【应用】无死区时间的RTSA实时频谱分析仪用于诊断通讯系统网络干扰问题

时间： 2020-04-10 来源：Keysight

随着通信网络中的无线技术的发展，干扰始终是其所面临的一个固有挑战。无论是哪种类型的网络，其性能始终受到系统中噪声干扰的制约，包括内部的和外部的。

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。

为了检测所需的信号并对网络干扰问题进行诊断，实时信号分析（RTSA）功能在外场测试中是必不可少的。本文KEYSIGHT主要介绍RTSA实时频谱分析仪用于诊断通信网络中的干扰问题。

01. 无线通信系统面临的干扰

商用无线通信网络面临的最大难题是如何在有限的可用频谱内提供尽量高的容量。为实现这一设计目标，运营商会采取更多的频率复用和更密的信道部署。由于蜂窝站点相互之间距离非常接近，并且各基站同时发射信号，因此在下行链路上产生了极大的噪声。

手机天线接收到的下行链路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。

除了网络内部干扰之外，外部干扰也变得越来越普遍，主要源自网络运营商之间的频率保护带过小、疏于网络规划和网络优化、以及非法使用频谱等。

02. 航空航天与国防通信系统的干扰问题

常见的航空航天与国防通信系统包括卫星、雷达、电子战（EW）系统以及公共安全通信网络。随着商用领域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通信系统中。

为了解决这些问题，航空航天与国防通信系统向更高的频率转移、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。需要采用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。

03. 传统干扰分析方法

从信号交互的角度来看，干扰可以分为同信道干扰、邻道干扰和互调干扰。

从网络运营的角度来看，干扰可以分为下行链路干扰、上行链路干扰和外部干扰。

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死区时间较长，在回扫过程中不会捕获数据，要么死区时间不可预测。因此在处理随机猝发信号、雷达的窄脉冲信号或持续时间取决于网络流量条件的瞬态信号时，其有效性会打折扣。

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，而被侦测的干扰更具突发性；

其二是频谱分析仪的死区时间太多，导致错过干扰信号。

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死区时间。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）。

04. 实时频谱分析仪（RTSA）

实时频谱分析仪（RTSA）是一种没有死区时间的 FFT 分析仪。接收机停留在感兴趣的频率扫宽内，该扫宽受到实时频率带宽的限制，没有调谐或步进。它具有足够大的信号缓冲区、FFT 计算能力和显示工具，可在后续数据帧进入之前处理完上一个数据帧并清空存储器。在其捕获带宽内，它可以检测各种瞬态信号、动态信号和射频脉冲信号。

05. 实时频谱分析仪（RTSA）的关键性能指标

RTSA 中有一些关键的技术指标非常重要：一个是实时带宽，另一个技术指标是 100% 捕获概率(POI)下的信号的最短持续时间。

具体来说，就是在捕获概率达到 100%，测量幅度精度达到连续波信号测量精度的要求下，能够捕获到的信号的最短持续时间。

在外场使用 RTSA 的主要目的是发现干扰，因此动态范围和与输入相关的杂散性能非常关键。可用的动态范围是前端增益压缩、前置放大器增益和接收机本底噪声的组合。

前端射频链路和中频链路信号处理为确保良好的无杂散动态范围（SFDR）发挥了关键作用。在外场测试中，接收机周围存在许多空中信号。如果前端性能不够强大，无法处理复杂的空中信号，那么 RTSA 将难以区分有用信号与自己造成的杂散信号。

下面左图显示的是一款低成本、设计粗糙的 RTSA。可以看到，输入信号可以产生很多杂散，其中一些杂散只比实际信号低30 dB。这可能会导致用户捕获和分析这些假的干扰信号，却错过真正有威胁的信号。

相比之下，精心设计的射频链路可以显著改善动态范围，增强检测潜在干扰的能力。例如在右图中，采用相同的设置，FieldFox 具有十分纯净的杂散性能，在 Fieldfox 上看不到任何明显的杂散，因此它非常适合用于外场干扰故障诊断。

06. RTSA 可以极大地提高解决干扰问题的效率

在外场有两类干扰很难探测和分析：一种是同信道干扰，另一种是上行链路干扰。

对于通信网络运营商而言，同信道干扰检测和故障诊断是最具挑战性的任务，因为干扰信号可能隐藏在服务频率信号之下。

通常，用户必须关闭载波发射机才能查找在同一频道中是否有其他信号，然后定位这些信号并消除或减少其干扰。这种做法非常具有破坏性，会打断正常的通信业务。在大部分情况下，关闭服务中的发射机并不可行。

RTSA的密度显示功能是一种增强的频谱测量，它可以显示事件发生频次。该显示界面用不同的颜色来表示迹线亮度，并可添加余辉功能，使显示的旧数据逐渐变暗，让用户集中注意力查看较新的事件。

密度显示界面可以呈现在给定时间内频率、功率和信号出现的频次。由于干扰的信号电平分布与服务载波不同，因此这个显示界面可以让您更容易地探测同一个信道中的多个不同信号。

下图显示了一个 W-CDMA 信号和一个隐藏在同一信道内的干扰的调频信号。

如果不关闭服务载波，传统频谱分析仪无法找到隐藏信号，而RTSA的密度显示则很容易发现这个干扰信号。RTSA将信号信息从二维(频率和功率电平)扩展到三维(发生的时间)。这一功能可以区分同一信道上的多个信号。

系统外场工程师需要对网络的频谱性能以及控制信道和业务信道的时序特性进行验证。具有余晖功能的 RTSA 密度显示为您了解信号操作提供了一个独特的视角，这是传统频谱分析仪无法实现的功能。

干扰只是表象，它背后有更深层次的根本原因。天线、电缆、双工器和低噪声放大器等硬件一旦发生故障，都会在网络中产生干扰。

手持式分析仪将频谱分析仪、RTSA、电缆天线测试仪、矢量网络分析仪和独立信号源的功能集于一身，并且增加了定向天线，是用于外场检测、定位和解决干扰问题的重要工具。

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踏水而行 Lv4. 资深工程师 2020-12-28

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系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 系列,10833F,10833G,10833A,10833B,4154A,D6000GENB,10833C,S104A,10833D,N6775A,EXR204A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,EL34143A,E36300 系列,DAQ973A,N7550,EDUX1052A,U8480 系列,N9923A,N2796A,N9935B,3000G X 系列,N9935A,N2893A,EDUX 系列,3052G,U2781A,N5771A,N7972A,EDUX1052G,E36100,PP001A,E3646A,DP0001A,6811C,4032A,EXR108A,E36100 系列,N6786A,N8737A,D4000BDLB,N6774A,N6762A,N8943A,10834A,E5063A,N8955A,8494G,N8931A,E3634A,N2783B,N2795A,BN9961B,N5772A,6813C,N7951A,D6000USBB,E3649A,6800C,6812C,U71010A,U71010C,U71010B,N6753A,AC6800B 系列,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,S 系列,N8952A,N6777A,N6765A,N8940A,P9370A,P9382B,N2891A,P9370B,N2782B,D3000AUTB,53181A,N9933B,N28005A,EL30000 系列,U2050 X,N5761A,N7950A,BN9960B,N7974A,N8700 系列,34465A,E3648A,4054A,N6764A,N8759A,N6752A,E9320,N8735A,N6970A,N8941A,EL34243A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,N2781B,RP7982A,E4417A,8509XD 系列,N9914B,N9914A,82350C,N5750A,N7953A,U2300 系列,N7977A,N5762A,DAQM909A,E8486A,DSOX-4WAVEGEN2,E5810B,N9938B,N9926A,N6743B,N8934A,N9938A,N6731B,N8946A,N6973A,E36100B 系列,E36200A 系列,E3643A,N6755A,EDUX,N2780B,E4416A,N9915B,N7976A,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,N7952A,D9110PWRA,E9300,N9915A,N8923A,N6972A,EXR104A,N9927A,N6742B,N8935A,E3630A,4052A,E3642A,N6700 系列,N6766A,N6754A,N2791A,汽车,嵌入式系统,航空航天,国防

2022年11月1日 - 选型指南

了解天线的定义、类型、重要属性和多天线技术

天线是任何无线通信系统的必需组成部分。天线的功能就是定向辐射或接收无线电波信号。发射状态下传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，接收状态下将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。

2023-12-30 - 技术探讨

解析信号分析仪在无线通信中的关键作用

在这个信息爆炸的时代无线通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。无论是手机、无线网络还是卫星通信，背后都有一个共同的英雄——信号分析仪。本文，就来和KEYSIGHT一起探索这个奇妙的无线电世界。了解信号分析产品如何帮助我们实现更高效、更可靠的通信。

2024-06-18 - 技术探讨

为什么回波损耗越小越好?

回波损耗的值是指信号在传输过程中发生反射而损失的能量与输入信号能量之间的比值，通常用分贝(dB)表示。回波损耗值越小，表示信号反射越小，传输质量越好。在通信领域，回波损耗值是一个重要的指标，用于评估线路和设备的性能。回波损耗值过高可能导致信号衰减、干扰等问题，从而影响通信质量。因此，在设计和运行通信系统时，需要注意回波损耗值的控制和测试。

2023-11-09 - 设计经验

【选型】RIGOL（普源精电）电子测量仪器选型指南（中文）

数字示波器频谱分析仪射频信号源函数/任意波形发生器数字万用表数据采集/开关系统可编程线性直流电源可编程直流电子负载

RIGOL - 功率放大器模块,BNC转鳄鱼夹线,30DB高功率衰减器,三通道可编程线性直流电源,存储任意波形发生器,电流探头,RS232串口线,双机架安装套件,40DB衰减器,矩阵开关,多路复用器,近场探头,RF CATV套件,有源差分探头,DSA 附件包,多功能模块,USB电缆,有源探头,双通道函数/任意波形发生器,三通道双极性输出可编程线性直流电源,高压差分探头,频谱分析仪,双通道可编程线性直流电源,EMI TEST SYSTEM电磁辐射预兼容测试软件,三通道双极性输出高分辨率可编程线性直流电源,电子测量仪器,机架安装套件,射频信号源,USB数据线,双通道高分辨率可编程线性直流电源,实时频谱分析仪,测试表笔,数据采集/开关系统,七合一集成示波器,接线盒,射频演示套件,射频信号发生器,鳄鱼夹,单通道双量程高分辨率可编程线性直流电源,USB转GPIB接口模块,函数/ 任意波形发生器,函数/任意波形发生器,矢量信号发生器,可编程线性直流电源,数字万用表,RF 衰减器套件,单端多路复用器,高压探头,VSWR桥,双显台式数字万用表,备份保险丝,GPIB翻转接头,RF 适配器套件,数字示波器,有源单端探头,射频电缆套件,可编程直流电子负载,模拟总线外接头,BNC电缆,开尔文测试夹,单通道双量程可编程线性直流电源,脉冲序列发生器,高稳时钟参考,MSO8000-AUTO,USBB-FF-150,MSO8000-BW6T20,ATT03301H,MSO8000-AER,SO5000-COMP,MSO2102A-S,DG4202,MSO8000-FPC,RP3500A,RP1018H,DSA70,BW3T5-MSO/DS4000,DS1074Z PLUS,RSA5000-EMI,RSA5000-EMC,DS1104Z,MC3324,PVP2150,AMK-RSA5000,M3GPIB,DG1000Z,DG3000,RM-2-DG1000Z,RSA3000,CB-NM-SMAM-75-L-12G,SD-I2C/SPI-DS6000,CK-DS600,MSO5000-4CH,DS1000E/U,DS1074Z-S,DSG312,DG1000Z,DS1104Z PLUS,BND-MSO/DS2000A,-RP7150,DP71,DG4102,FREQ-DL3,USB-GP,OCXO-A08,CB-USBAUSBB-,MSO5000-AUTO,RM-DSG3000,DS1204B,BAG-G,DS7000-,RP1300H,MSO8000-BW6T10,CB-SENSE,PVP2150CB-USBA-USBB-FF-150,SD-FLEXRAY-DS600,DG4000,SPI-DS4000,VB1080,DP831A,RPL2316,DSG3120,DSG3000,MC364,MEM-DS2000,RSA5032 -TG,DS7000-BW1T5,MSO2012A-S,MSO5XX2,KELVINTESTCLIP,RSA3030,BAG-G1,DS7000-BW1T2,MSO5XX4,VSWR-RSA3000,DS7000-BW1T3,MC3120,TX1000,DS1102E,DS7000-2RL,DG5101,DG5102,LD-DM,DS6062,DS2202A,BW2T5-MSO/DS4000,DS6064,RSA3045,MSO/DS7000,DG5352,DG5351,CB-NM-NM-75-L-12G,DS7034,CB-60A-780MM,BW2T5-MSO,DS7000-EMBD,MSO5000-,DS7000-RM,AT-DS2000,CB-BNC-BNC-MM-100,DS2302A,DS7000-BW2T5,DG5000,DS1102U,AMK-RSA3000,EMI-DSA800,DS7000-BW2T3,RM-DSA800,MSO1000Z,DMM,RP1001C/RP1002C,CB-USBAUSBB-FF-150,DM3058E,DS7054,MSO5000-RM,RSA5000,DG4162,DG5251,DG5252,MSO500,DS1104Z-SPLUS,DS1104B,MSO2022A-S,DGS3060,MC3132,L-12G,DS1000E,DS1000D,CB-40A-780MM,DS1000B,RP1010H,RSA3030-TG,RM-DG50,DS2102A,MSO2102A,DS7000-BW3T5,DSA705,CB-BNC-AC-100-L,PMC-DSG3000,DSA700,DK-DS6000,RM-2-DP700,CB-NM-SMAM-,USB-GPIB,DG4062,DSA815,DS1000U,MSO8000-,SD-CAN-DS6000,DS1000Z,USB-GPIB-L,DS7000-AERO,EMI-DSA800 S1210 NFP-3 AMK-RSA5000,MSO8000-BND,MSO8000-EMBD,RP1000D,VSWR-DSA800,RP1000C,SLEWRATE-DL3,NFP-3,RM-1-DP700,ARB16M-DG1000Z,DSA832E,RSA3030 -TG,LA MODULE,DS7000-PWR,CAN-DS2000A,MSO8000-COMP,DSA815-TG,DS1104Z-S PLUS,RM-2-DP800,MSO5000-AWG,T2R1000,TIMER-DP700,RP1001C,RP1025D,MSO2202A,RM-3-DP7,MSO7054,MSO2202A-S,AFK-DP800,RM-DG4000,DS1074Z-SPLUS,DSA832,DSA710,DS2000,MSO5000-PWR,MSO5000-AERO,RM-DM3000,RM-3-DP700,M3TB32,M3TB34,RP1002C,MC3648,DSA,PVP2350,DM3058,RM-DG5000,RPL1116,DS7000-AUTO,PLUS,DP832A,OCXO-B08,DG1032Z,M3TB48,MSO/DS400,DSG3060,MSO/DS1000Z,MSO7000-,RP1003C,MSO8000-AUDIO,RP1100D,DS2012A,DG5071,DG5072,DL3021,DS2000A,DM3068,DS2000E,PA1101,DP821A,RP6150A,M3TB16,RP5600A,RP1004C,MSO8064,DIGITALIO-DP800,VSWR-RSA5000,MSO2302A,DSG3030,BND-MSO,OCXO-C08,PA1011,DSA800,RP7150S,DG1022Z,RPA246,BW2T3-MSO,DSA800E,RP7150/RP7080,SD-FLEXRAY-DS6000,PA-RSA5000,M3TB20,MSO5000-AUDIO,RP1005C,DG1022U,M3TB24,MC3416,LAN-DL3,MC3534,DG800-,DL3000,DP811A,PA-DSA800,RP7080S,RP1050D,DS1052E,RSA3000-EMI,RSA3000-EMC,DG800-DCH,DSG3030-IQ,CB-USBA-USBB-FF-150,DS4014,CB-SMB-BNC-FM-100,INTERFACE-DP800,DS4012,CB-BNC-AC-100,MSO8000-AWG,DS600,SD-FLEXRAY-DS4000,M301,MSO2302A-S,M300,M302,MSO8000-BW10T20,AMK-DSA800,MSO5000-FLEX,MSO8204,DGS815,DS4000,ARM,ALLIGATORCLIP - DMM,MSO2022A,CK-DS6000,MSO5000-2RL,MSO/DS4000,DG500,MSO4052,DL3031,MSO4054,DS4032,S1220,RP7150,DS4034,DSA832-TG,DSA832E-TG,CB-DB9-DB9-FF-150,M3TB64,FPCS-DS4000,SD-AUTO-DS4000,B25-RSA3000,DG992,DS2022A,DS4022,MSO8000-FLEX,S1210,MSO2012A,RSA3045-TG,DS1054Z,DS4024,MSO2000A,DS1074ZPLUS,SD-RS232-DS4000,DL-02,MSO/DS2000,DS7000-AUDIO,HIRES-DP800,BND-MSO/DS2000,MSO7024,RM-1-DP800,PA-RSA3000,BW3T5-MSO,RSA5032-TG,MSO8000COMP,RP7080,DS4024E,SSC-DSA,DS4000E,PVP2150/PVP2350,RM-1-M300,DG972,RSA5000-B40,MSO8000,MSO8000MSO/DS7000,MSO7034,DS1072U,DS1074B,KELVINTESTCLIP - DMM,FH-DG5000,DG822,EMBD,MSO5072,DG821,HIRES-DP700,AWG,MSO/DS700,RSA3045 -TG,DG800- DCH,MSO/DS2000A,RSA5065-TG,RSA3000-PA,MSO7000-AWG,DSA832 -TG,PLA2216,DG1062Z,DS4014E,DG832,DG831,DG952,MSO7014,MSO8104,MSO5074,DS1074Z,DSA875,PUG-DSG3000,DS1104ZPLUS,MSO5000-EMBD,MSO5000-BW1T2,MSO5000-AER,MSO5000-BW1T3,DG800,DSA875 -TG,BW2T3-MSO/DS4000,RM-DSXXXX,DSG800-PUG,RSA5000-AMK,MSO5000-FPC,VB1032,RSA3000-AMK,RP7150S/RP7080S,DS1104Z-S,DS7000,DSG800,MSO5204,DSG800-PUM,MC3164,DL3031A,HIRES-DL3,ALLIGATORCLIP-DMM,RT50J,UPA-DS,DG812,DG811,FPCS-DS6000,RM6041,DS7000-BND,RSA5000-PA,B40-RSA5000,MSO4000,DSA815 -TG,MSO5000-COMP,CB-NM-NM-75-,DS7000-COMP,MODULE,SPI-DS6000,DSG830,MSO5000-BW0T3,MSO5000-BW0T2,BND-MSO/DS400,DG900,RSA5032,MSO5000-BW0T1,DS7024,M3A2B,BND-MSO/DS4000,MC3065,DL3021A,TRIGGER-DP700,MSO,DP711,DP832,DP831,DS7000-5RL,DG1000,MSO/DS1000,RSA3000-B25,DP712,CB-USBAUSBB-USBB-FF-150,DSG815,RX1000,DS7014,CB-DB9-DB9-F-F-150,CB-20A-780MM,DP700,DP821,CB-USBA,MIX-SEPARATOR,RSA5000-VSA,75-L-12G,MSO5000,MSO4034,MSO4032,DS4054,DS4052,RM-2-M300,MSO8000-JITTER,RP1003C/RP1004C,DS1074Z-S PLUS,SD-I2C,DCH,RA5040K,DP811,DIGITALIO-DL3,NPF-3-P4,RSA3000-B40,RSA5065,NPF-3-P3,NPF-3-P2,NPF-3-P1,DS6102,DS6104,DSG3060-IQ,SD-RS232-DS6000,MSO5000-BW2T3,DG2000,MSO5000-BND,DSA875-TG,DP800,MSO5102,DS7000-FLEX,MSO4012,MSO8000-AERO,FLEX,MSO4014,MSO5104,CB-RS232-A,SD-DS2000,DS7000-AER,RM-1-DG1000Z,RM-DSG30,RM-2-DG100,MSO5354,DG800-ARB8M,MSO4024,DS7000-FPC,BAT,SD-I2C/SPI-DS4000,MSO4022,RSA3000-BW1,SD-RS232-,MSO8000-PWR,DS6000,VB1040,射频器件,企业科研,汽车电子电路,汽车,消费电子,产线测试,航空航天,质量控制,EMI辐射干扰源,研究所,电路设计,生产维修,通信,教育科研,无线通信,物联网,国防,工业,军工,半导体,敦育培训,电源设计,嵌入式调试,质量检验,微波电路,教学实验,工业电子,教育,电源,国防军工,射频电路,研发实验室,汽车电子,组件,嵌入式,计算机

2019年8月 - 选型指南