淺談掃頻儀在LTE清頻測試中的運用

1概述

隨著4G在全國各地的不斷升溫，TD-LTE在全國多個城市已初具規(guī)模，在杭州、廣州、深圳等地更是已經(jīng)達到市區(qū)連續(xù)覆蓋的程度。伴隨中移集團在2013年計劃新增20萬個TD-LTE基站的目標確定，越來越多的城市將逐步加入到LTE基站建設(shè)的大潮中來。由于LTE網(wǎng)絡(luò)制式的特殊性及其所占頻段，決定了它對于網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求是比較嚴苛的，這就需要及時發(fā)現(xiàn)并清除LTE頻段存在的干擾因素。
目前國內(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以及中國電信PHS（小靈通）。由于小靈通現(xiàn)網(wǎng)用戶2011年底前全部退網(wǎng)未能按計劃完成，目前現(xiàn)網(wǎng)有接近1500萬小靈通用戶占用F頻段（1880～1920MHz），因此無論對于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）均會產(chǎn)生嚴重的影響。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、定位系統(tǒng)以及其他一些未知的干擾存在。
什么是清頻測試？建網(wǎng)初期，使用掃頻儀器對新設(shè)頻段進行的全頻段摸底測試，統(tǒng)稱清頻測試。在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，也有將一些低頻譜效率系統(tǒng)進行清頻轉(zhuǎn)作LTE。LTE信號帶寬可以達到20M，散落在其帶寬內(nèi)的干擾信號會淹沒在其信號內(nèi)，對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信號中，分離這些干擾信號是很困難的。清頻測試可以在預(yù)設(shè)頻段使用前，對干擾基站信號的無線干擾源進行定位，找出干擾的方向、大小、頻段。所以清頻測試對LTE預(yù)設(shè)頻段內(nèi)干擾程度進行的評估，可以凈化頻段，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

LTE掃頻接收機是一款高精度、高速度采集無線空口信號的掃頻接收設(shè)備，能掃頻接收 LTE-TDD信號，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)化等使用場合。同時，LTE掃頻儀還具備頻譜分析功能，對指定頻段進行信號功率的測量，以二維頻譜圖、三維頻譜圖、采樣點信號強度軌跡圖等形式展現(xiàn)測量結(jié)果，并具備測試數(shù)據(jù)回放和導出功能，同時配備專業(yè)的數(shù)據(jù)分析平臺，具有很強的可分析性。它在指定頻段內(nèi)的頻譜分析功能與傳統(tǒng)頻譜儀相似，在清頻測試的應(yīng)用上相對于頻譜儀又具有獨特的優(yōu)勢。掃頻儀與頻譜儀對比如下：

表1 掃頻儀與頻譜儀功能對比表

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

3清頻測試解決方案
3.1系統(tǒng)組成

圖1 清頻測試解決方案系統(tǒng)構(gòu)成

3.2測試設(shè)備及工參資料

清頻測試準備階段，需要準備以下測試設(shè)備及工參資料信息：
?Eagle LTE掃頻儀，1臺
?Eagle無線環(huán)境評估分析系統(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試頻段的無線信號資料，1份

3.3數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集：
使用LTE掃頻儀的頻譜測試功能，依靠掃頻儀的高速采集特性，對指定頻段進行頻譜測量?？稍陬l段范圍內(nèi)設(shè)置測量起始和結(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設(shè)置的N次掃頻測量數(shù)據(jù)上報最大值或平均值。
測試過程中，軟件地圖窗口可根據(jù)信號強度變化，按顏色分段展現(xiàn)實時打點軌跡。參數(shù)展現(xiàn)窗口可展現(xiàn)實時二維、三維頻譜圖。測量數(shù)據(jù)包括時間、經(jīng)緯度、頻率、RSSI都存儲在Log日志文件中，供數(shù)據(jù)后處理過程導出、回放和分析。

圖2 LTE頻譜測量配置圖

數(shù)據(jù)分析和展現(xiàn)

打開日志后可回放測試數(shù)據(jù)，實時回放二維、三維頻譜圖。二維頻譜圖展示頻譜強度峰值、平均值、頻點，三維頻譜展示頻譜強度、頻點、時間。軌跡圖層可根據(jù)測試數(shù)據(jù)展現(xiàn)測試區(qū)域內(nèi)各頻點峰值、均值軌跡，自定義單一頻點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)，還可導出KML文件在Google地圖中查看。統(tǒng)計并輸出測試區(qū)域內(nèi)各頻點峰值、平均值、干擾指數(shù)報表。

圖3 LTE頻譜分析功能展現(xiàn)

在實際分析過程中，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，通過二維頻譜圖獲知頻點、頻譜強度峰值、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)頻點和事先準備的工參信息，初步判斷此處底噪抬升原因為某種制式網(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

在分析過程中，對于依據(jù)頻率、帶寬初步判斷的干擾來源，可開展進一步干擾源定位工作，核實判斷準確性，并最終找到干擾源，消除干擾影響。對于存在的未知干擾，也需要通過定向掃頻查找來源。在干擾源定位、排查方面，Eagle LTE掃頻儀能夠與頻譜儀類似，通過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無線環(huán)境評估分析系統(tǒng)回放清頻測試數(shù)據(jù)，通過軟件的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。
到達初步定位的區(qū)域，可使用八木天線的交叉定位法，進一步查找干擾源。使用掃頻儀連接八木天線定向掃頻，在A地點，使用八木天線掃頻掃到干擾最強的方向，然后在測試地點B使用八木天線掃到干擾最強的方向，兩方向的交叉處即為干擾源所在地點。如下圖：

圖5 八木天線交叉定位法示意圖

通過掃頻儀連接八木天線，并使用交叉定位法對干擾源進行定位、排查，找到干擾源，驗證對干擾分析判斷的準確性，并最終達到消除干擾。至此，整個清頻測試及干擾排查任務(wù)都已完成，再使用Eagle無線環(huán)境評估分析系統(tǒng)軟件輸出最終清頻測試報告。

4案例分析
4.1案例一

如下圖頻譜展示，測試區(qū)域有信號能量，以-105dBm為門限，信號帶寬近似為20M，判斷測試區(qū)域底噪高的原因為：該區(qū)域F頻段可能存在LTE基站。后經(jīng)現(xiàn)場網(wǎng)優(yōu)工程師核查，該區(qū)域確實存在一個F頻段的LTE新開基站，這與掃頻儀清頻測試的測量結(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，測試區(qū)域有幾個信號能量，且信號頻率分布規(guī)則，以-95dBm為門限，信號帶寬近似為1.6M，初步判斷測試區(qū)域底噪高的原因為：該區(qū)域F頻段可能存在TD-SCDMA基站。后經(jīng)現(xiàn)場網(wǎng)優(yōu)工程師核查，該區(qū)域TD-SCDMA基站的輔頻點占用F頻段，F(xiàn)頻段有業(yè)務(wù)占用，這與掃頻儀清頻測試的測量結(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，測試區(qū)域有幾個信號能量，以-90dBm為門限，信號帶寬近似為300kHz，初步判斷測試區(qū)域底噪高的原因為：該區(qū)域F頻段可能存在小靈通基站信號。參照現(xiàn)網(wǎng)PHS基站工參信息，再進一步到測試區(qū)域現(xiàn)場實地復測排查，確實發(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，測試頻段為D頻段（2500～2690MHz）。測試過程中在高架和部分路面有時會出現(xiàn)多個有規(guī)則的波形，波形帶寬約為8M，分布很有規(guī)律，且在一段時間內(nèi)持續(xù)，通過頻譜分析，對目前移動使用頻段2575-2595MHz最有影響兩個波形，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)備廠商工程師驗證，該信號應(yīng)為廣電信號，且前期已經(jīng)基本驗證了信號來源，該案例掃頻儀的測試數(shù)據(jù)再次驗證了廣電信號對TDD-LTE D頻段影響的真實性。

5 總結(jié)

上述案例來自于華東、華南等地，由上海創(chuàng)遠和當?shù)剡\營商、主設(shè)備廠商用戶合作開展的清頻測試項目。通過這些清頻測試，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)、廣電信號和二次諧波等干擾。在這些干擾中，以小靈通信號占用為例，由于各地電信小靈通退網(wǎng)進度不一，對于TD-LTE頻段占用的情況具有不確定性。由于小靈通信號發(fā)射功率較低，一般為500mW，帶寬300KHz，如果不是在建網(wǎng)初期進行清頻測試，待TD-LTE基站大量建成入網(wǎng)后，這些小靈通信號都將淹沒在LTE頻段的底噪內(nèi)，在這種優(yōu)化階段再來查找小靈通的干擾信號將會是非常困難的。對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，清頻測試都是LTE建網(wǎng)初期必不可缺的一項工作。這個觀點也得到了各地運營商用戶的一致認可。
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。Eagle LTE掃頻儀支持最新的D頻段，即2500～2690MHz，共190M帶寬。部分國外品牌同類產(chǎn)品單次測量僅支持100M帶寬，對于190M帶寬的測量需分2次進行，這也體現(xiàn)了創(chuàng)遠作為國產(chǎn)品牌的儀器儀表企業(yè)，對于國內(nèi)市場需求的響應(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三頻段的頻譜測量同時進行，超過300M的測量帶寬，在RBW設(shè)置為200KHz的條件下，測量周期小于1.5s，測量頻段范圍和測量速度都是極具競爭力的。
強大的后處理能力是Eagle LTE掃頻儀的最大亮點。Eagle無線環(huán)境評估分析系統(tǒng)在測試環(huán)節(jié)可對測量數(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)可實時回放數(shù)據(jù)，展現(xiàn)二維和三維頻譜圖，展現(xiàn)測試區(qū)域內(nèi)各頻點峰值、均值軌跡，展現(xiàn)干擾指數(shù)的軌跡和生成統(tǒng)計報表，并支持測試軌跡圖層的導出和原始數(shù)據(jù)的導出。強大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠幫助用戶快速、直觀地發(fā)現(xiàn)LTE頻段內(nèi)的潛在干擾信號；清晰直觀的二維三維頻譜圖、測量軌跡圖，配合基站工參信息，幫助用戶準確地判斷干擾來源；自動生成的統(tǒng)計報表、各種形式的軌跡圖層為用戶完成測試報告提供了豐富的素材。
根據(jù)上海創(chuàng)遠在華東、華南等地合作開展清頻測試的現(xiàn)場工程師反饋，使用Eagle LTE掃頻儀和Eagle無線環(huán)境評估分析系統(tǒng)對當?shù)鼐W(wǎng)格進行清頻測試和數(shù)據(jù)分析，由于硬件支持同時測量的頻段寬、測量速度快，軟件分析的便捷準確，使得現(xiàn)場的測試工作效率顯著提高，減少了很多重復性的測試工作。相比較使用傳統(tǒng)測試工具和其他品牌掃頻產(chǎn)品，工作效率至少提高60%，這是用戶對Eagle LTE掃頻儀產(chǎn)品的極大支持和肯定！