Sebbene lo spettro elettromagnetico sia continuamente regolamentato e si assegnino specifiche bande di frequenza a determinate applicazioni, l'affollamento porta le reti a subire interferenze e talvolta persino interruzioni.
Nell'affollato ambiente dello spettro RF è fondamentale rilevare, identificare, localizzare e mitigare i segnali problematici prima che influiscano negativamente sui diversi sistemi a radiofrequenza, come telefoni cellulari e droni, dove le interferenze rappresentano una minaccia frequente e imprevedibile per le prestazioni e la sicurezza. Che siano intenzionali o accidentali, possono causare danni a un sistema wireless, creando problemi come rumore o perdita di servizio. Il monitoraggio dello spettro continua a evolversi per rilevare e localizzare al meglio le interferenze nelle comunicazioni, rafforzando al contempo le tecniche chiave per mitigare le interferenze.
Esistono due tipi di interferenze: in banda e fuori banda. L'interferenza in banda si verifica quando un trasmettitore opera direttamente sopra un altro segnale a una particolare frequenza. Di solito, è possibile identificare questi emettitori più facilmente rispetto agli interferenti fuori banda. Con l'interferenza fuori banda, un trasmettitore si attiva a una frequenza diversa dal segnale “vittima”.
Quando il trasmettitore fuori banda si attiva, presenta una distorsione di intermodulazione o miscelazione armonica; questo evento può causarne la miscelazione con un altro segnale vicino o persino con il ricevitore stesso. Se il ricevitore interessato funge da ricevitore di miscelazione, crea un segnale di interferenza dannoso sulla frequenza. Nello spettro RF esistono fonti di interferenza sempre più varie, tuttavia i problemi di segnale derivano solitamente da comunicazioni cellulari, da interferenze satellitari e da dispositivi senza licenza.
La comunicazione cellulare subisce interferenze sia in banda che fuori banda. In alcuni scenari, causa entrambi i tipi di interferenza. I sistemi cellulari operano a un livello di potenza inferiore a causa dell'elevato numero di stazioni base installate. Poiché i dispositivi cellulari odierni regolano la loro potenza in base alla loro vicinanza, un interferente di potenza relativamente bassa può costituire un problema.
Le tecnologie cellulari introducono anche problemi di interferenza legati alla condivisione dello spettro, situazione per cui più servizi occupano la stessa banda di frequenza. Molte implementazioni 5G utilizzano bande di spettro precedentemente assegnate ai sistemi militari, inclusa la banda Ka, che supporta le comunicazioni radar e satellitari. Nelle gamme di frequenza 5G, ad esempio come FR1 a bassa frequenza, i terminali VSAT della banda C operano già in una banda simile o adiacente ai 3,5 GHz. Se una stazione base 5G si trova nel fascio azimutale di un terminale VSAT che trasmette in una banda adiacente, potrebbe sovrapporsi. Come risultato si ha un aumento del rumore effettivo per quel terminale in banda C, potenzialmente generando interferenze dannose. Nell'assegnare le frequenze per il 5G in FR1, le autorità di regolamentazione devono tenere conto dei servizi satellitari in banda C esistenti negli ambienti urbani. Spesso, questi servizi riguardano ambiti critici come le comunicazioni governative. L'autorità di regolamentazione deve quindi scegliere attentamente dove posizionare le stazioni base per prevenire questi problemi.
Nell'economia globale, i consumatori portano spesso dispositivi senza licenza da un paese all'altro. Sebbene questi dispositivi siano conformi alle normative del paese di origine, se utilizzati all'estero possono interferire con i servizi wireless del paese ospitante. Un esempio sono i telefoni DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) 6.0, molto diffusi nelle case e nelle aziende statunitensi; questi telefoni funzionano bene in termini di connessione wireless tra il ricevitore e la stazione base. Ma Quando gli utenti accendono i loro telefoni DECT 6.0, questi emettono nella banda cellulare wireless del servizio di comunicazione personale (PCS). Diversi paesi hanno segnalato problemi di interferenza con la rete cellulare causati da questi telefoni.
La diffusione della tecnologia delle comunicazioni nel mondo odierno aumenta il rischio di interferenze, alcuni di questi esempi includono fonti non legate alla comunicazione. I LED, ad esempio, possono influire sulla ricezione della radio FM, delle trasmissioni televisive digitali (DTV), delle comunicazioni ad altissima frequenza (VHF) e delle comunicazioni cellulari LTE (Long-Term Evolution) fino a 300 metri. Altre fonti comuni di problemi includono antenne e amplificatori di ricezione DTV attivi per interni. Possono influire sulle comunicazioni aeronautiche, di polizia, dei vigili del fuoco, sulle comunicazioni cellulari GSM (Global System for Mobile Communication) e UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) fino a due chilometri o più se collegati a un'antenna esterna. Gli alimentatori switching possono influenzare le comunicazioni radio VHF fino a 50 metri. Anche la segnaletica elettronica presenta potenziali problemi di interferenza, con un impatto sulle comunicazioni cellulari LTE fino a 200 metri. Per attenuare i rischi derivanti da queste fonti di segnale, è necessario innanzitutto prevenire o isolare le interferenze.
Limitare le interferenze
Per mitigare i rischi nelle comunicazioni, è necessario prevenire o isolare le interferenze presenti in uno spettro affollato. Ad esempio, in un parco divertimenti o in uno stadio, polizia, personale di servizio e personale medico comunicano via radio quando qualcuno ha bisogno di aiuto o si presentano altri problemi. Tali ambienti sono sovraffollati e le persone utilizzano i propri dispositivi per effettuare chiamate, pubblicare post sui social o inviare messaggi di testo, e un segnale di interferenza potrebbe potenzialmente interrompere le comunicazioni di emergenza. Le persone portano con sé una varietà di dispositivi e alcuni possono influire negativamente sulla rete, oltre a telefoni cellulari con funzionalità Bluetooth e Wi-Fi ci sono i portachiavi per auto che utilizzano un segnale RF per controllare l’accesso al veicolo, ma anche le radio mobili terrestri bidirezionali, utilizzate dal personale di pronto intervento sul campo.
Per limitare le interferenze è necessario il monitoraggio dello spettro e l'analisi del segnale che di solito non avviene in una camera chiusa, ma nel mondo reale, spesso in ambienti densamente affollati di segnali, ad esempio su un tetto in presenza di un'antenna. Di conseguenza, non è possibile controllare ciò che il ricevitore vede e ciò di cui ha bisogno per registrare, regolare ed elaborare i segnali di interesse. Il rilevamento RF intelligente e distribuito consente di abbandonare le tradizionali tecniche di radiogoniometria per la localizzazione dell'emettitore. L'analisi del segnale e il monitoraggio dello spettro, un tempo principalmente una funzione hardware, vengono ora eseguiti tramite software. Oggi, nuovi e unici modi di raccogliere e memorizzare i dati spettrali consentono agli ingegneri di visualizzarli in modi innovativi e di intraprendere nuove azioni basate sulle informazioni relative all'attività dello spettro. I sistemi di monitoraggio e analisi eseguono tre misurazioni di base: rilevamento dell'energia, la classificazione del segnale e la geolocalizzazione dell'emettitore; queste funzioni forniscono una guida e l’assistenza necessarie.
Le seguenti applicazioni richiedono sempre più spesso il monitoraggio dello spettro e il rilevamento delle interferenze: monitoraggio delle strutture, campi di ricezione satellitari ed esterni, monitoraggio dei droni e della signal intelligence, ovvero della raccolta e dell'analisi di informazioni ottenute intercettando e studiando segnali elettronici, sia quelli emessi tra persone (come comunicazioni radio e telefoniche) sia quelli prodotti da macchine (come segnali radar e di sistemi d'arma).
Individuazione e misura delle interferenze
Un metodo consiste nel posizionare sensori RF sincronizzati intorno all'area interessata. Una struttura di controllo centrale raccoglie e analizza i dati provenienti da questi sensori. Il software rileva, identifica e fornisce la posizione dei segnali interferenti utilizzando un algoritmo di impronta digitale RF. La scoperta dell’impronta digitale in qualsiasi punto dello spettro attiva la geolocalizzazione, che porta alla posizione dell'emettitore. Come paragone del processo si immagini un lago, su cui si misurano le diverse lunghezze delle increspature che si formano sulla riva dopo aver lanciato un sasso in acqua; i sensori, raccogliendo le informazioni sulla riva, possono individuare con precisione il punto in cui il sasso ha colpito la superficie dell’acqua.
Un secondo passaggio prevede l'utilizzo di un analizzatore portatile in combinazione con un software di geolocalizzazione, come ad esempio Keysight Spectrum Management Software. Un algoritmo di geolocalizzazione può individuare la posizione del segnale interferente fino a meno di 100 metri, ma è comunque necessario l’ausilio di uno strumento per focalizzare gli ultimi metri e un analizzatore portatile con un'antenna direzionale puntata in diverse direzioni capterà il segnale più forte. Determinare la sorgente di un segnale in movimento, come quello trasmesso da un veicolo, è un po' più complicato. Comunque, con il monitoraggio continuo e la geolocalizzazione, è possibile determinare la direzione e la velocità del segnale in movimento. Per identificare un trasmettitore, è anche possibile effettuarne una registrazione. Una registrazione del segnale in quadratura (IQ) conserva sia le informazioni di ampiezza che di fase, fornendo una rappresentazione completa delle caratteristiche del segnale.
Keysight Spectrum Management Software consente l'analisi post-acquisizione delle registrazioni IQ, consentendo agli utenti di classificare i segnali, visualizzare l'occupazione dello spettro e geolocalizzare le sorgenti di interferenza da un'interfaccia unificata. Oltre alla mappatura della potenza del segnale, i dati IQ consentono tecniche di radiogoniometria (DF) molto precise, aiutando a circoscrivere la posizione delle fonti di interferenza con maggiore sicurezza.
La soluzione HW e SW
Keysight Spectrum Management Software (KSMS) è un kit completo di strumenti software per modernizzare il modo in cui i regolatori di frequenza e gli operatori di reti pubbliche e private gestiscono le proprie risorse di frequenza, rilevando, localizzando e riducendo i problemi di interferenza, per fornire un'ottimizzazione completa dello spettro, dalla RF alla demodulazione analogica e digitale via etere. KSMS funziona con gli analizzatori RF e MW Keysight FieldFox con una frequenza operativa da DC a 54 GHz. FieldFox può essere collegato in rete e trasportato all'interno di un veicolo. Gli utenti possono configurare rapidamente una rete di monitoraggio del segnale ad hoc per controllare le attività dello spettro RF, segnalare l'allocazione e l'utilizzo delle frequenze, rilevare eventuali interferenze e localizzarle utilizzando le tecniche TDOA (Time of Difference of Arrival) e RSS (Received Signal Strength). FieldFox RTSA con un'antenna direzionale portatile può individuare la fonte di interferenza all'ultimo miglio.
Gli analizzatori portatili FieldFox sono in grado di resistere alle condizioni di lavoro più difficili, grazie a un design robusto, ma leggero, alimentato a batteria, ideale per effettuare misurazioni su dispositivi RF come cavi, antenne, filtri, amplificatori e analisi di segnali/spettro.
Si può creare una soluzione portatile specializzata selezionando le opzioni e le funzionalità per gestire l'analisi spettrale di cavi e antenne o l'analisi di rete vettoriale (VNA), l'analisi di spettro in tempo reale e l'analisi di demodulazione digitale via etere (OTA) necessarie per le varie applicazioni. Questi analizzatori garantiscono che ogni modalità operativa sia sufficientemente flessibile da soddisfare le esigenze sia di operatori principianti che degli esperti. Il nuovo analizzatore della serie C, in particolare il modello N9912C, rende FieldFox uno strumento completamente software-defined.
