干擾源偵測鎖定千頭萬緒　頻譜儀助力網路最佳化

此外，隨著政府、企業和一般大眾對於資料保密和安全需求意識的提高，使用特殊通訊干擾器的情形也愈來愈普遍。舉例來說，軍事和政府單位，甚至加油站，往往會為了保密和安全目的而使用通訊干擾器來作為干擾源。此系統間干擾(Inter-system Interference)對通訊品質的影響已變得更加嚴重，且難以預測和控制。偵測系統間干擾的來源進而謀求因應之道，已成為工程師在進行網路維護與最佳化時最感頭痛的問題之一。  

系統外部干擾威脅甚鉅  

通常業界在判別干擾訊號的類型時，可從頻率、頻帶、干擾訊號的方向等依據進行分類。常見的分類有頻帶內/外干擾、同通道/相鄰通道干擾、上/下行鏈路干擾等。若依訊號的來源來分類，則可大略分成系統內干擾與外部干擾兩類。  

系統內干擾(Intra-system Interference)通常是由行動通訊系統內部的分頻多工(Frequency Division Multiplexing, FDM)所造成。隨著網路容量不斷地擴增，系統內干擾已無法完全避免，但其對系統的危害程度比系統間干擾來得小。有效率的頻率規畫加上慎選基地台位置，可將影響程度有效地控制在可接受的範圍內。 真正令系統工程師感到困擾的是系統間干擾，其主要是非法安裝或不合格的中繼器所引起。不同企業所安裝的通訊干擾器，以及其他通訊系統的旁帶、諧波和交互調變乘積洩漏到行動通訊所使用的頻段，亦會引起干擾。其中通訊干擾器、非法安裝和不合格的中繼器所造成的干擾通常是高功率的寬頻訊號，往往會造成一或多個區域的通訊中斷。  

另一種對通訊品質造成嚴重威脅的干擾型態為上行鏈路干擾。通常下行鏈路干擾(Downlink Interference)只會影響到少數的手機用戶，因為手機的分布範圍相當廣，單一蜂巢網路區域的下行鏈路干擾對整體系統的通訊品質的影響很有限。然而上行鏈路干擾(Uplink Interference)卻會擾亂基地台的接收器。當基地台接收器受到干擾時，會導致整個基地台接收到編碼錯誤，而基地台整個服務範圍的品質都會隨之下降，關鍵效能指標(KPI)參數當然也會下滑。  

在各種用於監控和偵測干擾的工具中，頻譜分析儀是應用最廣泛的測試儀器。承前所述，系統間上行鏈路干擾對網路的影響最為嚴重，因此以下將著重介紹以手持頻譜分析儀偵測系統間上行鏈路干擾的方法。  

靈敏度為頻譜分析儀評估關鍵  

干擾測試通常是在戶外的行動環境中進行，因此可攜性便成為基本的需求，換言之儀器必須採手持式設計並以電池供電。值得注意的是，雖然這類儀器強調可攜性，但為了獲得更準確的偵測結果，部分儀器效能指標是不能妥協的，例如靈敏度。因為新一代通訊系統普遍採用寬頻數位調變技術，其訊號頻寬可能寬達數百K到數十MHz，這會導致頻譜中的功率密度降低，因此頻譜分析儀必須具有足夠的雜訊指數和靈敏度才能準確地偵測和分析這類訊號。  

很多因素都會影響頻譜分析儀的靈敏度，但對於新型通訊系統的測試來說，儀器本身的雜訊指數或平均顯示雜訊位準(Displayed Average Noise Level, DANL)才是最重要的。在評估頻譜分析儀的靈敏度需求時，工程師往往有許多誤解。  

以全球行動通訊標準(GSM)的訊號為例，有效的上行鏈路訊號功率通常必須高於-95dBm，但由於系統也要求訊噪比至少應為9dB，所以工程師選擇頻譜分析儀時，其靈敏度門檻至少應為-100dBm。一般工程師在此最容易產生誤解，以為目前市面上大多數的頻譜分析儀在DANL方面多半都介於-110dBm到-130dBm之間，所以採用靈敏度達-130dBm的頻譜分析儀就可以輕易地偵測及量測-100dBm的GSM訊號，但這個想法不一定正確。  

頻譜分析儀的靈敏度　GSM訊號功率  

頻譜分析儀的靈敏度指數是指儀器在某些測試環境下，其解析頻寬濾波器(Resolution Bandwidth Filter, RBW)設為最低時所顯示的雜訊功率(DANL)。根據定義，這種功率等於解析頻寬濾波器內的總整合功率。目前市面上的手持式頻譜分析儀最低RBW通常為100Hz。  

但GSM訊號功率的定義是指GSM的通道功率，或是指在200kHz頻寬下的總整合功率。由於指定分析儀的雜訊功率(靈敏度/DANL)與量測GSM通道功率時的頻寬並不相同，所以無法將頻譜分析儀在最低RBW下的靈敏度值與在不同頻寬下的通道功率值直接加以比較。將功率值均值化(亦即1Hz頻寬的功率密度)之後再行比較，才是有效的比較方法(表1)。

表2列出頻譜分析儀在測試各種常見的通訊訊號時的靈敏度需求。如果指定的靈敏度條件與表格所定義的不同(例如不同的RBW值)，只要利用公式10 log(BW2/BW1)進行簡單的頻寬轉換，就能比較等效靈敏度。其中BW1是起始RBW，BW2為終止RBW。

從表2即可看出，即使通道功率相同，由於不同通訊技術採用不同的訊號頻寬，因此對於分析儀靈敏度的要求也不一樣。訊號頻寬愈大，所須具備的靈敏度愈高，亦即DANL愈低。另外值得一提的是，由於必須在野外現場環境中工作，所以工程師通常也會關心分析儀的量測速度。但實際量測速度(例如掃描時間)總會與靈敏度/DANL互相抵觸。因此在選擇頻譜分析儀時必須在靈敏度與量測速度間取得平衡。  

系統資訊暗藏干擾玄機  

如果系統受到系統間干擾，通訊品質至少會有部分受到影響。負責網路維護與最佳化作業的工程師，可以透過客訴、例行性測試和網路監測系統來發現可能的干擾。以上行鏈路干擾來說，網路本身的監測系統便是最有用的工具和方法。客訴、例行性路測和呼叫品質測試(Call Quality Test, CQT)，主要是反映局部和下行鏈路的干擾。  

網路的控制系統往往可以提供許多有用的參考資訊，例如透過GSM控制系統，工程師可輕易地取得每個載波頻率的接收功率位準、品質和閒置時槽功率等訊息。這些訊息會顯示與干擾型態有關的蛛絲馬跡，例如當系統受到干擾時，通常會出現接收位準較高、品質較差及閒置時槽位準較高等現象。當工程師發現這類現象時，就應該進行更深入的檢視。  

如果系統資訊顯示有幾個載波頻率顯示接收位準令人滿意，但卻出現接收品質變差且時槽位準很高的現象時，工程師就應懷疑是否有同頻率(Co-frequency)干擾和相鄰頻率干擾，並檢查網路的無線頻率規畫。當系統資訊顯示有多個(或全部的)載波頻率都出現上述狀況，甚至其他相鄰基地台也顯示出有類似問題時，通常意味著系統外部出現寬頻干擾。這類干擾源通常是寬頻發射裝置，如中繼器或干擾器。  

要確認基地台的系統間干擾，最直接了當的方法就是移除受影響的基地台或扇區(Sector)的天線介面，並直接將頻譜分析儀連接到接收天線介面以監測射頻訊號和雜訊位準，以確認訊號是否異常。一般來說，射頻訊號和雜訊位準應小於-105dBm。  

分碼多重存取(CDMA)網路也可以運用類似的方法。使用基地台的監測系統，便能取得上行鏈路接收功率的量測值。當上行鏈路接收功率太高時(在都會區通常為-70～-80dB以上)，表示在基地台涵蓋區域內有上行鏈路干擾。如果網路設備本身支援監測功能，Eb/No和訊框錯誤比(Frame Error Ratio, FER)也是可指出是否存在干擾情形的有用統計參數。  

若工程師想進行路測，在測試過程中應特別注意反向或前向頻帶的干擾，這類干擾都可能提升發射器反向功率及前向訊框錯誤率。此外，由於將分析儀連接到基地台的接收天線介面會造成服務中斷，因此可考慮使用可攜式頻譜分析儀和指向性天線來找尋基地台接收天線附近的訊號干擾。圖1和圖2是GSM和CDMA訊號典型的頻譜圖。如果頻譜分析儀偵測出其他類型的頻譜影像，且總功率較高，就可以將該訊號視為系統間干擾存在的證據。

圖1　GSM訊號典型頻譜圖

圖2　CDMA訊號典型頻譜圖

一旦確定系統受到干擾，下一步就是偵測其來源。首先，工程師必須先確認干擾源的方向和類型。根據經驗，應盡可能在較高的地方測試，並使用指向性天線來確認干擾源。

在高處進行測試的理由是為了避免因為建立反射和多徑傳輸，而造成干擾訊號方向的改變。另一個理由則是要利用直接視線(Line-of-sight)傳輸路徑來盡量減少可疑訊號的傳輸損耗，因此即使測試的地點離干擾源很遠，也能輕易地偵測出訊號。  

為了進一步鎖定干擾源的可能位置，工程師應反覆在幾個不同地點進行測試，以便對干擾源方向進行三角測量。然後將在不同地點所量測到的向量資訊繪製在地圖上，向量的交叉點就是干擾源可能的存在位置。  

初步確認干擾源的位置之後，接著就要攜帶頻譜分析儀再三前往該可疑區域附近。因為此時通常必須在地面進行測試，且干擾訊號可能數度被建築物所反射或穿越牆壁，所以即使分析儀較靠近干擾源，通常干擾訊號的位準還是很低。此時，靈敏度較高的分析儀就可顯示出其價值，讓干擾源迅速現形。  

工欲善其事必先利其器  

從確定是否出現干擾情況，到最後鎖定干擾源的實際位置，是一件相當耗費時間與體力的辛苦工作。網路維護工程師若能先對例行的基地台維護巡視中所獲得的訊息進行仔細檢視，往往就可判定周圍環境是否存在干擾現象以及干擾的類型。 因此，判斷與發現干擾訊號的工作能否順利進行，網路維護工程師的經驗是關鍵。若是經驗老到的工程師配備具有高靈敏度的頻譜分析儀，就可收如虎添翼的效果。  

(本文作者為安捷倫電子儀器事業群市場專案經理)