Interference Hunting

Interference Hunting Technologies

Interference hunting에는 항상 쉬운 작업은 아니지만 알려진 간섭자를 찾아내고 수정하는 기능이 필요합니다. 올바른 도구를 가지고 있을 뿐만 아니라 문제를 적절하게 식별하는 능력이 간섭 탐지의 핵심입니다. 간섭 문제를 해결하는 첫 번째 단계는 실제로 간섭이 있는지 확인하는 것입니다. 때때로 통신 시스템이 최적의 상태보다 덜 작동하도록 하지만 실제로 외부 신호를 수반하지는 않는 다른 문제가 있습니다.

간섭이란?

'간섭'은 불법 전송, 잠금 해제되어 표류하는 전송, 새는 케이블 TV 피드의 노이즈, 전동 공구 또는 전자레인지의 억제되지 않은 EMI, 로컬 고출력 라디오 및 인근 건물 및 언덕에서 다중 경로와 같이 라디오 수신기의 작업을 더 어렵게 만드는 원치 않는 신호입니다. 불법 및 의도하지 않은 신호의 간섭은 모바일 서비스 제공업체, 보안 서비스 및 정부 규제 기관에 심각한 문제입니다. 간섭으로 인해 네트워크 성능이 저하되어 중요한 통신이 중단됩니다.

간섭원

불법 전파 방해기
잠금 해제되거나 표류하는 라디오
오실레이팅 리피터
손상되거나 새는 RF 케이블
부적절한 안테나 위치
펄스 신호(레이더와 유사)
LTE uplink 채널에 숨겨진 신호
불법적으로 작동하는 "Pirate" TV/라디오 방송국 및 BTS 셀룰러 장비

간섭 문제 해결을 위한 실시간 스펙트럼 분석의 이점

RF 필드 엔지니어는 스펙트럼 분석기에 의존하여 각 무선 통신 세대에 대한 과도 간섭자와 원치 않는 숨겨진 신호를 감지했습니다. 5G와 첨단 항공우주/군사 시스템의 등장으로 밀리미터파(mmWave) 주파수가 보편화되는 새로운 시대에 접어들면서 적절한 스펙트럼 분석기의 선택이 더욱 중요해지고 있습니다. 실제로 간섭 신호를 빠르고 효율적으로 찾아 제거하거나 완전히 놓치는 것과 네트워크 성능이 핵심 성과 지표(KPI)를 충족하지 못하는 것의 차이가 될 수 있습니다.

많은 최신 스펙트럼 분석기는 실시간 스펙트럼 분석(RTSA), 스위프 튜닝(Swept-tuning) 및 신호 분석과 같은 기능을 수행할 수 있습니다. 각각에는 Interference hunting에 대한 장점과 제한 사항이 있습니다.

실시간 스펙트럼 분석기의 장점

RTSA는 고속 푸리에 변환(FFT)이 수행되는 펄스 또는 과도 신호 샘플을 지속적으로 수집합니다. RTSA는 간헐적 간섭 신호를 찾는 데 특히 유용합니다.

RTSA 프로세스 흐름은 이전 샘플 프레임에서 FFT를 수행하는 동시에 새로운 샘플 프레임을 획득할 수 있습니다. 이 병렬 처리에는 빠른 디지털 하드웨어와 대용량 메모리 버퍼가 필요합니다. RTSA 스펙트럼 분석기는 FFT를 매우 빠른 속도로 수행합니다. 예를 들어 안리쓰의 Field Master Pro™ MS2090A는 512 point FFT에 대해 초당 527,000 FFT를 수행할 수 있습니다.

대부분의 RTSA 장비는 캡처하는 동안 주어진 주파수/진폭에서 RF 에너지가 존재하는 시간을 요약한 다채로운 밀도 디스플레이로 FFT 데이터를 표시합니다. 이것은 두 가지 이유로 간섭 분석에서 특히 유용합니다. 첫째, 매우 짧은 기간의 신호는 화면에 계속해서 표시됩니다. 둘째, 간섭 신호의 의도로 변조 신호 내부에 숨겨져도 여전히 화면에 표시됩니다. 종종 이러한 신호는 쉽게 식별할 수 있도록 다른 색상으로 표시됩니다.

Swept-tuned Spectrum Analyzer

스위프 튜닝된 스펙트럼 분석기는 로컬 오실레이터(LO)를 스위프하여 입력 주파수 범위를 고정된 중간 주파수(IF)로 하향 변환하는 아키텍처를 사용합니다. 그런 다음 RBW(해상도 대역폭) 필터에 의해 필터링되어 감지됩니다. 이러한 유형의 스펙트럼 분석기는 어떤 순간에도 주파수 범위의 작은 부분만 볼 수 있습니다. 다시 말해, 스위프가 입력 주파수 범위의 다른 부분을 스캔할 때 나타나는 과도 신호를 보지 못합니다. 광대역 모니터링은 종종 간섭 완화 프로세스의 감지 단계에서 가장 유용합니다.

Signal Analysis Process

조사 중인 간섭 유형을 결정하기 위해 신호를 복조할 수 있습니다. 신호 품질, 색상 코드 및 식별 정보(신호 유형에 따라 다름)와 같은 다양한 파라미터를 얻을 수 있습니다. 신호 유형에 대한 지식은 사용자가 간섭 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 신호 식별이 확인될 수 있는 경우 문제는 때때로 문제를 일으킨 당사자에게 전화를 걸어 해결하는 것일 수 있습니다.

Probability of Intercept (POI)

스펙트럼 분석기를 평가할 때, 특히 과도 간섭을 찾기 위한 핵심 성능 메트릭은 probability of intercept(POI)입니다. POI는 연속파(CW) 신호의 진폭을 정확하게 측정하는 데 필요한 최소 신호 지속 시간으로 정의됩니다. POI가 작을수록 간헐적 간섭을 잡을 확률이 높아집니다.

POI는 FFT 처리 속도, 샘플 속도, 윈도우 오버랩, RBW 및 스팬을 비롯한 여러 요인의 영향을 받습니다. 이들 중 몇 가지를 살펴보겠습니다.

RTSA Background

광대역 모니터링 및 신호 분석과 함께 실시간 분석을 수행할 수 있는 능력을 감안할 때 안리쓰의 MS2090A Field Master Pro는 간섭 완화를 위한 이상적인 솔루션을 제공합니다. 옵션인 110 MHz 실시간 대역폭과 2.05µs 이하의 신호에 대한 100% POI(Probability-of-Intercept)를 통해 MS2090A는 복잡성과 신호 지속 시간이 다양한 잠재적인 간섭 유형의 다양한 어레이를 처리합니다. 실시간 분석 기능이 있는 스펙트럼 분석기에 대해 고려해야 할 다양한 기능이 아래에 설명되어 있습니다.

Windowing

FFT 분석을 위해 샘플 블록이 획득될 때 FFT의 수학은 시간 도메인 신호가 샘플 프레임 기간과 동일한 세그먼트로 주기적이라고 가정합니다. 샘플 프레임의 시작과 끝에 있는 샘플은 시간 영역에서 원치 않는 불연속성을 만듭니다. 주파수 영역 에너지는 원래 사인파의 주파수에 집중되지 않고 분산됩니다.

스펙트럼 누설은 FFT 스펙트럼 분석에서 바람직하지 않은데, 그 이유는 서로 다른 진폭 레벨을 가진 밀접하게 이격된 주파수 성분을 분석하는 능력이 손실되기 때문입니다. 스펙트럼 에너지가 확산되었기 때문에 신호 진폭은 더 이상 실제 신호 레벨의 정확한 표현이 아닙니다.

이러한 효과를 제거하기 위해 샘플 프레임의 세그먼트에 프레임의 시작과 끝 부분에서 부드럽게 가늘어지는 윈도우 기능을 곱하여 0으로 만듭니다. 따라서 이러한 수정된 샘플이 FFT 분석을 위해 제시될 때 주기적인 확장은 급격한 불연속성을 갖지 않고 스펙트럼 누설이 감소합니다.

RBW and Span Interdependence

Windowing은 FFT 스펙트럼 분석에서 RBW 필터를 구현하는 역할도 합니다. 윈도우 샘플에 대해 FFT 분석을 수행하면 FFT 분석 대역폭 내에서 캡처된 모든 주파수 컴포넌트 주위에 대역통과 필터(Bandpass filter) 응답이 나타납니다. 그림 7은 주파수에서 1 RBW만큼 떨어져 있는 여러 CW 신호로 구성된 입력에 대한 FFT 스펙트럼을 보여줍니다. 한 번의 캡처로 FFT는 병렬 RBW 필터 뱅크를 입력 신호에 효과적으로 적용합니다. RBW 필터 응답은 FFT 범위의 시작 및 정지 근처 주파수에서 불완전합니다. 이 때문에 사용 가능한 대역폭은 FFT 입력 I/Q 샘플 속도(Fs)와 동일한 FFT 전체 분석 대역폭의 약 80%에 불과합니다.

RBW and Span Interdependence

윈도우를 사용한 FFT 분석은 병렬 RBW 필터 뱅크를 효과적으로 형성합니다. 그림은 주파수 간격이 1 RBW인 다중 CW 신호 입력에 대한 주파수 스펙트럼을 보여줍니다.

Window Overlap

윈도우는 샘플 프레임의 시작과 끝에서 시간 샘플을 0으로 테이퍼링하기 때문에 에지에서 과도 신호 이벤트가 손실됩니다. 이러한 신호 이벤트의 캡처를 보장하기 위해 중첩이 사용되며, FFT의 각 샘플 프레임은 이전 프레임에서 캡처된 샘플로 부분적으로 채워집니다.

전체 진폭 정확도를 위해 신호는 윈도우 함수 아래의 전체 영역을 차지해야 합니다. 이 조건을 충족하면 신호 이벤트의 시작이 샘플 프레임의 시작과 관련하여 언제든지 발생할 수 있기 때문에 최소 하나의 샘플 프레임과 해당 FFT가 전체 신호 진폭을 캡처합니다.

중첩된 샘플 프레임을 사용하여 FFT 분석을 수행하면 100% POI에 필요한 신호 지속 시간이 더 짧아집니다. 윈도우 길이가 FFT 크기보다 작으면 필요한 신호 지속 시간이 짧아지므로 POI가 향상됩니다. 더 넓은 RBW는 더 짧은 창 길이와 더 짧은 POI에 해당합니다.

Density Display Resolution

적절한 point FFT 사이즈를 선택하는 것은 상황에 따라 다릅니다. 512 point FFT 크기는 가장 낮은 POI를 허용하지만 FFT 주파수 빈 해상도(Bin resolution)는 더 거칠고 낮은 RBW 설정에서 디스플레이가 더 세분화되어 나타날 수 있습니다. 1024 point FFT 크기는 더 높은 POI를 희생시키면서 더 적은 디스플레이 입도로 주어진 범위에 대해 더 작은 RBW 설정을 허용합니다.

512 point FFT는 초당 527,000번 업데이트하기 때문에 LCD 디스플레이보다 더 의미 있는 방식으로 측정 결과를 표시할 수 있습니다. 밀도 디스플레이는 신호 이벤트의 색상 등급 강도를 보여줍니다. 색상이 따뜻할수록 신호 이벤트가 더 자주 발생합니다. 밀도 디스플레이는 또한 획득 간격 동안 계산된 모든 FFT에 대한 검출 결과를 나타내는 최대 6개의 스펙트럼 트레이스를 동시에 표시할 수 있습니다.

Density Display Resolution