Ефекти пасивног интермодулације (ПИМ) у базним станицама: разумевање изазова и рјешења

Brian McGinty Karatbars Reviews 15 Minute Overview & Full Presentation Brian McGinty (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ефекти пасивног интермодулације (ПИМ) у базним станицама: разумевање изазова и рјешења


Познато је да ће активне компоненте генерисати нелинеарности у системима. Развијене су разне технике за побољшање перформанси таквих уређаја током фазе пројектовања и рада.

Лако је занемарити да пасивни уређаји могу такође увести нелинеарне ефекте; иако су понекад релативно мале, ове нелинеарности могу, ако не и кориговане, имати озбиљне ефекте на перформансе система.

ПИМ означава "пасивну интермодулацију". Представља производе интермодулације насталих када два или више сигнала прођу кроз пасивни уређај са нелинеарним својствима. Интеракција механичких компонената генерално узрокује нелинеарне елементе. Ово је нарочито евидентно на споју два различита метала. Примери укључују: лабаве кабловске везе, прљаве конекторе, дуплекере са лошим перформансама или старије антене.

Пасивна интермодулација је значајно питање у целуларној индустрији и изузетно је тешко решити проблеме. У системима целуларне комуникације, ПИМ може створити сметње и смањити сензитивност пријемника или чак у потпуности онемогућити комуникацију. Ова сметња може утјецати на ћелију коју је створила, као и на друге пријемнике у близини. На пример, у фреквенцијском опсегу ЛТЕ 2, линијски низ је назначен од 1930 МХз до 1990 МХз, док је уплинк у распону од 1850 МХз до 1910 МХз. Ако два носача предајника, која се налазе на 1940 МХз и 1980 МХз, преносе из система базних станица са ПИМ-ом, њихова интермодулација ће довести до компоненте на 1900 МХз, која ће пасти у банду пријема. Ово ће утицати на пријемник. Даље, интермодулациона позиција на 2020 МХз може утицати на друге системе.

Слика 1. Пасивна интермодулација, назадовање у траку пријемника.

Пошто је спектар постао много гомилан, а шеме расподеле антене постају све чешће, постоји одговарајуће повећање могућности генерисања ПИМ-а из интермодулације различитих носача. Традиционални начин кориштења фреквенцијског планирања како би се избјегао ПИМ постаје готово немогуће. Уз наведене изазове, усвајање нових дигиталних модулација као што су ЦДМА / ОФДМ значи да се максимална снага комуникационог система повећава, повећавајући тежину проблема ПИМ-а.

ПИМ је наглашен као озбиљан проблем за пружаоце услуга и добављаче опреме. Откривање и, тамо где је могуће, решавање проблема, доноси повећану поузданост система и смањену оперативну цену. У овом чланку покушавамо да размотримо изворе и узроке ПИМ-а, заједно са технологијама предложеним за откривање и рјешавање проблема.

ПИМ класификација

Наша иницијална запажања указују на то да ПИМ има три различита типа, од којих свака има различите карактеристике, а сваки од њих захтијева различита рјешења. Изабрали смо да класификујемо тај тип као дизајн ПИМ-а, монтажу ПИМ и зарђалог ПИМ-а.

Дизајн ПИМ

Одређене пасивне компоненте у комбинацији са њиховим преносним водовима доприносе пасивној интермодулацији. Због тога, приликом пројектовања система, тимови за развој бирају пасивне елементе са минималним или прихватљивим нивоима ПИМ-а, како је назначио произвођач компоненти. Циркулатори, дуплексери и прекидачи су посебно склони ефекту. Дизајнери могу да одлуче да прихвате више нивое пасивне интермодулације одабиром ниже цене, мање величине или нижих опција перформанси.

Слика 2. Комбинације дизајна компонената, величине, снаге, одбацивања и перформансе ПИМ-а.

Ако дизајнери одлуче да користе мање компоненте перформанси, резултујући виши нивои интермодулације могу се повући унутар опсега пријемника и довести до десензибилизације. Важно је напоменути да у овим случајевима нежељене спектралне емисије или губитак ефикасности моћи можда неће бити толико важни као ефекат десензибилизације ПИМ-а на пријемнику. Овај проблем је од посебног значаја код дизајна малих целија. АДИ је тренутно у напредном стадијуму развоја, при чему ПИМ доприноси статички пасивни елементи као што је дуплекер може се детектовати, моделирати и одузети (одустајати) од примљеног сигнала (погледајте слику 3).

Слика 3. Алгоритам генерисања и отказивања ПИМ-а.

Алгоритам ради јер поседује знање носилаца и може користити корелацију на пријемнику како би одредио артефакт интермодулације пре него што га одузме од примљеног сигнала.

Ограничења на алгоритму почињу да се појављују када се корелација више не може користити за одређивање интермодулацијског артефакта. Слика 4 даје пример овога. У овом случају, два одвојена предајника деле исту антену. Ако претпоставимо да је обрада основне линије за сваки пут независна од друге, онда је вероватно да алгоритам не познаје оба и, дакле, ограничен је у корелацији / отказу који може извршити на пријемнику.

Слика 4. Вишеструки извори који деле исту антену.

Сложеност додавања ПИМ изазова

Како приступ локацији и трошкови изазивају пружаоце услуга, почињемо да видимо све већи број случајева где одвојени предајници деле исту широкопојасну антену. Архитектуре могу бити мешавина опсега и формата: Т ДД + Ф ДД ; Т ДД : Ф + А + Д, Ф ДД : Б3 итд. Слика 5 даје преглед такве конфигурације. У овом случају, корисник имплементира сложену али стварну конфигурацију; једна грана је Т ДД дуал банд, а друга је Ф ДД сингле банд, користећи дуплекер. Сигнали се комбинују и деле исту антену. Интермодулација између Тк1 и Тк2 сигнала се пасивно одвија на путу од комбинатора, на далеководу до антене и самој антени. Резултатан интермодулацијски артефакт пада назад унутар опсега Ф ДД пријемника, Рк2.

Слика 5. Имплементација ФДД / ТДД једне антене.

Слика 6 приказује практичну анализу за дво-опсег система. Имајте у виду да у таквим случајевима морамо да размотримо далеко изнад артефаката пасивне модулације трећег реда. У овом случају, фокус је на интермодулацијским артефакатима из једног бенда (интра) који спадају унутар групе пријема другог.

Слика 6. Мултибанд ПИМ издања.

Ассембли ПИМ

Друга категоризација ПИМ-а је оно што можемо назвати склапањем ПИМ-а. Иако систем може радити на задовољавајући начин приликом инсталације, перформансе ће се временом деградирати због времена или лоше почетне инсталације. Када се то догоди, пасивни елементи (тј. Конектори, каблови, склопови каблова, склопови таложића и компоненте) сигналне стезе обично почињу да показују нелинеарно понашање. У ствари, неке од главних појава ПИМ-а биће узроковане конекторкама, везама и чак и самим антеном за антену. Добијени ефекат може бити сличан оном дизајна ПИМ-а, као што је раније речено. Стога се може користити иста теорија ПИМ мерења која посебно тражи присуство пасивних интермодулационих производа.

Типични доприноси за монтажу ПИМ-а су:

  • Интерфејс спојнице конектора (типично Тип Н или ДИН7 / ДИН16),
  • Кабелски прикључак (механичка стабилност прикључка кабла / конектора),
  • Материјали (препоручујемо месинг и бакар, феромагнетни материјали показују нелинеарне карактеристике),
  • Чистоћа (контаминација од прљавштине или влаге),
  • Разматрања каблова (квалитет и робусност кабла),
  • Механичка робусност (савијање услед ветра и вибрација),
  • Електроматеријално индуковано ПИМ (због варијације проводљивости при температури варира у одговору временској варијанси која се распршује РФ сигнали са непрекидним ковератама).

Окружења у којима постоје велике варијације температуре, слани ваздух / загађени ваздух или прекомерне вибрације имају тенденцију да погоршају ПИМ. Иако се исте мере ПИМ мјерења могу користити и за дизајн ПИМ-а, присуство монтаже ПИМ-а може се сматрати индикацијом деградације система у смислу перформанси и поузданости. Ако нису решени, слабости које изазивају ПИМ могу наставити да ескалирају све док се не дође до потпуног неуспјеха путем преноса. Приступ коришћења ПИМ-а за склапање ПИМ-а може се сматрати маскирањем проблема, а не решавањем.

У таквим околностима се очекивало да корисници неће желети да откажу ПИМ, али да буду обавештени о његовом постојању с циљем да исправи свој основни узрок. Елиминација долази од првог утврђивања гдје је систем ПИМ уведен на систем, а затим поправља или замењује тај специфичан елемент.

Будући да можемо да размотримо дизајн ПИМ-а као квантитативног и стабилног, монтажа ПИМ-а, како је раније описано, није стабилна. Може да постоји под врло уском скупу услова и његова варијација амплитуде може бити већа од 100 дБ. Једна појединачна пуцање на мрежи без мреже може да не успије снимити такве примере, идеално је да дијагностику даљинског управљача треба узимати у тандему са догађајом ПИМ-а.

ПИМ Беионд тхе Антенна (Русти Болт ПИМ)

ПИМ није ограничен на жичани преносни пут, али се може десити и изван антене. Ефекат је познат и као зарђати завртањ ПИМ. У таквој ситуацији, пасивна интермодулација се дешава након што су сигнали оставили предајну антену са резултирајућом интермодулацијом која рефлектује назад у пријемник. Израз "зарђати вијак" произлази из чињенице да у многим случајевима извор интермодулације може бити зарђали метални објекат као што је мрежаста ограда, штала или чак одводна цијев.

Очекиване рефлексије узроковане металним предметима. Међутим, у овим случајевима, метални предмети не одражавају само примљене сигнале већ и производе и зраче интермодулацијске артефакте. Интермодулација се одвија исто као у оквиру жичане сигналне стазе - која се налази на споју два различита метала или спој различитих материјала. Електромагнетни таласи стварају површинске струје које се мешају и понављају (види слику 7). Рерадирани сигнали су обично веома ниски у амплитуди. Међутим, ако је зрачни елемент (зарђена ограда, штрана или потапање) близу пријемника базне станице и ако његов интермодулацијски производ спада у пријемни појас, резултат ће бити десензитизација пријемника.

Слика 7. Иза антене или зарђалог завртња ПИМ.

У неким случајевима, откривање ПИМ извора се може постићи позиционирањем антене: ниво ПИМ-а се прати док се позиција антене мења. У другим случајевима, процена временског кашњења се такође може користити за лоцирање извора. Ако су нивои ПИМ статички, онда се стандардне алгоритамске методе отказивања могу користити за компензацију ПИМ-а. Међутим, у многим случајевима вибрације, ветрови и механички покрети могу модулирати допринос ПИМ-а и додатно отежати изостанак изазова.

ПИМ откривање: лоцирање извора ПИМ-а


Лине Свеепинг

Могу се применити различите технике чишћења линија. Линија помера мјерење губитака сигнала и рефлексија унутар преносног система преко подручја од интереса. Не може се претпоставити да ће уклањање линије увијек тачно указивати на могуће узроке ПИМ-а. Проширење линије се може сматрати више као дијагностички алат који помаже при идентификацији проблема на путу далековода. Питања скупа у раној фази могу се манифестовати као ПИМ; ако остане нерешено, проблеми у склопу скупа могу се ескалирати у озбиљније пропусте на далеководу. Линија померања обично се разбија на два основна теста: повратни губитак и губитак убацивања. Обоје су врло фреквентно зависне и оба се могу значајно разликовати у одређеном опсегу. Повратни губитак мери ефикасност преноса снаге антене система. Од суштинског је значаја да се минимална снага рефлектује према предајнику. Свака рефлектована снага може искривити преносни сигнал и, када је довољно моћ, узрокује оштећење предајника. Број губитака повратка од 20 дБ указује да се 1% од пренетог сигнала рефлектује назад на предајник, а 99% дође до антене - ово се уопштено сматра добрим перформансама. Повратни губитак од 10 дБ указује да се 10% сигнала рефлектује и треба сматрати сиромашним. Ако је губитак повратка мерен на 0 дБ, биће рефлектовано 100% снаге и то би вјероватно било резултат отвореног или кратког споја.

Тиме Домаин Рефлецтионс

Напредне ТДР технике могли би се користити да би се прво обезбедила референтна карта оптималног система, а друга да се одреди гдје се тачно појави поремећај на путу преноса. Оваква техника може омогућити оператерима да лоцирају изворе ПИМ-а и врше циљане и ефикасне поправке. Мапирање преносне мреже може такође упозорити оператере на ране знакове неуспеха пре него што почну имати значајан утицај на перформансе. Рефлектометрија временског домена (ТДР) мјери рефлексије које произлазе из сигнала који пролази кроз далековода. Инструмент ТДР шаље импулс кроз медијум и упоређује рефлексије из непознатог окружења преноса на оне произведене помоћу стандардне импедансе. Поједностављено подешавање блока ТДР је приказано на слици 8.

Слика 8. Блок дијаграм за ТДР подешавање.

Слика 9 приказује примјер мапирања ТДР далековода.

Слика 9. ТДР мапирање далековода .

Рефлексије домена фреквенције

Иако се ТДР и ФДР ослањају на принцип слања стимулуса низу далековода и анализирање рефлексије, имплементација ове две технике је веома различита. Техника ФДР-а користи РФ сигнал сигнализацију уместо ДЦ импулса као што је коришћен од стране ТДР-а. ФДР је такође много осетљивији од ТДР-а и може пронаћи грешке или деградацију у перформансама система са већом прецизношћу. Начело рефлектометријског домена фреквенције подразумева векторско додавање изворног сигнала са рефлектованим сигналима од грешака и других рефлективних карактеристика у преносном воду. Док ТДР користи врло кратке дц импулсе који по свој прилици покривају веома велику пропусност као стимулус, ФДР свепт РФ сигнали се заправо могу покренути на одређеним фреквенцијама од интереса (обично унутар опсега у којем се очекује да ће систем радити).

Слика 10. Принципи ФДР, губитак повратне фреквенције у односу на растојање.

Удаљеност до ПИМ-а

Важно је напоменути да док померање линије може указати на неусклађеност импедансе и, дакле, извор даљинског управљача ПИМ, ПИМ и неусаглашености импеданције преносног вода могу се међусобно искључити. Нелинеарна мрежа ПИМ-а може се десити у тачкама где резултати линијског чишћења не указују на проблеме везане за преносне мреже. Због тога је неопходна више софистицирана имплементација кад год корисницима буде обезбеђено решење које не само да указује на присуство ПИМ-а, већ им омогућава да прецизно идентификују где се на путу далековода јавља проблем.

Свеобухватно тестирање ПИМ линија функционише у сличном режиму оном описаном за дизајнирање ПИМ-а, осим у случају када алгоритам испитује процјену временског кашњења производа интермодулације. Треба напоменути да приоритет у овим случајевима није отказивање артефакта ПИМ-а, већ одређивање места гдје се на путу преноса врши интермодулација. Концепт је познат и као растојање од ПИМ-а (ДТП). На пример, у двоструком тонском тесту:

Тон 1:

Тоне 2:

в 1 и в 2 су фреквенција; 0 1 и 0 2 су иницијалне фазе; т 0 је почетно време. ИМД (на доњој страни, на пример) биће:

Многе постојеће решења захтевају од корисника да прекине пут преноса и убаци ПИМ стандард (ПИМ стандард је уређај за који се зна да генерише фиксну количину ПИМ-а, која се користи за калибрацију тестне опреме). Употреба ПИМ стандарда даје кориснику референтни ИМД који има познату фазу на одређеном положају / растојању дуж пута предајника. Слика 11 (а) даје преглед. ИМД фаза 0 32, као што је приказано на слици 11, користи се као референца за нулту позицију.

Слика 11. Удаљеност до ПИМ-а.

Када се изврши иницијална калибрација, систем се затим реконструише и узима се системско мерење ПИМ-а, као што је приказано на слици 11 (б). Разлика у фази између θ 32 и θ '32 може се користити за израчунавање удаљености до ПИМ-а.

где је Д растојање према ПИМ-у, а С је брзина ширења таласа (у зависности од преносног медија).

Монтажа и зарђати завртањ ПИМ могу бити спори и инкрементални процеси; базна станица може ефикасно да функционише након почетне инсталације, али током времена ове врсте ПИМ феномена могу почети да постају изразитеје. Пошто ниво ПИМ може бити предмет околинских проблема, као што су вибрације или ветар, природа и карактеристике ПИМ-а могу бити динамичне и флуктуирајуће. Маскирање или поништавање ПИМ-а не само да је тешко, већ се може видети и као маскирање озбиљнијег проблема који може, ако није решен, проузроковати потпуну грешку система. У таквим околностима оператери желе да избегну трошкове укупног срушења система, али умјесто тога ефикасно лоцирају ПИМ допринос и замјењују га.

Удаљеност до ПИМ (ДТП) технологија такође нуди оператерима базних станица могућност праћења деградације њихових система током времена и унапред истакнути шта би се могло појавити као проблематична. Знање омогућава замену слабих тачака током планираног одржавања, чиме се избјегавају скупи временски недостаци система и посвећени напори поправке.

Закључак

Пасивна интермодулација није ништа ново. То је феномен који постоји већ дуги низ година и био је разумео неко време. У последње време, две одвојене промене у индустрији вратиле су је у први план пажње:

Прво, напредни алгоритми сада пружају паметан начин откривања присуства / локације ПИМ-а и, гдје је то могуће, компензације. Будући да су раније радио-дизајнери морали да изаберу компоненте које су испуниле одређене захтеве ПИМ перформанси, уз помоћ алгоритама отказивања ПИМ-а сада су стекли нови степен слободе. Они имају могућност да подстакну веће перформансе или, ако би требали изабрати, одржавају исти ниво перформансе, али са мањим трошковима и мањим хардверским компонентама. Алгоритми отказивања дигитално помажу хардверским елементима.

Друго, уз експлозиван раст густине и разноврсности торњева базне станице, видимо читав нови низ изазова изазваних одређеним системским подешавањима, као што је дијељење антена. Алгоритамско отказивање зависи од познавања примарних пренетих сигнала. У случајевима када простор на столовима има премијум, различити предајници могу дијелити једну антену, чиме је постојање нежељених ПИМ ефеката врло вјероватно. У таквим случајевима, алгоритам може имати знање о одређеним деловима путања предајника и може ефикасно радити. У случајевима када нису познати сви дијелови одашиљача, перформансе или имплементација прве генерације напредних алгоритама за отказивање ПИМ-а могу бити ограничене.

Пошто изазови у инсталацијама базних станица и даље расте, могу се очекивати да алгоритми за откривање и отказивање ПИМ-а у кратком року дају значајне користи и предности радио-дизајнерима, али захтијевају развојни рад како би наставили са будућим изазовима.

Овај чланак је првобитно објављен на Аналогном дијалогу. Можете видети више техничких чланака на њиховој веб страници.


Чланци индустрије представљају облик садржаја који омогућава партнерима у индустрији да делују корисне вијести, поруке и технологију са читачима читавог круга на начин на који уређивачки садржај није прикладан. Сви чланци у индустрији подлежу строгим уредничким смерницама с намјером да корисницима пруже корисне вијести, техничку експертизу или приче. Ставови и мишљења изражена у чланцима из области индустрије су оне партнера, а не нужно оне од Алл Абоут Цирцуитс или њених писаца.