Rilevare interferenze in zona wireless

STRUMENTAZIONE –

La scelta di uno strumento che soddisfa le esigenze del collaudo sul campo tramite una vasta gamma di tecniche di misura è essenziale per garantire che un sistema di comunicazione wireless non venga negativamente influenzato dalle interferenze.

Nei sistemi di comunicazione wireless, le interferenze nel canale di trasmissione possono essere decisamente problematiche, in quanto degradano la ricezione dei segnali desiderati. Le interferenze possono essere dovute a vari tipi di sorgenti, intenzionali o non intenzionali, che emettono energia su frequenze soggette ad assegnazione su licenza oppure di libero uso. A causa della sempre maggior carenza di spettro disponibile e al suo grado di utilizzo sempre più intenso, unita all'adozione di tecniche di trasmissione sofisticate (ad esempio tramite condivisione o riuso delle stesse frequenze) che mirano ad aumentarne la capacità e le prestazioni, i sistemi di comunicazione wireless devono ora funzionare pur essendo soggetti sistematicamente ad un certo livello di interferenze. Sfortunatamente, al crescere della domanda di spettro, crescono anche le interferenze a cui sono soggetti i sistemi wireless. Di conseguenza, l'identificazione e la riduzione delle interferenze è diventata un'attività essenziale per garantire il corretto funzionamento di tutti i sistemi wireless. Naturalmente, la verifica del livello di interferenze in un ambiente di comunicazione wireless non è un'attività semplice, ed essa richiede l'utilizzo di tecniche di misura che impongono nuovi requisiti alla strumentazione elettronica. Per farvi fronte, servono strumenti di misura avanzati, come gli analizzatori di spettro ad alte prestazioni, che siano capaci di valutare, controllare e gestire i livelli di interferenza reciproca che influenzano i vari sistemi di comunicazione wireless.
   
Classificazione delle interferenze
I sistemi di comunicazione wireless possono essere soggetti a numerosi tipi di interferenza. Le interferenze sono spesso classificate come segue:

Interferenza in banda - Una trasmissione indesiderata proveniente da un diverso sistema di comunicazione o da una sorgente non intenzionale che ricade all'interno della larghezza di banda di funzionamento del sistema desiderato.

Interferenza co-canale - Un tipo comune di interferenza derivante da un'altra radio che funziona nell'ambito dello stesso sistema di comunicazione wireless.

Interferenza fuori banda - Derivante da un sistema wireless progettato per funzionare in una certa banda di frequenza che, a causa di un filtraggio non ottimale, fenomeni non lineari o dispersioni, trasmette anche energia nella banda di frequenza assegnata ad un altro sistema wireless.

Interferenza da canale adiacente - Effetto della trasmissione sulla frequenza di un determinato canale che emette energia indesiderata anche nei canali vicini, di solito appartenenti allo stesso sistema di comunicazione.

Interferenza sulla tratta Uplink (collegamento di ritorno) - Interferenza che affligge il ricevitore della stazione base e le relative comunicazioni dai dispositivi mobili verso la stazione base stessa.

Interferenza sulla tratta Downlink - Interferenza che disturba il canale di comunicazione, tipicamente dalla stazione base al dispositivo mobile.

La classe dell'interferenza che affligge un sistema wireless riveste un ruolo importante, in quanto aiuta il progettista a predisporre le necessarie contromisure. Ad esempio, l'interferenza fuori banda può insorgere a causa di un trasmettitore progettato male o filtrato in modo non corretto, che crea armoniche ricadenti in una banda di frequenza più elevata. Pertanto, il corretto filtraggio delle armoniche di un trasmettitore è un fattore critico e necessario per garantire che un sistema di comunicazione wireless non ne disturbi un altro funzionante in una banda di frequenza più elevata.

Tecniche di misura delle interferenze
Quando un sistema wireless non funziona come deve, o si sospetta l'esistenza di fenomeni di interferenza radio, bisognerebbe utilizzare un moderno analizzatore di spettro ad alte prestazioni per confermare la presenza di segnali indesiderati all'interno della banda assegnata ai vari canali di comunicazione. Questo tipo di strumento si rivela molto utile per misurare il livello di potenza dei segnali interferenti in funzione del tempo, della frequenza e della posizione. Poiché il rilevamento di interferenze richiede spesso di effettuare misure e acquisire dati nell'ambiente che circonda l'area di un sistema wireless, è estremamente consigliato l'utilizzo di uno strumento a batteria che abbia prestazioni simili a quelli dei tradizionali strumenti di misura da laboratorio. Il processo di identificazione di segnali indesiderati può richiedere la scoperta del tipo di segnale, tra cui: la durata della sua emissione, il numero di volte che appare, la frequenza della portante, la sua larghezza di banda e, possibilmente, anche la localizzazione fisica della posizione del trasmettitore interferente. Se il sistema funziona in modalità full-duplex, potrebbe essere necessario esaminare i canali destinati alle tratte in salita (uplink) e discesa (downlink) per identificare i fenomeni interferenti. La misura delle interferenze, specialmente via radio, richiede tipicamente un analizzatore di spettro con un livello di rumore molto basso. Il parametro Danl (Displayed average noise level) varia in base all'impostazione della banda di risoluzione (Rbw) dello strumento, con il livello di rumore che diminuisce al diminuire dell'impostazione della larghezza di banda del filtro di risoluzione. Una riduzione tipica di Rbw di un fattore 10 migliora di 10 dB il livello di rumore di fondo. Il tempo di misura per effettuare una scansione con l'analizzatore dipende in modo inverso dalla larghezza di banda di risoluzione. Pertanto, diminuendo l'impostazione della banda di risoluzione, si allungano i tempi di misura per effettuare una scansione. Poiché la possibilità di misurare rapidamente e visualizzare segnali di basso livello è una funzione del rapporto segnale/rumore del rivelatore dello strumento, il miglioramento del livello di segnale può essere ottenuto riducendo l'attenuazione d'ingresso dell'analizzatore. Con un basso valore di attenuazione d'ingresso, tipicamente abbassato a 0 dB, è possibile aumentare la larghezza del filtro Rbw, ottenendo una conseguente velocizzazione della scansione. Il livello di segnale misurato dal rilevatore può anche essere migliorato utilizzando un preamplificatore integrato oppure esterno. È importante porre particolare attenzione alle condizioni di lavoro dell'analizzatore quando si riduce l'attenuazione del segnale di ingresso e si misurano segnali di grande intensità. I segnali di ampiezza elevata potrebbero saturare il circuito di ingresso dell'analizzatore, con il risultato di generare internamente delle distorsioni, o peggio, di danneggiare lo strumento. Le distorsioni generate internamente vengono visualizzate sull'analizzatore come se provenissero dal segnali di interesse. In tali condizioni, l'impostazione dell'attenuatore deve essere ottimizzata per garantire la gamma dinamica più elevata. Quando si misurano interferenze di tipo impulsivo, intermittente, o che saltano da una frequenza all'altra, l'analizzatore di spettro può essere configurato in vari modi per aiutare a rilevare e identificare questi tipi di segnali. Nella modalità MaxHold, ad esempio, l'analizzatore di spettro può memorizzare e visualizzare il valore massimo della traccia rilevato su più scansioni successive. Questa modalità di funzionamento è molto utile quando serve conoscere la sola ampiezza massima di un segnale intermittente. Se serve conoscere anche la variazione del segnale in funzione del tempo, la modalità di visualizzazione a spettrogramma o a cascata può fornire molte indicazioni utili supplementari per identificare la sorgente di un segnale intermittente. Lo spettrogramma è una modalità particolare per visualizzare contemporaneamente frequenza, durata e ampiezza di un segnale. Lo spettrogramma mostra la progressione nel tempo dello spettro di frequenze con una scala di colori che indica l'ampiezza misurata di ciascuna componente del segnale. Il diagramma a cascata offre una visualizzazione tridimensionale con colori che riproducono l'evoluzione storica delle ampiezze in funzione della frequenza e del tempo. La modalità Zero Span e l'acquisizione di scansioni temporali possono essere anch'esse utili per misurare interferenze intermittenti. Con la modalità Zero Span, la frequenza centrale dell'analizzatore di spettro rimane fissa su una determinate frequenza e l'analizzatore riproduce le variazioni di ampiezza rilevate nel dominio del tempo. La larghezza del filtro di risoluzione viene regolata in modo sufficientemente ampio per catturare la maggior larghezza di banda del segnale possibile senza aumentare il rumore di fondo a livelli inaccettabili. L'acquisizione di scansioni cattura i segnali impulsivi o intermittenti con un basso livello di attività catturando l'intero segnale nel dominio del tempo per un certo periodo. I segnali interferenti che sono difficili da rilevare possono anche essere catturati con un'opportuna impostazione dei parametri della larghezza di banda di risoluzione, attenuazione e preamplificazione.

Comprendere i requisiti degli strumenti
È opportuno prendere in considerazione diverse caratteristiche fondamentali di un analizzatore di spettro per l'esecuzione di prove di interferenza sul campo, tra cui la sua portabilità e robustezza. Una lunga durata della batteria e la possibilità di sostituirla rapidamente, il riavvio rapido da uno stato di pausa, il Gps integrato, il blocco delle tensioni continue e la disponibilità di una sorgente di tensione continua sono altri requisiti importanti da valutare per i test sul campo. Una sorgente di alimentazione in continua, applicabile a una derivazione a T esterna, si rivela particolarmente utile per alimentare i convertitori di frequenza a basso rumore tipicamente utilizzati nella applicazioni satellitari. Oltre ad un analizzatore di spettro ad alte prestazioni, serve un cavo di alta qualità per collegare lo strumento alla porta di collaudo del sistema o ad un antenna. La corretta manutenzione del cavo, compresa la protezione e la pulizia dei connettori sia sullo strumento che sul cavo, è vitale per effettuare misura accurate e ripetibili. L'antenna di prova costituisce un altro elemento importante per le misure di interferenza. Deve essere progettata per coprire la banda di frequenze di interesse, e al contempo essere leggera e portatili. Idealmente, dovrebbe avere caratteristiche simili a quelle delle antenne utilizzate nei sistemi wireless che si stanno valutando. Se l'antenna di sistema è di tipo omnidriezionale a basso guadagno con polarizzazione verticale, anche l'antenna di misura collegata all'analizzatore di spettro dovrebbe essere dello stesso tipo. Quando si esamina un ampio spettro di frequenze, un'antenna a stilo può sostituire la tipica antenna a banda stretta usata nel sistema. Quando si eseguono misure su segnali molto deboli e si devono “localizzare” trasmettitori non autorizzati, andrebbe collegata all'analizzatore un'antenna direzionale ad elevato guadagno.

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