Messtechnik HF-Interferenzen auf der Spur

Die steigende Belegung von Funkfrequenzbändern führt dazu, dass mehr Interferenzen entstehen können und dadurch die Übertragungsgeschwindigkeit oder die Übertragungssicherheit schlechter wird. Doch eine entsprechende Messtechnik kann hier Abhilfe schaffen.

In HF-Netzwerken sind Interferenzen problematisch, da sie die Empfangseigenschaften erheblich beinträchtigen oder direkt zu einer Unterbrechung der Übertragungsstrecke führen können. Diese Beeinflussungen können aufgrund gewollter oder ungewollter paralleler Abstrahlung auf der gleichen oder einer benachbarten Frequenz entstehen und sowohl die behördlich erlaubten wie auch die unerlaubten Frequenzbereiche betreffen. Damit kommt dem Auffinden und Qualifizieren von Interferenzen eine besondere Bedeutung zu.

Klassifizierung von Interferenz

In dem Maß, wie die spektrale Breite eines Funkdienstes erhöht wird, wächst auch die Anfälligkeit durch Interferenz. Daraus folgt, dass dem Auffinden und der Reduktion von Interferenzen eine essenzielle Rolle für den Betrieb von HF-Kommunikations-Netzwerken zukommt. Interferenztests in einem bestehenden Funknetzwerk sind keine leichte Aufgabe, denn man muss neue Messmethoden anwenden bzw. bestehende Messsysteme aufrüsten und mit neuesten Optionen ausstatten. Typischerweise werden zur Messung von Interferenzen in unterschiedlichen Netzwerken leistungsfähige Spektrumanalysatoren wie beispielsweise die Typen FieldFox N9935A bis N9938A eingesetzt.

In mobilen Kommunikationssystemen gibt es eine Reihe von unterschiedlichen Interferenz-Anteilen, die oft folgendermaßen klassifiziert werden:

  • Interferenz innerhalb eines Übertragungsbandes - eine unerwünschte Einstrahlung von einem fremden Kommunikationssystem oder eines Senders, dessen Signalfrequenz genau in das Frequenzband des gewünschten und zu untersuchenden Systems fällt.
  • Gleichkanalstörung - wenn innerhalb eines Systems ein zweiter Kommunikations-Kanal den gleichen Kanal besetzt.
  • Out-of-Band-Interferenz - Interferenz durch ein Kommunikationssystem, das aufgrund einer fehlerhaften Filterung oder durch Nichtlinearitäten Energie in das zu untersuchende Frequenzband einstrahlt.
  • Interferenz durch angrenzende Kanäle - resultiert aus einer Übertragung benachbarter Kanäle, die unerwünschte Energieanteile in den eigenen Kanal einstreut - meist innerhalb ein und desselben Kommunikationssystems.
  • Uplink- (Reverse-Link-) Interferenz - eine Interferenz, die entsteht, wenn der Empfänger einer Basisstation durch eine Mobileinheit beeinflusst wird.
  •  Downlink-Interferenz - Interferenz, die die Downlink-Kommunikation stört - typisch für eine Verbindung von einer Basisstation zu den Mobilgeräten.

Die Art, wie Interferenzen ein Mobilfunknetz stören, zeigt einem Ingenieur, was er mit seiner Schaltung bzw. mit seinem System tun muss, um die Beeinflussung eines anderen Systems zu unterbinden. Die Out-of-Band-Interferenz kann z. B. auftreten, wenn ein schlecht konzipierter oder ein schlecht gefilterter Sender Harmonische erzeugt, die in einem höheren Frequenzband liegen. Eine bessere Filterung, die die Harmonischen abblockt, bringt die notwendige Entkopplung der beiden Kommunikationssysteme.

Praxistipps: Interferenzen rasch auf die Spur kommen

Wenn ein Mobil-Kommunikations-Netzwerk nicht ordnungsgemäß funktioniert und eine aus einer Einstrahlung resultierende Interferenz als mögliche Ursache erwartet wird, kommt sinnvollerweise ein leistungsfähiger Spektrum-analysator zum Einsatz, mit dem man die Anwesenheit von unerwarteten Signalen nachweisen kann. Solch ein Gerät kann dazu genutzt werden, die Signalleistung des interferierenden Signals in Abhängigkeit von der Zeit, der Frequenz und dem Ort zu messen.

Da für Interferenzmessungen eine ganze Reihe von Daten im Umfeld des Empfangsbereiches des Mobilsenders gemessen und gespeichert werden müssen, empfiehlt sich ein batteriegetriebenes Gerät, das zudem die Genauigkeit und die Möglichkeiten eines entsprechenden Labormessgerätes bietet (Bild 1).

Will man störende Signale identifizieren, so muss man sie zunächst ausfindig machen, um dann die Einflussdauer, die Häufigkeit der Beeinflussung, die Trägerfrequenz, die Bandbreite und letztendlich den Ort der störenden Signalquelle zu bestimmen. Arbeitet das System im Duplex-Modus, so müssen notwendiger Weise die Uplink- und die Downlink-Kanäle auf Interferenz-erzeugende Signalkomponenten untersucht werden.

Um Interferenzen messen zu können benötigt man einen Spektrumanalysator mit sehr geringem Rauschpegel oder DANL (Displayed Average Noise Level; der angezeigte durchschnittliche Rauschpegel). Der DANL ist abhängig von der Auflösebandbreite (RBW; Resolution Bandwidth). Interessantes für die Messtechnik in diesem Zusammenhang: Eine Reduktion der Auflösebandbreite um den Faktor 10 verbessert den Rauschpegel um ca. 10 dB. Dadurch erhöht sich jedoch die Messzeit, die benötigt wird, um eine vorgegebene Kanalbandbreite überstreichend zu vermessen.

Die Messgeschwindigkeit verhält sich also reziprok zur Auflösebandbreite. Eine Möglichkeit, doch eine schnellere Messung zu erreichen, ist, den Signal-Rausch-Abstand (SNR; -Signal to Noise Ratio) am Eingang des Detektors des Spektrumanalysators zu verbessern, indem der Eingangs-Abschwächer auf 0 dB gestellt wird. Dadurch kann die Auflösebandbreite erhöht werden, was wiederum zu einer schnelleren Messung führt.

Oft kann am Eingang noch ein interner oder externer Vorverstärker genutzt werden, um das Signal entsprechend zu verstärken - dabei ist allerdings darauf zu achten, dass die maximale Eingangs-Spannung bzw. der Eingangs-Leistungspegel des Spektrumanalysators nicht überschritten wird. Nicht nur, dass die Eingangsschaltung zerstört werden kann, sondern es kann auch das Messergebnis negativ beeinflussen, wenn das Eingangssignal so groß wird, dass die interne Eingangsschaltung in den nichtlinearen Bereich getrieben wird und dadurch selbst Verzerrungen und Nebenfrequenzbänder erzeugt. Diese Nebeneffekte lassen sich dann als die „gesuchten“ Interferenzen interpretieren, obwohl sie von der Übersteuerung der Eingangsstufe herrühren. In einem solchen Fall muss der Abschwächer so eingestellt werden, dass sich die höchste Dynamik ergibt.