Cercare le interferenze in modo efficace

In un mondo sempre più connesso in modalità wireless, le interferenze sono un fenomeno fastidioso che provoca rumore, interruzioni di chiamate al cellulare e, più in generale, disturbi alle comunicazioni. Nel caso delle reti cellulari l’interferenza è in realtà parte della rete. Mentre la maggior parte delle reti attuali sono dotate di funzionalità integrate per rilevare le interferenze, questi strumenti spesso non tengono conto del contesto in quanto orientati verso l’osservazione di un numero ridotto di tipologie di segnale e possono essere in grado solamente di misurare l’impatto del problema su un singolo canale. Un analizzatore di spettro è lo strumento di riferimento che i tecnici utilizzano per misurare e identificare le sorgenti dell’interferenza. Sebbene sul mercato siano disponibili parecchi tipi di analizzatori di spettro, la maggior parte dei tecnici opta per modelli di questi strumenti aventi ridotte dimensioni e alimentati a batteria in quanto permettono loro di spostarsi liberamente e correlare i dati acquisiti da multiple posizioni. Quando si è alla ricerca di un’interferenza, il primo problema da affrontare è determinare se è anche possibile misurare il segnale interferente. Tipicamente un ricevitore vittima, che è il primo oggetto da esaminare, è semplice da identificare. Il problema è derivato dal fatto che i ricevitori radio sono in grado di rilevare segnali di bassa entità. Di conseguenza l’analizzatore di spettro deve essere impostato in modo da riprodurre il più fedelmente possibile la sensibilità del ricevitore vittima al fine di poter osservare quello che il ricevitore stesso sta osservando. Per esempio un tipico ricevitore Lte è caratterizzato da una sensibilità dell’ordine di -120 dBm. Ciò significa che ogni inquinamento Rf sul canale del ricevitore superiore a -120 dBm può influenzarne il funzionamento.

Analizzatori di spettro in tempo reale

In un analizzatore di spettro sono disponibili due controlli per regolare la sensibilità: il livello di riferimento e la banda passante di risoluzione. Il problema è dato dal fatto che quando si eseguono misure in modalità Ota (Over The Air) il livello di riferimento deve essere mantenuto a un valore abbastanza elevato (-30 dBm), in modo tale che l’analizzatore di spettro non venga sovraccaricato con tutta l’energia Rf misurata. In molti analizzatori di spettro il controllo Rbw (Resolution Bandwidth) è impostato automaticamente in base all’ampiezza dell’intervallo di frequenze selezionato dall’utilizzatore. Nelle misure di tipo Ota i valori di Rbw dovrebbero essere ridotti al fine di poter visualizzare piccoli segnali che potrebbero interessare il ricevitore vittima. Una combinazione di questo tipo dà origine a una velocità di spazzolamento molto bassa per la maggior parte degli analizzatori di spettro alimentati a batteria: ciò significa che è quasi impossibile osservare i segnali transitori intermittenti di basso livello che stanno provocando l’interferenza. Per superare questo ostacolo è possibile ricorrere agli analizzatori di spettro in tempo reale, strumenti in grado di misurare lo spettro con un filtro Rbw più stretto a una velocità superiore rispetto a quella gli analizzatori di spettro a spazzolamento. In Fig. 1 è riportato un esempio di come si presenta un segnale Lte quando si effettua una misura in modalità Ota. In questo caso l’intervallo di banda sotto esame è impostato a 40 MHz, che dà luogo per default a un Rbw di 300 kHz. A questo punto è utile sottolineare che determinare l’emissione al centro del display è abbastanza difficile. Se ci fosse un’interferenze a banda stretta (<300 kHz) con un set-up di questo tipo sarebbe quasi impossibile da visualizzare. In Fig. 2 è riportata la rappresentazione che si ottiene con il medesimo set-up utilizzando un filtro Rbw a 1 KHz. In questo caso è il canale Lte è chiaramente visibile e il tempo di spazzolamento effettivo è incrementato solo di 40 ms. Questo è uno dei primi vantaggi legati all’uso di un analizzatore di spettro real-time per la misura delle interferenze sul canale radio. Questi strumenti, un tempo costosi e adatti per l’utilizzo da banco, sono ora disponibili in versioni alimentate a batteria, che integrano porte Usb e offerti a prezzi accessibili, facendone quindi una valida alternativa per le applicazioni di ricerca delle interferenze.

La misura della frequenza di un’interferenza

Solitamente le varie modalità di tracciamento disponibili in un analizzatore di spettro rappresentano un valido ausilio per la caratterizzazione dei segnali Rf di interesse. Peak-hold, media e minimum hold sono alcune tra le modalità più comuni. Anche quando si utilizzano queste modalità di tracciamento risulta difficile determinare la frequenza con cui un segnale si presenta oppure se un segnale è correlato in qualche modo con altri segnali nel medesimo intervallo. Gli analizzatori di spettro in tempo reale sono in grado di fornire una soluzione a questo problema sotto forma di una visualizzazione veloce dello spettro con effetto persistenza. A tal proposito, è utile ricordare che in un analizzatore di spettro in tempo reale per ogni intervallo, fino al massimo span in tempo reale, lo strumento non esegue lo spazzolamento, il che significa che è in grado di misurare lo spettro decine di migliaia di volte al secondo. Lo spettro non può essere visualizzato con la stessa velocità. Per risolvere il problema sono stati sviluppati gli analizzatori di spettro con display a persistenza. Un display a persistenza (o display a fosfori digitali) tiene traccia, pixel per pixel, della frequenza alla quale viene misurata l’energia. Il colore del pixel indica la frequenza con la quale un segnale è presente. Al variare della temperatura, il colore rosso indica che un segnale è presente spesso mentre il colore blu indica che il segnale si presenta con minor frequenza. Grazie alla combinazione tra misure di spettro a elevata velocità e persistenza, è possibile identificare più facilmente eventi sporadici. Quando si opera con un display in real-time è importante selezionare con cura il filtro Rbw. Come accade per un tradizionale analizzatore di spettro, la scelta del filtro ha un impatto rilevante sulla velocità di misura dello spettro. Una delle caratteristiche principali di un analizzatore real-time è la probabilità di intercettazione. Questa specifica indica la durata minima del segnale che lo strumento è in grado di rilevare. Scegliendo una Rbw stretta, cambierà il PoI (Probability of intercept) per la misura: si tratta di un elemento importante da tenere nella dovuta considerazione.

Gli altri fattori

Mentre con un display a persistenza è possibile ottenere un numero molto maggiore di informazioni rispetto a un display tradizionale, è necessario tener conto anche di altri fattori. Le radio moderne supportano molti protocolli che prevedono alcune forme di Cca (Clear channel assessment) ovvero di riconoscimento di canale libero o occupato. In pratica tali radio sono in grado di determinare se un canale è occupato e trasmetteranno solo quando nessun altro sta utilizzando la frequenza. Anche un display a persistenza veloce non è in grado di mostrare le relazioni di temporizzazione tra due segnali. Per determinare la temporizzazione dei segnali è necessario utilizzare la funzione spettrogramma che permette di tracciare i dati dello spettro in funzione del tempo per determinare la frequenza con la quale un segnale è attivo. Gli spettrogrammi sono una sorta di visualizzazioni in cascata che riportano graficamente l’attività dello spettro in funzione del tempo. Come accade nella visualizzazione tipica dello spettro, la frequenza iniziale è riportata sul lato sinistro e la frequenza di arresto è riportata sul lato destro. Il tempo è riportato sull’asse Y e il colore indica l’ampiezza del segnale; il colore rosso indica l’ampiezza maggiore e il colore nero indica l’ampiezza minore. Lo spettrogramma risulta composto dai dati di picco rilevati dal display a persistenza, mentre la quantità dei dati aggregati dello spettro è definita dall’utilizzatore. Grazie a questi controlli l’utente può registrare i dati per lunghi periodi di tempo e quindi esportare e condividere i risultati. Si tratta di un’operazione particolarmente utile nei casi in cui esiste un problema di interferenza persistente e lo spettro deve essere monitorato per un lungo periodo di tempo. Nel caso si debbano affrontare problemi di intermodulazione, lo spettrogramma può aiutare a determinare gli elementi fondamentali del mix. È importante sottolineare che con gli analizzatori in tempo reale le informazioni relative allo spettro sono misurate istantaneamente per l’intero intervallo di tempo. Ciò significa che è possibile utilizzare i dati per eseguire una correlazione visiva della portante per confermare la relazione di temporizzazione tra le portanti della sorgente e i prodotti di intermodulazione.

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