使用频率扫描式频谱仪排查DECT干扰源的技术原理及解决案例-上海

使用频率扫描式频谱仪排查DECT干扰源的技术原理及排查案例
上海电信无线网络优化中心
1 问题描述
在上海电信承接集团LTE试验网任务初期，即发现了试验区域存在大量ＤＥＣＴ６.０无绳电话干扰设备，对试验站造成严重干扰，影响测试进程，虽然经过艰苦努力和长时间摸排，虽然我们通过借用的实时频谱仪查获到内多个ＤＥＣＴ干扰源，但由于实时频谱仪价格昂贵，购置投入巨大，难以大量配置，而使用频率扫描式频谱仪排查DECT干扰源无比艰难，排查成功率低，效率低。

上海电信通过对干扰设备、制式、现有设备及通信基础原理进行详尽的分析研究，通过理论引导实践的方法，终于得到了具有高实用价值的使用现有频率扫描式频谱仪寻找DECT 干扰源的方法，并通过此方法,成功排查到多处DECT干扰源,有力保障了4G网络的正常运行。

2 问题分析
2.1 频率扫描式频谱仪与实时频谱仪的原理、捕获概率及各自优缺点
频谱分析仪是我们干扰排查工作中最重要的仪器设备，由于其功能强大，素有“射频万用表”之称，频谱仪分为频率扫描式频谱仪与实时频谱仪两大类，我们网优中心装备的均为价廉物美的频率扫描式频谱仪，较为昂贵的实时频谱仪由于价格高昂，扫描频谱宽度低等原因没有配置，但在LTE排查过程中，我们发现ＤＥＣＴ６．０无绳电话几乎不能使用我们目前所采用的排查方法进行精确定位，现场排查工作效率大幅降低，对干扰排查工作影响巨大。

频率扫描式频谱仪框图
频率扫描式频谱仪的截获概率
由上图可见，频率扫描式频谱仪是基于超外差原理，通过内部混频器和本地振荡器Lo信号将输入信号转换到固定的中频，然后在此基础上进行信号处理。

通过扫描本地振荡器的中心频率达到在频率上扫描输入信号，主要优点是价格低廉，对稳定信号的读数非常精确，适合稳定发射的宽频宽信号的观察监测，但缺点是低截获概率，由上图所示可见，绿色部分是截获的信号，而黄色部分则为丢失的信号，读图可见频率扫描式频谱仪截获率极低，对时分信号难以分析，基本用于长发信号的测量，在专业上，基本用于各无线电研究单位进行实验室信号分析、测量、EMF、EMC等需要测量信号的精确量值的应用场景使用。

频率扫描式频谱仪截获的频谱图（3分钟叠加，上海横浜电信大楼食堂104室）
频率扫描式频谱仪截获的频谱图（色谱图，上海横浜电信大楼食堂104室）
实时频谱仪框图
实时频谱仪重叠FFT处理原理
实时频谱仪完美的解决了频率扫描式频谱仪低截获概率的问题，采用了ＦＦＴ原理，对模拟信号先进行数模转换处理，然后通过实时ＦＦＴ运算得到频谱数据，精度只与时间粒度有关，不再与扫描时间存在关联，可以达到几乎１００％的捕获概率，但缺点是最大带宽受到处理性能的限制，且信号强度的测量有一定的误差（1dBm以下），市售手持式实时频谱仪最大显示带宽多在１０～２０ＭＨｚ左右，台式设备有的可以达到１００ＭＨｚ，且通过软件可以模拟频率扫描式频谱仪使用，由于实时频谱仪的这种优秀特性，国家无线电监测中心、无线电管理局等执法部门基本都是采用这种设备来进行无线电监测、测向等外场工作。

实时频谱仪截获的频谱图（罗德施瓦茨PR100，RMS模式，上海莘闵局东兰路万源路）
2.2 ＤＥＣＴ６．０无绳电话干扰原理
ＤＥＣＴ技术时隙分配图
ＤＥＣＴ，英文全称“Digital Enhanced Cordless Telecommunications ”，中文一般翻译为数字增强无绳通信或数位增强无线通讯，由于采用了ＴＤＤ技术，空闲态基站发射模式为每１０ｍｓ发射０．１ｍｓ，也就是１％的发射概率，这对扫描一帧约需３００～１０００ｍｓ的频率扫描式扫频仪来说，可能需要１００秒或以上才能得到一帧完整ＤＥＣＴ信号的频谱信息，这对室外干扰信号查找工作来说几乎是不可想象的，而且造成难以测量最重要的指标－最大峰值，造成在现场几乎无法对ＤＥＣＴ设备进行精确定位，排查工作受到严重阻碍。

3 解决方案
3.1 时域分析法帮助排查ＤＥＣＴ干扰源
既然频率扫描式频谱仪主要因为存在低截获概率的问题而无法有效胜任ＤＥＣＴ干扰排查工作，那我们可以通过采用频率扫描式频谱仪中唯一一种１００％截获概率的扫描模式——时域分析模式，对干扰信号进行时域信号分析，牺牲扫描频宽来达到１００％截获概率，从而得到干扰信号的最高峰值的有效、快速的捕获。

时域与频域的关系
由原理图可见，时域观测与频域观测只是射频信号观测的两个方面，时域分析针对单个频率可以看到该信号的瞬态变化，典型的时域分析设备是示波仪，它可以针对某个频率进行瞬态分析，但示波仪最大测量频率在100MHz以下，我们通过使用频谱仪的时域分析功能，可以得到某些时域观测的内容，
根据奈奎斯特采样定理2W*log2N，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍，而为了完整的获得DECT百分之一的发射概率，每个采样点至少应采样200ms以上才能不失真的反映DECT干扰信号，
具体设置方法：（以ＪＤＳＵ－ＪＤ７４５Ａ为例）
设置中心频率１９２１．１６ＭＨｚ（以ＤＥＣＴ６．０-１信道为例），带宽１０ＭＨｚ，ＲＢＷ１００ＫＨｚ／ＶＢＷ３００Ｈｚ，可以选择打开前置放大，另开一条Ｔｒａｃｅ得到最大信号包络，判断是否存在ＤＥＣＴ干扰信号（图中后段较弱信号为ＦＤＤ－ＬＴＥ上行信号）
将扫描带宽设置为０Ｈｚ，转换为时域扫描模式，ＲＢＷ３ＫＨｚ，扫描时域大于１０ｍｓ，推荐为３０～５０ｍｓ，观测到每１０ｍｓ出现的时域信号，即可判断该信号为ＤＥＣＴ干扰信号（图中较弱信号为ＦＤＤ－ＬＴＥ上行信号，可见当时其为每20ms发射一次，可用于干扰信号与正常信号的分辨）。

3.2 时域分析法与实时频谱仪的对比分析验证
测试设备：
频率扫描式频谱仪：JDSU JD748A
实时频谱仪：PCTEL SeeGull MX LTE解调接收机/Rainbow Scanner 2013 分析软件
被测设备：松下KX-TG6411 DECT6.0 基站（实测静默态发射功率约+10dBm，外部总衰减43dB（+-1dB））
其他设备：40dB耦合器、功分器、测试电缆、1W负载、转接头等
频率扫描式频谱仪时域分析设置参数：中心频率：1921.16MHz （DECT6.0 1信道），扫宽0Hz ，RBW100KHz ，VBW 无效，扫描时间20ms ，基底噪声最大值-90dBm
频率扫描式频谱仪频域分析设置参数：中心频率：1921.16MHz （DECT6.0 1信道），扫宽3MHz ，RBW100KHz ，VBW 无效，扫描时间30s （单次732ms 叠加），基底噪声最大值-97dBm
实时频谱仪设置参数：中心频率1927.5MHz （FD-LTE 中心频率），扫宽15MHz ，RBW5KHz ，频率间隔FSS ：5KHz ，频点数
2560个，时间粒度
50us ，基底噪声-137dBm 。

试验环境
试验环境
频率扫描式频谱仪频域分析截图
频率扫描式频谱仪时域分析截图
实时频谱仪测试截图
由图对比可见，实时频谱仪在测试中，对被测信号的最大抬升值达到了69.27dB，而频域分析模式下的频率扫描式频谱仪最大抬升值为42.44dB，时域分析模式下的频率扫描式频谱仪最大抬升值为46.14dB，有小幅优化，考虑到频率扫描式频谱仪未开启10dB的前置放大器，实际差距可以进一步缩小，且试验所用信号源为免超过仪表最高输入限制，经过了43dB的衰减，经过概略计算，基本能够满足现场排查工作的基本要求。

扫描速度方面，由于测试时扫描速度方面，实时频谱仪受限于USB接口的传输速率，大约为每秒3帧左右，时域分析模式下的频率扫描式频谱仪扫描速度甚至比实时频谱仪更快，为10ms以上（单次DECT基站发射频率），频域分析模式下的频率扫描式频谱仪3MHz带宽扫描时间就达到了30秒，在现场排查工作中工作效率低下，几乎难以实现。

4 优化效果
4.1 外场排查试验
使用频域时域结合方法排查虹梅基站DECT干扰源，首先通过频域分析进行全频段扫描，获得干扰源大致频谱信息，随后通过时域分析快速定位干扰设备，经过排查，确认干扰源位于莘朱路2111弄5号***室，并获取到了具体设备型号及联系信息。

干扰频谱图
干扰时域图
干扰设备
5 总结和推广
上海电信通过充分运用理论联系实际的正确思路，通过信号调制分析反推外场排查方法的创新思路，针对频率扫描式频谱仪在DECT排查过程中的技术缺陷，经过理论与实际结合分析试验，创新性的通过时域分析绕开现有问题，有效改进了DECT干扰源排查难、排查慢的问题，提升了排查成功率，同时加快了排查速度。

虽然改进后的频率扫描式频谱仪在接收信号强度、带宽等技术指标上仍有不足，但上海电信今后将继续针对该问题继续优化改进，直至DECT干扰问题完全解决。

该解决方法思路及操作方法，在其他省份也可使用推广，故撰为案例，以供参考。