无源互调基站(PIM)效应:理解的挑战和解决方案

众所周知,活跃的组件将产生非线性系统。各种技术也已经被开发出来,以提高这些设备的性能在设计和运营阶段。

很容易忽视的被动设备还可以引入非线性效应;尽管有时会相对较小,这些非线性可以,如果不纠正,对系统性能有严重影响。

PIM代表“无源互调。”It represents the intermodulation products generated when two or more signals transit through a passive device with nonlinear properties. The interaction of mechanical components generally causes nonlinear elements. This is particularly evident at the junction of two different metals. Examples include: loose cable connections, dirty connectors, poor performance duplexers, or aged antennas.

无源互调是手机行业的一个重大问题,它是非常难以解决。在细胞通讯系统中,PIM可以创建干扰和将降低接收机灵敏度或甚至完全抑制通信。这种干扰会影响创建它的细胞,以及其他附近的接收器。例如,在LTE频段2,下行指定从1930兆赫到1990兆赫,在上行范围从1850兆赫到1910兆赫。如果两个发射机航空公司,位于1940 MHz和1980 MHz,从基站传输与PIM系统,他们互调将导致一个组件在1900 MHz,将落入接收频带。这将影响到接收机。此外,互调项在2020 MHz可能影响其他系统。

图1所示。无源互调,落入接收机乐队。

的频谱变得越来越拥挤和天线共享计划变得更加普遍,有相应增加的可能性PIM互调的一代不同的运营商。使用频率规划的传统方式,以避免PIM变得几乎不可能。再加上刚才提到的挑战,新的数字调制方案的采用CDMA / OFDM意味着通信系统的峰值功率也增加,增加了PIM问题的严重性。

PIM被强调为服务提供商和设备供应商的一个严重的问题。检测,并在可能的情况下,解决这个问题将增加系统可靠性和降低运营成本。在本文中,我们试图审查PIM的来源和原因,提出技术来检测和解决它。

PIM分类

我们最初的观察表明,PIM有三个独特的类型,每个不同的特色和需要不同的解决方案。我们选择这些类型进行分类设计PIM、组装PIM和生锈的螺栓PIM。

设计PIM

某些被动元件结合他们的输电线路为无源互调。因此,在设计一个系统时,开发团队会选择被动的元素以最小的或指定的可接受水平的PIM组件制造商。串联员、双工器和开关尤其容易受到影响。设计师可以选择接受更高水平的无源互调通过选择低成本、规模较小或较低的性能选项。

图2。组件设计权衡、尺寸、功率、拒绝和PIM的性能。

如果设计师选择使用组件性能越低,合成更高水平的互调可能回落频带内的接收器和导致减少感光性。重要的是要注意,在这些情况下,权力的不必要的光谱排放或损失效率可能不一样关于接收机PIM的减感作用的影响。这个问题在小细胞无线电设计中具有特别的意义。ADI目前在一个先进的发展阶段,即PIM提供的静态被动元素,如双工器可以检测到,建模,减去(取消)从接收到的信号(参见图3)。

图3。PIM算法生成和取消。

运营商的算法,因为它有知识,可以使用相关接收机确定互调工件之前减去从接收到的信号。

限制算法开始出现当相关性可能不再被用来确定互调产物。图4提供了一个这样的例子。在这种情况下,两个独立的发射器共享相同的天线。如果我们假设每条路径的基带处理是独立于其他算法是不可能有知识的,因此,有限的相关接收机/取消它可以执行。

图4。多个源共享同一天线。

复杂性增加了PIM的挑战

随着网站访问和成本的挑战服务提供商,我们开始看到越来越多的情况下,独立的发射器共享一个宽带天线。架构可以带和格式:T_DD+ F_DD;T_DD:+ + D, F_DD图5:B3等等。概述了这样的配置。在这种情况下,客户是实现一个复杂但实际配置;一个分支是T_DD双波段,另一个是F_DD单带,采用双工器。结合和共享一个天线的信号。Tx1和Tx2信号之间的互调发生被动的路径组合器,天线的传输线,天线本身。由此产生的互调产物回落的乐队中F_DD接收器,Rx2。

图5。FDD / TDD单天线实现。

图6显示了一个实用的双频系统分析。请注意,在这种情况下我们需要考虑远远超出三阶无源调制工件。在这种情况下,重点是互调工件从一个乐队(内部)的接收带内下降。

图6。多波段PIM问题。

组装PIM

PIM的第二个分类是我们可能术语汇编PIM。虽然系统可能运行圆满安装后,在经过一段时间后往往会降低性能由于天气或可怜的初始安装。当这种情况发生时,被动的元素(即连接器、电缆、电缆组件、波导组件,而组件)的信号路径通常会开始表现出非线性行为。事实上,一些主要的PIM的出现将引起的连接器,连接,甚至对天线馈线本身。合成的效果可以类似于设计PIM,正如前面所讨论的。因此可以使用相同的PIM测量理论是专门寻找存在的无源互调的产品。

典型的贡献者组装PIM是:

• 交配连接器接口(通常类型N或DIN7 / DIN16),
• 电缆附件(电缆/连接器连接的机械稳定性),
• 建议材料(铜和铜、铁磁材料非线性特性),
• 清洁(污染灰尘或湿气),
• 考虑电缆(电缆)的质量和鲁棒性,
• 机械鲁棒性(由于风能和弯曲振动),
• 电热诱导PIM(由于电导的变化,温度变化的时变功率耗散通过射频信号非常数的信封)。

环境中存在广泛的温度变化,盐空气/空气污染,或过度振动加剧PIM。虽然相同的PIM测量技术可以作为设计PIM、组装PIM的存在可以被看作是一个系统退化的迹象在性能和可靠性方面。如果没有解决,造成PIM的弱点可能继续升级,直到完成传播路径发生故障时。使用PIM取消组装PIM的方法可能被视为屏蔽一个问题,而不是解决它。

在这种情况下,可以预见,用户不希望取消PIM但被通知的目的是纠正其存在的根本原因。消除来自第一确定,系统介绍了PIM然后修理或替换特定的元素。

而我们可以考虑设计PIM量化和稳定,组装PIM,如前所述,并不稳定。它可能存在在一个非常狭窄的条件和它的振幅变化可以超过100分贝。一个镜头离线扫描可能无法捕捉这样的实例;理想情况下,输电线路诊断需要捕获与PIM事件。

PIM的天线(生锈的螺栓PIM)

PIM并不局限于有线传输路径,但也可以发生在天线。也被称为生锈的螺栓PIM的影响。发生在这种情况下,无源互调信号后剩下的发射机天线合成互调反射到接收器。生锈的螺栓一词来自这样一个事实:在许多情况下互调源可以是一个生锈的金属物体如一个铁丝网,谷仓,甚至排水管。

反射引起的金属对象是可以预料到的。然而,在这些情况下,金属物体反映的不仅是接收到的信号也生产和辐射互调工件。互调一样出现在有线信号路径被连接的两种不同的金属或异种材料连接的。混合和再辐射的电磁波产生表面电流(见图7)。再辐射信号振幅通常很低。然而,如果辐射单元(生锈的栅栏,谷仓,或落水管)接近一个基站接收机,如果其互调产品属于收到乐队,结果将是接收器脱敏。

图7。超出了天线,或生锈的螺栓PIM。

在某些情况下,检测PIM的来源可以通过天线定位:PIM水平监测,而天线位置改变。在其他情况下,时间延迟估计也可以用来定位源。如果PIM水平是静态的,那么可以使用标准的算法取消技术来弥补PIM。然而,在许多情况下,振动、风、和机械运动可以调节PIM的贡献,使取消挑战更加困难。

PIM检测:定位PIM的来源

行全面

各种线全面技术可以实现。行大规模措施中的损失和反射信号传输系统的乐队感兴趣。它不能假定线扫总是准确地表明PIM的可能原因。线可以被认为是作为诊断工具,帮助识别输电线路路径的问题。早期阶段装配问题可以表现为PIM;如果置之不理,这些装配问题可以升级为更严重的输电线路故障。行全面通常分为两个基本测试:回波损耗和插入损耗。都非常频率的依赖,都可以有很大区别在一个指定的乐队。回波损耗测量天线系统的能量传输效率。至关重要的是,最低的功率反射回发射机。 Any reflected power can distort the transmitted signal and, when powerful enough, cause damage to the transmitter. A return loss figure of 20 dB indicates that 1% of the transmitted signal is being reflected back to the transmitter and 99% is reaching the antenna—this is generally considered good performance. A return loss of 10 dB indicates that 10% of the signal is being reflected and should be considered poor. If the return loss measured 0 dB, 100% of the power would be reflected, and this would likely be the result of an open or short circuit.

时域反射

先进的热带病研究和培训特别规划技术可以用于第一个提供参考地图的最优系统和第二被用来确定沿着传输路径障碍开始发生。这种技术可以使运营商定位PIM的来源并进行有针对性的、高效的修复工作。输电线路映射也可以提醒运营商之前失败的早期迹象开始对性能产生重大影响。时域反射计(TDR)措施结果的反射信号在传输线。热带病研究和培训特别规划工具发送一个脉冲通过介质反射从未知的传播环境和那些由一个标准阻抗。一个简化的热带病研究和培训特别规划测量块设置如图8所示。

图8。热带病研究和培训特别规划设置框图。

图9提供了一个示例的热带病研究和培训特别规划传输线映射。

图9。热带病研究和培训特别规划的映射传输线。

频域反射

热带病研究和培训特别规划和罗斯福都依赖发送刺激下输电线路的原则,分析了反射,两种技术的实现是非常不同的。罗斯福技术使用一个射频信号扫描而不是直流脉冲热带病研究和培训特别规划使用。罗斯福也更敏感比热带病研究和培训特别规划和定位故障或退化系统性能和更高的精度。频域反射计原理涉及到向量加法的源信号与反射信号在输电线路故障和其他反射特征。热带病研究和培训特别规划利用很短的直流脉冲,本质上盖一个非常大的带宽作为刺激,罗斯福被射频信号可以在感兴趣的特定频率范围内的(通常是系统预计经营)。

图10。罗斯福原理、扫频回波损耗和距离。

距离PIM

重要的是要注意,虽然线可能表明阻抗不匹配,因此,传输线PIM的来源,PIM和传输线阻抗不匹配可以相互排斥。PIM非线性可以发生在点线扫结果并不意味着任何传输线的问题。因此需要一个更复杂的实现当用户要提供一个解决方案,不仅表明PIM的存在,但也允许他们准确地识别沿输电线路路径问题发生的地方。

全面的PIM线测试运行在一个类似的模式来描述设计PIM取消,除了算法的实例探讨了时间延迟估计的互调产物。应该注意的是,这些实例中的优先级不是取消PIM工件,但是沿着传输路径的确定发生互调。这个概念也被称为距离PIM (DTP)。例如,在两个音测试:

语气1:

语气2:

w₁和w₂频率;0₁和0₂初始阶段;t₀是初始时间。IMD(较低的方面,例如)将会是:

许多现有的解决方案要求用户打破传播路径和插入一个PIM标准(PIM标准设备产生一个固定数量的PIM,用于校准测试设备)。PIM的使用标准为用户提供了一个参考IMD,一个已知的阶段在一个特定的位置/距离沿着发射机的道路。图11 (a)提供了一个概述。IMD阶段0₃₂如图11所示,用作参考零位置。

图11。距离PIM。

一旦执行初始校准,然后重建系统和一个PIM系统测量,如图11所示(b)。θ之间的相位差₃₂和θ₃₂可以用来计算距离PIM。

D是距离PIM和S波传播速度(依赖于媒体传播)。

装配和生锈的螺栓PIM可以缓慢和渐进的过程;基站可以有效地在初始安装后,但是随着时间的推移这些类型的PIM现象可能会变得更加明显。PIM的水平可能受振动或风等环境问题的性质和特点PIM可以动态多变。掩蔽或取消PIM可能不仅是困难的,它也可以被视为可能掩盖了一个更严重的问题,如果得不到解决,导致系统故障。在这种情况下,运营商将希望避免整个系统的成本销毁,而是有效地定位PIM贡献者和取代它。

距离PIM (DTP)技术还提供了基站运营商追踪他们的系统的退化的可能性随着时间的推移,强调事先可能成为问题的问题。知识可以替换的弱点在定期维护,从而避免代价高昂的系统停机时间和专门的修理工作。

结论

无源互调并不是什么新鲜事。这一现象已经存在多年,已经了解了一段时间。在最近一段时间,两个截然不同的行业的变化带来了它回关注的前沿:

首先,高级算法现在提供一种聪明的方式来检测PIM的存在/位置,在适当情况下,弥补它。而以前广播设计师选择组件,满足特定的PIM性能要求,取消PIM算法的协助下他们已经获得了一个新的自由度。他们有能力推动更高的性能,或者如果他们应该选择,保持同样的性能水平,但较低的成本和更小的硬件组件。取消算法是数字协助硬件元素。

第二,爆炸性增长的基站塔的密度和多样性,我们看到一个全新的一系列挑战造成的特定系统设置,如共享天线。算法取消取决于知识的主要传输信号。在实例空间塔有溢价,各种发射机可能共享一个天线,使多余的PIM的存在很可能影响。在这种情况下,一个算法可能知识发射机路径和可能的某些部分的工作效率。在这种情况下,并不是所有的部分是已知的传输路径,第一代先进的性能或实现PIM取消算法可能有限。

挑战的基站安装继续增长,PIM检测和消除算法有望提供可观的收益和优势无线电设计师在短期内,但需要开发工作跟上未来的挑战。

这篇文章最初发表在模拟对话。你可以查看更多be paly外围在他们的网站上。

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