Bild 1: Messung im Spektrogramm-Modus.

Bild 1: Messung im Spektrogramm-Modus. Anritsu

Die Mittenfrequenz eines überlagernden Störsignals ist der wichtigste Parameter, den es zu bestimmen gilt, wenn man seinen Ursprung identifizieren möchte. Das Störsignal, das den Empfang einer Übertragung stört, kann dabei entweder innerhalb oder außerhalb des Bandes liegen welches das Signal selbst beinhaltet. Es breitet sich über die Antenne zum Empfänger aus. Da der Empfänger eines Übertragungssystems Frequenzen abseits der Nutzfrequenz nicht empfangen kann, sollte im Rahmen der Überwachung statt des Empfängers ein Spektrumanalysator verwendet werden. Der Spektrumanalysator „sieht“ über die Antenne des Übertragungssystems auch die abseits liegenden Frequenzbänder, wodurch Rückschlüsse auf mögliche Störparameter, deren Pegel und Einfallsrichtung möglich sind. Durch die Analyse des Frequenzspektrums kann eine Reihe von essenziellen Parametern ermittelt werden. Unter anderem die Frequenz des Signals, die Feldstärke, der Oberschwingungsanteil, die Qualität und die Modulationsart, Verzerrung und das Rauschen.

Identifikation von Störsignalen und Interferenz

Störungen und Interferenzen können aus einer Vielzahl unterschiedlicher Quellen stammen:

  • Versteckte Sender,
  • unlizensierte Aussendungen in zugewiesenen Frequenzbändern,
  • Aussendungen, die sich in unmittelbarer Nähe der Trägerfrequenz des Nutzsignals befinden und somit in der Nutzbandbreite liegen,
  • elektronische Störmaßnahmen zur Unterbrechung und Störung von Nutzsignalen,
  • unbeabsichtigte Aussendungen.

In all diesen Fällen ist der erste Schritt die Detektion der unerwünschten Signale, was gewissermaßen nicht immer einfach ist. Nun hat man zwar Kenntnisse über das Signal an sich, die größte Herausforderung liegt jedoch in der Lokalisierung der Quelle, beziehungsweise dem eigentlichen Grund für die Störausstrahlung.

Bild 2: Die 3D-Spektrogrammsanzeige macht Störungen leichter erkennbar.

Bild 2: Die 3D-Spektrogrammsanzeige macht Störungen leichter erkennbar.Anritsu

Mit den Anritsu-Spektrumanalysatoren werden vielfältige Softwareoptionen geboten, um Interferenzen zu analysieren und zu orten. Eine der wichtigsten gerätetechnischen Voraussetzungen für die Detektion von Stör- und Interferenzausstrahlungen ist:

  • eine hohe Empfindlichkeit (niedriger Displayed Average Noise Level, DANL), um Aussendungen mit kleinen Pegeln selbst noch im Rauschen zu identifizieren,
  • ein hoher Dynamikbereich, das heißt die Möglichkeit unmittelbar nebeneinander liegende relativ hohe und kleine Pegel verzerrungsfrei darzustellen und
  • ein geringes Phasenrauschen des Lokaloszillators zur Trennung beziehungsweise Auflösung unmittelbar nebeneinander liegender spektraler Komponenten.

Einhalten der zugewiesenen Bandbreite und Sendeleistung prüfen

Eine Vielzahl von Radiofrequenzen wird von den tagtäglichen, drahtlosen Kommunikationssystemen und anderen elektronischen Anwendungen erzeugt, die häufig im selben Frequenzband nebeneinander arbeiten. Bedingt durch diese Koexistenz können Interferenzen generiert werden, die den Betrieb der einzelnen Systeme und deren Funkabdeckung negativ beeinflussen können. Es ist demnach sehr wichtig über die „spektrale Reinheit“ der Umwelt und die Übertragungsqualität im Funkkanal nachzudenken, um Erkenntnisse über die beteiligten Störfaktoren und deren Einflüsse zu gewinnen. Das Ziel ist dabei die Überwachung der spektralen Nutzung und das Einhalten der vorgegebenen Sendeleistung für die Aufrechterhaltung einer hohen Übertragungsqualität im Funkkanal.

Neben diesen unabdingbaren Grundvoraussetzungen für die Spektralanalyse bieten die Anritsu-Analysatoren eine optimierte Betriebsart für die Identifikation von bekannten, unbekannten, permanenten oder zufälligen Signalen. Diese Option bietet folgende Messmöglichkeiten:

  • Spektrogramm (Wasserfalldarstellung),
  • Received Signal Strength Indicator (RSSI), das heißt Messung des Signalpegels über der Zeit im Zero-Span-Betrieb auf einer fest eingestellten Frequenz,
  • Feldstärkemessung (Momentanwertanzeige) im Zero-Span-Betrieb auf einer fest eingestellten Frequenz und akustische Überwachung des demodulierten Signals,
  • Signalidentifikation im Hinblick auf Mittenfrequenz, Bandbreite, Kanalnummer, SNR und Modulationsart (FM, CDMA, GSM, WCDMA, WLAN).

Spektrogramm

Mit der Wasserfalldarstellung können Störaussendungen von intermittierenden Signalen einfach analysiert werden. Teile des Spektrums oder der gesamte Frequenzbereich des Gerätes können bis zu einer Dauer von maximal 72 Stunden in zuvor definierten Zeitintervallen aufzeichnet und dabei zum Beispiel die Messdaten auf einem USB-Stick abspeichern werden. Das Post-Processing, das heißt die Analyse der Messdaten kann einfach mit den kostenlos verfügbaren Anritsu-Master-Software-Tools durchgeführt werden. Die zwei- oder dreidimensionale Darstellung ermöglicht vielfältige Messmöglichkeiten im Zeit- und Frequenzbereich. Sie können zudem die Messdaten in Echtzeit wiedergeben und gewinnen so einen Eindruck vom Signalgeschehen. Die Pegel des Spektrogramm können individuell unter Verwendung eines Farbeditors angepasst werden. Eine einmal definierte Farbpalette kann gespeichert und wiederverwendet werden. Mit der Zoomfunktion kann dabei in das Signalgeschehen hineingezoomt werden (Bild 1).

Bild 3: Identifikation im Scanmodus.

Bild 3: Identifikation im Scanmodus.Anritsu

Das in Bild 2 gezeigte 3D-Spektrogramm macht Störungen leicht erkennbar. Anstatt der zuvor angeführten „Wiedergabe“ aller erfassten Spektren, sieht man nun das Frequenzgeschehen auf einen Blick. Die Stärke der 3D-Spektrogrammsanzeige ist dabei seine Anpassbarkeit: Rotation der Darstellung auf allen drei Achsen, Min/Max-Marker zur Identifikation von Spitzenwerten in den Spuren, sowie Spektrogrammzoom für eine Nahaufnahme der Details.

Identifikation von unbekannten Signalen

Die Signal-ID-Funktion ist Bestandteil des Interference Analyzer Modus (Bild 3 und Bild 4). Wenn mehrere Signale eng miteineinander verwoben sind, ist es schwierig, die darin enthaltenen Signaltypen zu unterscheiden. Die Signal-ID-Funktion stellt dabei in Listenform die identifizierten Signale hinsichtlich Mittenfrequenz, Bandbreite, Kanalnummer, SNR und Modulationsart (FM, CDMA, GSM, WCDMA, WLAN) im Bereich der gesetzten Start- und Stopp-Frequenz dar. Daneben können mit einer Cursorfunktion (rot gepunktete Linie) auch einzelne Frequenzbereiche analysiert werden. Wenn das Gerät den Signaltypen erkennt, erscheint ein blauer Balken zur Identifizierung des durch das Messsignal belegten Bereiches. Wenn der Standard nicht erkannt wird, wird der blaue Balken nicht angezeigt.

Bild 4: Identifikation im Frequenzmodus.

Bild 4: Identifikation im Frequenzmodus.Anritsu

Ortung von Störsignalen und Interferenzen

Die Ortung von Störsignalen ist mit der Anritsu Interference Analyzer Option 25 in Verbindung mit der GPS-Empfänger Option 31 leicht und einfach. Man schließt eine Richtantenne an das Gerät an und peilt auf der in das Gerät hochgeladenen georeferenzierten Karte (zum Beispiel aus Google Maps) den vermuteten Senderstandort. Die akustische Überwachung des zu peilenden Signals mit der Feldstärkemessoption ermöglicht es dabei einfach und schnell die Einfallsrichtung zu ermitteln. Durch Drehen des Einstellknopfes am Gerät bewegt man den Peilstrahl in die zuvor festgestellte Richtung und übernimmt die Messwerte durch Abschluss der Messung. Dann wiederholt man diese Messung von zwei oder drei verschiedenen Standorten (verschiedene Winkel) um die ungefähre geographische Position zu triangulieren (Bild 6).

Bild 5a: Anritsu Richtantenne 885 - 975 MHz, 12,3 dBi.

Bild 5a: Anritsu Richtantenne 885 – 975 MHz, 12,3 dBi.Anritsu

Bild 5b: Charakteristik der Richtantenne.

Bild 5b: Charakteristik der Richtantenne.Anritsu

Die Feldstärkemessfunktion ist auch im Nahbereich des vermuteten Senders sehr hilfreich. Mittels akustischer Auswertung des Signals lässt sich die Richtung mit Hilfe der Richtantenne und dem Gehör finden. Bei einer Veränderung der Ausrichtung der Antenne wird der Signalton, abhängig von Herkunftsort und Stärke der Quelle, lauter oder leiser.

Bild 6: Ortung durch Triangulation.

Bild 6: Ortung durch Triangulation.Anritsu

Messung des C/I Ratio Signal-Interferenz-Verhältnisses

Die Qualität von Übertragungssystemen nach dem WLAN 802.11-Standard oder den GSM- beziehungsweise CDMA-Mobilfunkstandards und deren Robustheit hängt letztendlich vom Verhältnis Signalpegel (C) zu Interferenz (I) ab, dem so genannten C/I-Ratio. Es ist daher wichtig im Funkfeld so genannte C/I-Abschätzungen vornehmen zu können. Das Ergebnis ermöglicht eine Aussage, ob das Übertragungssystem unter den jeweiligen Vor-Ort-Bedingungen (Kanaldispersion, Delayspread und den damit einhergehenden Intersymbolinterferenzen) erfolgreich arbeiten kann. Die C/I-Messung wird in zwei Stufen durchgeführt: Erst wird der Pegel des modulierten Signals gemessen, dann das Signal ausgeschaltet, so dass nun der Summenpegel von Interferenz und Rauschen gemessen werden kann. Im Anschluss kann das C/I-Verhältnis direkt auf dem Analyse-Bildschirm angezeigt werden (Bild 7).

Bild 7: C/I-Verhältnis direkt auf dem Analyse-Bildschirm.

Bild 7: C/I-Verhältnis direkt auf dem Analyse-Bildschirm.Anritsu

Überwachung und Kontrolle möglicher Interferenz

Mit einer ebenfalls als Option erhältlichen Scanner-Betriebsart können zuvor definierte Frequenzkanäle in Form einer Balkengrafik oder im Listenformat überwacht werden. Hierbei können maximal 20 Kanäle auf dem Display dargestellt werden. Mit der verfügbaren Script Scanmaster Software lassen sich maximal 1200 Kanäle überwachen. Die zu überwachenden Frequenzen können dabei ein kontinuierliches Spektrum abdecken oder beliebig angeordnet sein (Bild 8).

Bild 8: Scanner Modus.

Bild 8: Scanner Modus. Anritsu

Das folgende Beispiel zeigt die Frequenzsituation mit neun lokalen Sendestationen an einem realen Flughafenstandort:

  • Rundfunksender auf 106,50 MHz, Bandbreite 80 kHz, FM,
  • ERMES Paging-Sender auf 169,50 MHz, Bandbreite 25 kHz, 4-PAM/FM,
  • drei Mobilfunksektoren: GSM 1800 auf 1805,2 MHz (Kanal 512), Bandbreite 200 kHz, 8-PSK; AMP/EIA auf 885,75 MHz (Kanal 553), Bandbreite 30 kHz, FM; PCS 1900 auf 1932,5 MHz (Kanal 50), Bandbreite 200 kHz, GMSK,
  • Amateurfunk-Repeater auf 147,36 MHz, Bandbreite 12,5 kHz, FM,
  • Amateurfunk-Packet Radio Repeater auf 485,5625 MHz, Bandbreite 20 kHz, FSK,
  • Land Mobile Radio (LMR) BTS auf 451,7875 MHz, Bandbreite 12,5 kHz, C4FM,
  • Flight-Information-System auf 121,4 MHz, Bandbreite 25 kHz, AM (A3E).

Zur Überwachung und Kontrolle möglicher Interferenzen kann nun mit der so genannten Option 27 für jeden Sender beziehungsweise den aus dem Frequenzgemisch resultierenden Intermodulationsprodukten ein „Überwachungskanal“ definiert werden. Einmal abgespeichert kann ein Setup jederzeit einfach wieder geladen werden. Die gezielte Überwachung einzelner Frequenzkanäle ist mit dieser einfach und schnell geworden.

Fazit

Erfahrene Außendienst-Ingenieure und Techniker wissen, dass die Verwendung einer praxiserprobten, guten Messprozedur im Zusammenhang mit qualitativ hochwertigen Messmitteln zu einer effektiven Lösung für die Identifikation von Interferenzquellen führt. Die Interference Analyzer der tragbaren Spectrummaster, BTS-, Cell-, LMR-Master als auch die Spektrumanalyzer-Produktfamilie der VNA-Master sind sehr gut für diese Aufgabe geeignet. Praktische Erfahrung im Umgang mit Hochfrequenzmessmittel alleine reicht nicht aus, um im schwierigen Signalumfeld zu verwertbaren Resultaten zu kommen. Vielmehr muss der Beachtung von wichtigen Parametern die gleiche Aufmerksamkeit gewidmet werden:

  • genügend hohe Kanalleistung und Signal-Rausch-Verhältnis (C/I) größer 10 dB, das heißt keine Messung direkt am Rauschpegel,
  • belegte Bandbreite,
  • Modulationsart (oder Spektrum),
  • Auflöse- und Videobandbreite, passen Sie diese Parameter an Ihr Signal an,
  • verwendeter Detektionstyp (Average, Peak oder RMS),
  • Identifizieren der Harmonischen und möglicher Intermodulationsprodukte,
  • analoge Demodulation, „reinhören“ um festzustellen, um was es sich handeln könnte,
  • Nutzung der Demodulationsmöglichkeiten bei bekannten Standards (GSM, UMTS, WiMAX und so weiter) und deren inhärente Qualitätsparameter für die Signalbeurteilung.