实时频谱分析在5G干扰排查应用中的优势

实时频谱分析在 5G干扰排查应用中的优势

1居飞 2路晓亮 3吴东甫 4闵祥坤

1. 陆军机械化步兵学院石家庄校区 青海 西宁 810000 2.3.4. 中国人民解放军 31668部队 青海 西宁 810000

摘要：在5G通信网络的布置中，一直面临着被干扰的问题。在基站覆盖的区域里会因为无线电的干扰造成很多通信问题，比如通话质量不好、时常掉线、拥塞信道等。而5G干扰排查手段是以分析干扰特征为基础，综合干扰分布、网管KPI等相关数据，对干扰类型实施及时有效地定位，对5G干扰源进行有针对性地排查，显著提升了排查的效率。

关键词：实时频谱分析；5G干扰排查；应用优势

引言

2020年10月17日，中国移动新疆奎屯分公司向奎屯市无线电管理局投诉，称商业街新建的5座5G基站受到外界干扰，造成通信接入不稳定、接通率下降，受干扰频段为2515-2635MHz。接到投诉后，奎屯市无线电管理局立即组织人员开展排查工作，最终解决了干扰问题，但是干扰排查过程中也走了不少弯路。本文旨在对此次干扰排查的思路、方法、措施等进行复盘，在回顾中反思，在总结中提高。

1我国5G发展现状

2020年是“十三五”的收官之年，我国5G商用发展向前迈出了坚实的步伐。据工业和信息化部发布的数据，截至2020年年底，全国已累计建成5G基站71.8万个，实现了所有地级以上城市5G网络全覆盖，5G终端连接数突破两亿。“十四五”规划和2035年远景目标纲要中明确提出，还要进一步加快5G网络规模化部署，加快推动数字产业化，构建基于5G的应用场景和产业生态，包括“5G+工业互联网”的512工程以及智能交通、智慧物流、智慧能源和智慧医疗等重点领域。

2 5G移动通信的关键技术特征

（1）高频段传输当今情况下，移动通信系统频段基本不超过3GHz，随着移动用户的日趋暴增，频谱资源越来越紧张，高频段的毫米微波率为28.3~348GHz，但带宽却已经达到285.6GHz，是微波所有带宽的十二倍。比起毫米波，微波的微波元器性要小很多尺寸，而毫米波的小型化极其方便，可以实施超高速、短距离的通信，对5G传输容量和速率要求进行满足。（2）多天线传输技术多天线技术历经了快速、高效的发展趋势，从二维进化到三维，从无源发展到有源，从高阶的多输入、多输出演化为大规模阵列，可以让频谱利用率增加数十倍，是当下5G通信技术最关键的研究方向。（3）同时同频全双工技术在频谱效率的技术中同时同频全双工技术是最高效及时的，该技术可以在同样的物理信道上传输两个方向的信号，在进行信号发射的同时，对另一节点的相同信号进行同步接收。

3干扰初步分析

干扰发生后，移动公司的5G网管监测系统显示，在2515-2635MHz频段存在外部干扰。移动公司技术人员采用工程技术方法调整受干扰基站天线方位后，干扰现象消失，但基站天线的调整对网络覆盖造成了一定的影响。根据中国移动5G频率使用方案2（见图1），2515-2615MHz的100MHz为5G部署频段，2615-2675MHz的60MHz为TD-LTE部署频段。（1）2.6GHz频段使用情况，在D1、D2和D3频段部署的4GTD-LTE系统正在逐渐退网，新建的5G基站正在逐步开通，因此有可能4G与5G之间产生同频干扰。（2）受干扰的基站集中在同一条街上，该街道为市区主要商业街，电磁环境复杂，在用台站数量多、种类多，比如WiFi、无线网桥、城市安防监控、无线视频监控以及众多LED电子显示屏等，不排除此类设备产生干扰的可能。（3）在受干扰区域附近设有仿真基站，并且使用了5G频段，该类台站的设置布局未与现有公众移动通信系统统筹规划、协调设站，也存在相互干扰的可能性。

4 RTSA实时频谱分析仪的技术优势

频谱分析仪是无线电管理技术人员用来测量特定频带内信号、捕获抓取有用或无关信号的基本仪器，可以进行一系列参数的测量分析，包括功率、频率、调制方式和失真度等。目前市面上有多种不同系统架构的频谱分析仪，包括扫频式频谱分析仪、矢量信号分析仪以及实时频谱分析仪（RTSA）等。扫频式频谱分析仪通过扫描其本振信号（LO），将输入频率范围下变频为固定的中频（IF），然后由分辨率带宽（RBW）滤波器对其进行滤波并检测。扫描本振时，输入信号频率被对应地扫过固定频率的RBW滤波器。实际上，频谱分析仪在单个时刻都只能看到一小部分频率范围，因此，仅当信号在正确的时间和频率出现在RBW滤波器时，该信号才可见。当瞬态信号出现的时候，本振频率未能扫描到对应频率，那瞬态信号就会被遗漏。在现代分析仪中，分辨率带宽滤波器、包络检波器和显示都是使用数字信号处理的方式实现的。矢量信号分析仪将特定带宽内的对应信号下变频为固定频率的中频（IF）。IF模拟信号由模数转换器（ADC）采样，时域采样数据可用于调制域分析。对于频谱分析，使用快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转换为频域频谱。FFT处理一个采样块，称为采样帧。在此，采样帧中的采样数称为采样帧大小或FFT大小。FFT计算完成并将结果传输到显示器后，将获取下一个采样帧。与扫频式频谱分析仪不同的是，这里的本振是固定的，同时矢量信号分析仪对在两次采样帧时间间隔内出现的信号也是忽略的。大部分频谱分析仪都结合了传统扫频式分析仪和矢量信号分析仪的特点。如果跨度大于FFT分析带宽，则将沿LO步进把多个FFT拼接在一起，以显示更大跨度的频谱。实时频谱分析仪能够连续、无间隙地捕获和分析时变的瞬态信号，而常规的扫频式频谱分析仪和矢量信号分析仪，由于其设计原理的差异，无法实现此项功能。RTSA实时频谱分析仪与众不同的是，能够连续进行信号采样和FFT分析。

5反思不足

监测人员初期排查干扰时在判断上有误区。在好几天未在同一区域测到干扰信号的情况下，没有深入分析其原因，因此对干扰源位置的主观设定出现了误判，当实际测试结果不支持最初判断时，措施方法上没有及时改进和优化，致使排查工作走了不少弯路。在测试过程中，有些测试数据保存不够完整。对于一个监测数据，存在当时不重视、过后无法补的情况。测试中，应该将测试数据完整保存下来，为不同测试系统、不同测试方法、不同测试地点进行比较、分析、总结等提供有力的数据依据。在排查过程中测试操作规范性不够。测试系统组建以及设备加载顺序都有相应的规范，而在实际操作中未能严格按照规程要求操作。选择新的地点进行测试时，在未确认使用环境是否安全的情况下，便开始了测试，随意省略步骤、简化程序。保护性测试是确保仪器、仪表使用安全的前提条件，对其作用和重要性认识不足。

结束语

随着5G商用和5G网络建设步伐的不断加快，5G基站数量日益增多。与此同时，其他各种无线电台（站）数量也在不断增加，在错综复杂的电磁环境中，5G基站随时都可能被其他无线电台（站）干扰。如果未做好5G基站与C波段卫星地球站之间的干扰协调，可能会影响5G基站的建设和开通进度。高性能手持式实时频谱分析仪具有出色的便携性，可结合可变的余晖密度显示和瀑布图，适用于分析同频干扰及瞬态射频信号，排查猝发干扰源以及其他隐藏信号。

参考文献

[1]白晶,李安平.反无人机系统干扰民航GPS信号的技术分析及思考[J].数字通信世界,2019(12):43-44.

[2]杨跃华.5G干扰C波段卫星信号接收的成因分析及应对措施研究[J].广播与电视技术,2019,46(06):134-136.

[3]李书宁.移动通信网络干扰分析排查与优化研究[D].吉林大学,2019.

[4]吴月文,林剑领.解决通信运营商共站系统间干扰工程方法研究[J].通信技术,2019,52(05):1174-1178.

[5]王玲,路建华,王锐.民航地空通信受干扰原因分析及防治措施探讨[J].数字通信世界,2019(05):38-39.