淺談掃頻儀在LTE清頻測(cè)試中的運(yùn)用

1概述

隨著4G在全國(guó)各地的不斷升溫，TD-LTE在全國(guó)多個(gè)城市已初具規(guī)模，在杭州、廣州、深圳等地更是已經(jīng)達(dá)到市區(qū)連續(xù)覆蓋的程度。伴隨中移集團(tuán)在2013年計(jì)劃新增20萬(wàn)個(gè)TD-LTE基站的目標(biāo)確定，越來(lái)越多的城市將逐步加入到LTE基站建設(shè)的大潮中來(lái)。由于LTE網(wǎng)絡(luò)制式的特殊性及其所占頻段，決定了它對(duì)于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求是比較嚴(yán)苛的，這就需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清除LTE頻段存在的干擾因素。
目前國(guó)內(nèi)使用的TD-LTE頻段包括：1880～1900MHz、2300～2400MHz、2500～2690MHz。這里我們注意到，存在多種制式的網(wǎng)絡(luò)占用在F頻段即1880～1920MHz，包括TD-LTE、TD-SCDMA以及中國(guó)電信PHS（小靈通）。由于小靈通現(xiàn)網(wǎng)用戶(hù)2011年底前全部退網(wǎng)未能按計(jì)劃完成，目前現(xiàn)網(wǎng)有接近1500萬(wàn)小靈通用戶(hù)占用F頻段（1880～1920MHz），因此無(wú)論對(duì)于TD-LTE目前室外使用頻段（1880～1900MHz），還是預(yù)留給TD-SCDMA使用的頻段（1900～1920MHz）均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。同樣，在E頻段（2300～2400MHz）和D頻段（2500～2690MHz）的頻段上，頻段帶寬較寬，也存在諸如廣電信號(hào)、定位系統(tǒng)以及其他一些未知的干擾存在。
什么是清頻測(cè)試？建網(wǎng)初期，使用掃頻儀器對(duì)新設(shè)頻段進(jìn)行的全頻段摸底測(cè)試，統(tǒng)稱(chēng)清頻測(cè)試。在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，也有將一些低頻譜效率系統(tǒng)進(jìn)行清頻轉(zhuǎn)作LTE。LTE信號(hào)帶寬可以達(dá)到20M，散落在其帶寬內(nèi)的干擾信號(hào)會(huì)淹沒(méi)在其信號(hào)內(nèi)，對(duì)LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響是巨大的，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成后，想從寬帶的LTE信號(hào)中，分離這些干擾信號(hào)是很困難的。清頻測(cè)試可以在預(yù)設(shè)頻段使用前，對(duì)干擾基站信號(hào)的無(wú)線干擾源進(jìn)行定位，找出干擾的方向、大小、頻段。所以清頻測(cè)試對(duì)LTE預(yù)設(shè)頻段內(nèi)干擾程度進(jìn)行的評(píng)估，可以?xún)艋l段，降低底噪，減輕后續(xù)網(wǎng)優(yōu)工作的難度。

2掃頻儀在清頻中的優(yōu)勢(shì)

LTE掃頻接收機(jī)是一款高精度、高速度采集無(wú)線空口信號(hào)的掃頻接收設(shè)備，能掃頻接收 LTE-TDD信號(hào)，掃頻輸出RSSI，RP， RQ，Timing，CellID等主要參數(shù)，廣泛的用于網(wǎng)絡(luò)勘察、規(guī)劃、建設(shè)、優(yōu)化等使用場(chǎng)合。同時(shí)，LTE掃頻儀還具備頻譜分析功能，對(duì)指定頻段進(jìn)行信號(hào)功率的測(cè)量，以二維頻譜圖、三維頻譜圖、采樣點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度軌跡圖等形式展現(xiàn)測(cè)量結(jié)果，并具備測(cè)試數(shù)據(jù)回放和導(dǎo)出功能，同時(shí)配備專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，具有很強(qiáng)的可分析性。它在指定頻段內(nèi)的頻譜分析功能與傳統(tǒng)頻譜儀相似，在清頻測(cè)試的應(yīng)用上相對(duì)于頻譜儀又具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。掃頻儀與頻譜儀對(duì)比如下：

表1 掃頻儀與頻譜儀功能對(duì)比表

從上述對(duì)比中可以看出，相比較頻譜儀，掃頻儀測(cè)試數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的分析多樣化展現(xiàn)，更適用于路測(cè)形式的清頻測(cè)試，便于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化人員使用。

3清頻測(cè)試解決方案
3.1系統(tǒng)組成

圖1 清頻測(cè)試解決方案系統(tǒng)構(gòu)成

3.2測(cè)試設(shè)備及工參資料

清頻測(cè)試準(zhǔn)備階段，需要準(zhǔn)備以下測(cè)試設(shè)備及工參資料信息：
?Eagle LTE掃頻儀，1臺(tái)
?Eagle無(wú)線環(huán)境評(píng)估分析系統(tǒng)（EMAS），1套
?八木天線及相關(guān)配件，1套
?TD-LTE基站基礎(chǔ)資料（含經(jīng)緯度），1份
?其他制式網(wǎng)絡(luò)基站基礎(chǔ)資料（含經(jīng)緯度），如TD-SCDMA、PHS等，按需各1份
?其他可能占用清頻測(cè)試頻段的無(wú)線信號(hào)資料，1份

3.3數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集：
使用LTE掃頻儀的頻譜測(cè)試功能，依靠掃頻儀的高速采集特性，對(duì)指定頻段進(jìn)行頻譜測(cè)量。可在頻段范圍內(nèi)設(shè)置測(cè)量起始和結(jié)束頻率、RBW、掃頻次數(shù)及掃描處理方式。其中，RBW可設(shè)置最小15 KHz，最大200 KHz；掃描處理方式分為對(duì)設(shè)置的N次掃頻測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)最大值或平均值。
測(cè)試過(guò)程中，軟件地圖窗口可根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度變化，按顏色分段展現(xiàn)實(shí)時(shí)打點(diǎn)軌跡。參數(shù)展現(xiàn)窗口可展現(xiàn)實(shí)時(shí)二維、三維頻譜圖。測(cè)量數(shù)據(jù)包括時(shí)間、經(jīng)緯度、頻率、RSSI都存儲(chǔ)在Log日志文件中，供數(shù)據(jù)后處理過(guò)程導(dǎo)出、回放和分析。

圖2 LTE頻譜測(cè)量配置圖

數(shù)據(jù)分析和展現(xiàn)

打開(kāi)日志后可回放測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)回放二維、三維頻譜圖。二維頻譜圖展示頻譜強(qiáng)度峰值、平均值、頻點(diǎn)，三維頻譜展示頻譜強(qiáng)度、頻點(diǎn)、時(shí)間。軌跡圖層可根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)展現(xiàn)測(cè)試區(qū)域內(nèi)各頻點(diǎn)峰值、均值軌跡，自定義單一頻點(diǎn)RSSI軌跡圖，以及干擾指數(shù)軌跡圖層。以上軌跡圖層除了在軟件窗口展現(xiàn)，還可導(dǎo)出KML文件在Google地圖中查看。統(tǒng)計(jì)并輸出測(cè)試區(qū)域內(nèi)各頻點(diǎn)峰值、平均值、干擾指數(shù)報(bào)表。

圖3 LTE頻譜分析功能展現(xiàn)

在實(shí)際分析過(guò)程中，可依據(jù)Peak RSSI軌跡圖層找出存在底噪明顯抬升的地理位置區(qū)域，通過(guò)二維頻譜圖獲知頻點(diǎn)、頻譜強(qiáng)度峰值、平均值，再結(jié)合三維頻譜圖觀察該區(qū)域是否持續(xù)存在底噪抬升現(xiàn)象。若該區(qū)域有持續(xù)高底噪現(xiàn)象，再根據(jù)頻點(diǎn)和事先準(zhǔn)備的工參信息，初步判斷此處底噪抬升原因?yàn)槟撤N制式網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)占用或是其他外部干擾

3.4干擾源定位排查

在分析過(guò)程中，對(duì)于依據(jù)頻率、帶寬初步判斷的干擾來(lái)源，可開(kāi)展進(jìn)一步干擾源定位工作，核實(shí)判斷準(zhǔn)確性，并最終找到干擾源，消除干擾影響。對(duì)于存在的未知干擾，也需要通過(guò)定向掃頻查找來(lái)源。在干擾源定位、排查方面，Eagle LTE掃頻儀能夠與頻譜儀類(lèi)似，通過(guò)連接八木天線定向查找干擾源。

圖4 八木天線連接示意圖

首先可先根據(jù)Eagle無(wú)線環(huán)境評(píng)估分析系統(tǒng)回放清頻測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件的Peak RSSI軌跡圖層，結(jié)合電子地圖圖層找出存在干擾的大致區(qū)域，完成干擾源的初步定位。
到達(dá)初步定位的區(qū)域，可使用八木天線的交叉定位法，進(jìn)一步查找干擾源。使用掃頻儀連接八木天線定向掃頻，在A地點(diǎn)，使用八木天線掃頻掃到干擾最強(qiáng)的方向，然后在測(cè)試地點(diǎn)B使用八木天線掃到干擾最強(qiáng)的方向，兩方向的交叉處即為干擾源所在地點(diǎn)。如下圖：

圖5 八木天線交叉定位法示意圖

通過(guò)掃頻儀連接八木天線，并使用交叉定位法對(duì)干擾源進(jìn)行定位、排查，找到干擾源，驗(yàn)證對(duì)干擾分析判斷的準(zhǔn)確性，并最終達(dá)到消除干擾。至此，整個(gè)清頻測(cè)試及干擾排查任務(wù)都已完成，再使用Eagle無(wú)線環(huán)境評(píng)估分析系統(tǒng)軟件輸出最終清頻測(cè)試報(bào)告。

4案例分析
4.1案例一

如下圖頻譜展示，測(cè)試區(qū)域有信號(hào)能量，以-105dBm為門(mén)限，信號(hào)帶寬近似為20M，判斷測(cè)試區(qū)域底噪高的原因?yàn)椋涸搮^(qū)域F頻段可能存在LTE基站。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)優(yōu)工程師核查，該區(qū)域確實(shí)存在一個(gè)F頻段的LTE新開(kāi)基站，這與掃頻儀清頻測(cè)試的測(cè)量結(jié)果相符。

圖6 案例一數(shù)據(jù)分析截圖

4.2案例二
如下圖頻譜展示，測(cè)試區(qū)域有幾個(gè)信號(hào)能量，且信號(hào)頻率分布規(guī)則，以-95dBm為門(mén)限，信號(hào)帶寬近似為1.6M，初步判斷測(cè)試區(qū)域底噪高的原因?yàn)椋涸搮^(qū)域F頻段可能存在TD-SCDMA基站。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)優(yōu)工程師核查，該區(qū)域TD-SCDMA基站的輔頻點(diǎn)占用F頻段，F(xiàn)頻段有業(yè)務(wù)占用，這與掃頻儀清頻測(cè)試的測(cè)量結(jié)果相符。

圖7 案例二數(shù)據(jù)分析截圖

4.3案例三
如下圖頻譜展示，測(cè)試區(qū)域有幾個(gè)信號(hào)能量，以-90dBm為門(mén)限，信號(hào)帶寬近似為300kHz，初步判斷測(cè)試區(qū)域底噪高的原因?yàn)椋涸搮^(qū)域F頻段可能存在小靈通基站信號(hào)。參照現(xiàn)網(wǎng)PHS基站工參信息，再進(jìn)一步到測(cè)試區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地復(fù)測(cè)排查，確實(shí)發(fā)現(xiàn)存在未退服的小靈通基站。

圖8 案例三數(shù)據(jù)分析截圖

4.4案例四
如下圖頻譜展示，測(cè)試頻段為D頻段（2500～2690MHz）。測(cè)試過(guò)程中在高架和部分路面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)有規(guī)則的波形，波形帶寬約為8M，分布很有規(guī)律，且在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)，通過(guò)頻譜分析，對(duì)目前移動(dòng)使用頻段2575-2595MHz最有影響兩個(gè)波形，描述如下圖所示：

圖9 案例四數(shù)據(jù)分析截圖

經(jīng)和主設(shè)備廠商工程師驗(yàn)證，該信號(hào)應(yīng)為廣電信號(hào)，且前期已經(jīng)基本驗(yàn)證了信號(hào)來(lái)源，該案例掃頻儀的測(cè)試數(shù)據(jù)再次驗(yàn)證了廣電信號(hào)對(duì)TDD-LTE D頻段影響的真實(shí)性。

5 總結(jié)

上述案例來(lái)自于華東、華南等地，由上海創(chuàng)遠(yuǎn)和當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商、主設(shè)備廠商用戶(hù)合作開(kāi)展的清頻測(cè)試項(xiàng)目。通過(guò)這些清頻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE頻段中存在的干擾，如小靈通占用、定位系統(tǒng)、廣電信號(hào)和二次諧波等干擾。在這些干擾中，以小靈通信號(hào)占用為例，由于各地電信小靈通退網(wǎng)進(jìn)度不一，對(duì)于TD-LTE頻段占用的情況具有不確定性。由于小靈通信號(hào)發(fā)射功率較低，一般為500mW，帶寬300KHz，如果不是在建網(wǎng)初期進(jìn)行清頻測(cè)試，待TD-LTE基站大量建成入網(wǎng)后，這些小靈通信號(hào)都將淹沒(méi)在LTE頻段的底噪內(nèi)，在這種優(yōu)化階段再來(lái)查找小靈通的干擾信號(hào)將會(huì)是非常困難的。對(duì)于其他一些不確定因素的干擾，也應(yīng)該在建網(wǎng)前或者建網(wǎng)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排查，避免造成優(yōu)化階段在排查干擾環(huán)節(jié)中投入巨大的工作量。由此，本著建設(shè)優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和提高工作效率的原則，清頻測(cè)試都是LTE建網(wǎng)初期必不可缺的一項(xiàng)工作。這個(gè)觀點(diǎn)也得到了各地運(yùn)營(yíng)商用戶(hù)的一致認(rèn)可。
在掃頻儀的使用方面，Eagle LTE掃頻儀在軟硬件方面都具備特有的亮點(diǎn)。Eagle LTE掃頻儀支持最新的D頻段，即2500～2690MHz，共190M帶寬。部分國(guó)外品牌同類(lèi)產(chǎn)品單次測(cè)量?jī)H支持100M帶寬，對(duì)于190M帶寬的測(cè)量需分2次進(jìn)行，這也體現(xiàn)了創(chuàng)遠(yuǎn)作為國(guó)產(chǎn)品牌的儀器儀表企業(yè)，對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的響應(yīng)速度是走在前列的。不僅如此，Eagle LTE掃頻儀還可以支持D、E、F三頻段的頻譜測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，超過(guò)300M的測(cè)量帶寬，在RBW設(shè)置為200KHz的條件下，測(cè)量周期小于1.5s，測(cè)量頻段范圍和測(cè)量速度都是極具競(jìng)爭(zhēng)力的。
強(qiáng)大的后處理能力是Eagle LTE掃頻儀的最大亮點(diǎn)。Eagle無(wú)線環(huán)境評(píng)估分析系統(tǒng)在測(cè)試環(huán)節(jié)可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)按需選擇平均處理和鎖定最大值處理方式；在數(shù)據(jù)后處理環(huán)節(jié)可實(shí)時(shí)回放數(shù)據(jù)，展現(xiàn)二維和三維頻譜圖，展現(xiàn)測(cè)試區(qū)域內(nèi)各頻點(diǎn)峰值、均值軌跡，展現(xiàn)干擾指數(shù)的軌跡和生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并支持測(cè)試軌跡圖層的導(dǎo)出和原始數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠幫助用戶(hù)快速、直觀地發(fā)現(xiàn)LTE頻段內(nèi)的潛在干擾信號(hào)；清晰直觀的二維三維頻譜圖、測(cè)量軌跡圖，配合基站工參信息，幫助用戶(hù)準(zhǔn)確地判斷干擾來(lái)源；自動(dòng)生成的統(tǒng)計(jì)報(bào)表、各種形式的軌跡圖層為用戶(hù)完成測(cè)試報(bào)告提供了豐富的素材。
根據(jù)上海創(chuàng)遠(yuǎn)在華東、華南等地合作開(kāi)展清頻測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)工程師反饋，使用Eagle LTE掃頻儀和Eagle無(wú)線環(huán)境評(píng)估分析系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)格進(jìn)行清頻測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，由于硬件支持同時(shí)測(cè)量的頻段寬、測(cè)量速度快，軟件分析的便捷準(zhǔn)確，使得現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試工作效率顯著提高，減少了很多重復(fù)性的測(cè)試工作。相比較使用傳統(tǒng)測(cè)試工具和其他品牌掃頻產(chǎn)品，工作效率至少提高60%，這是用戶(hù)對(duì)Eagle LTE掃頻儀產(chǎn)品的極大支持和肯定！