设置较短的扫描时间进行初步搜索，然后再根据需要延长扫描时间以获取更详细的频谱信息。R&S的手持频谱仪FPH具有重量轻，灵敏度高，扫描速度快等特点，在干扰查找中深受工程师的青睐。

图5，FPH干扰检测

上行干扰检测

使用频谱分析仪在基站覆盖区域内进行频谱扫描，查找是否存在非授权的信号占用了 TDD 系统的上行频段。例如，一些非法的无线电台、对讲机等设备可能会在附近频段发射信号，造成干扰。通过频谱分析仪可以直观地观察到频段内的信号分布情况，发现异常信号。但是，这种频谱检测不只是单纯的扫频测试，测试设备需要具有分辨上行信号的能力，因为在TDD系统中，上行下行频率是相同的，如果测试设备不能分辨上下行，测试到的信号就不能区分是下行信号还是干扰信号。R&S的手持干扰分析仪PR200具有优秀的上行干扰查找能力，该设备专门设计有TDD的功能，用来锁定上行时隙，从而准确定位干扰源。

图6，PR200上行干扰查找显示

干扰定位
在移动通信中，干扰定位是解决网络干扰问题的关键环节。通常情况下，发现干扰并不是一件很复杂的事情，棘手的是判断干扰类型，定位干扰源，因为只有找到干扰源，才能从根本上解决干扰的问题，从而优化网络质量。

如果发现了干扰源，可以使用定向天线和测向设备来进一步确定干扰源的具体位置。通过测量不同方向上的干扰信号强度，逐步缩小干扰源的范围，最终找到准确位置。这种方式也是最常用的一种方式，但是这种方式在不同环境，不同干扰类型，不同干扰距离情况下效果也是有很大区别的。另外，和检测设备的速度也有很大关系。譬如，如果接收机距离干扰源比较远，由于辐射源在很远的距离空口不同方向上信号大小差别不大，此时很难分辨方位。在一些高楼或者环境复杂的地方，干扰信号反射，折射严重，此时干扰查找也十分困难，经常收到的信号不是干扰信号，而是干扰信号的反射，此时干扰定位严重受到影响。 基于此，R&S推出了一整套的干扰查找方案，包括测试设备，天线，测试软件等。对于传统的干扰查找，R&S推出的专门干扰查找设备PR200具有速度快，多种扫描方式，多种显示配合等特点。另外，还基于PR200推出了自动干扰定位方案，天线振子自动扫描，软件通过大量的扫描数据来综合分析干扰的位置，避免了人为造成的影响。