基站中的無(wú)源交調(PIM)效應

　　溫度變化大、空氣帶有鹽分/受污染或存在過(guò)大振動(dòng)的環(huán)境往往會(huì )加重PIM問(wèn)題。雖然可以使用與針對設計引入PIM相同的PIM測量技術(shù)，但可以認為，裝配PIM的存在表明系統的性能和可靠性均有所降低。若不加以解決，引起PIM的缺陷因素可能會(huì )變本加厲，直至整個(gè)傳輸路徑發(fā)生故障。對裝配PIM采用PIM抵消方法更像是掩蓋問(wèn)題而非解決問(wèn)題。

　　因此，此類(lèi)情況下，用戶(hù)可能并不希望抵消PIM，而是希望得知PIM的存在，以便消除根本原因。為此，首先需要確定PIM是從系統何處引入的，然后修理或更換特定元件。

　　我們可以認為設計引入PIM是可量化且穩定的，但上面所述的裝配PIM是不穩定的。它可能存在于一組范圍非常窄的條件下，其幅度變化可能超過(guò)100 dB。單次離線(xiàn)掃描可能無(wú)法捕捉到此類(lèi)事例;理想情況下，傳輸線(xiàn)路診斷需要與PIM事件協(xié)同進(jìn)行。

2.3 天線(xiàn)之外的PIM(銹體PIM)

　　PIM并不局限于有線(xiàn)傳輸路徑，也可能發(fā)生在天線(xiàn)之外。該效應也被稱(chēng)為“銹體PIM”。這種情況下，無(wú)源交調發(fā)生在信號離開(kāi)發(fā)射機天線(xiàn)之后，所產(chǎn)生的交調反射回接收機中?！?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/銹體">銹體”這一說(shuō)法來(lái)源于這樣一個(gè)事實(shí)：很多情況下，交調源可能是生銹的金屬物件，例如鐵絲網(wǎng)、倉庫或排水管。

　　金屬物件會(huì )引起反射。但在這些情況下，金屬物件不僅會(huì )反射收到的信號，而且會(huì )產(chǎn)生并輻射交調偽像。交調的發(fā)生同在有線(xiàn)信號路徑中一樣，即發(fā)生在兩種不同金屬或異質(zhì)材料的接合處。電磁波產(chǎn)生的表面電流會(huì )混合并再輻射(參見(jiàn)圖7)。再輻射信號的幅度一般非常低。然而，如果輻射物件(生銹鐵絲網(wǎng)、倉庫或下水管等)靠近基站接收機，而且交調產(chǎn)物落在接收機頻段內，將造成接收機降敏。

　　某些情況下，PIM源可通過(guò)天線(xiàn)定位來(lái)檢測：一邊改變天線(xiàn)位置，一邊監測PIM水平。此外，也可以利用時(shí)間延遲估計來(lái)定位PIM源。如果PIM水平穩定，則可以利用標準算法抵消技術(shù)來(lái)補償PIM。但更多情況下，PIM貢獻受到振動(dòng)、風(fēng)和機械運動(dòng)的影響，使得抵消非常難以進(jìn)行。

3 PIM檢測：定位PIM源

3.1 線(xiàn)路掃描

　　可以實(shí)施多種線(xiàn)路掃描技術(shù)。線(xiàn)路掃描測量傳輸系統在目標頻段上的信號損耗和反射。我們不能認為線(xiàn)路掃描總是會(huì )精確指示PIM的可能原因。線(xiàn)路掃描更像是一種診斷工具，可幫助識別傳輸線(xiàn)路上的問(wèn)題。早期裝配問(wèn)題可能表現為PIM;若不加以解決，這些裝配問(wèn)題可能會(huì )升級，引起更為嚴重的傳輸線(xiàn)路故障。線(xiàn)路掃描通常分為兩個(gè)基本測試：回波損耗和插入損耗。二者均與頻率有很大關(guān)系，且在指定頻段內均可能變化很大?；夭〒p耗衡量天線(xiàn)系統的功率傳輸效率。務(wù)必使反射回到發(fā)射機的功率最小。任何反射功率都可能使發(fā)射信號失真;若反射回的功率足夠大，甚至會(huì )損壞發(fā)射機。20 dB的回波損耗值表示1%的發(fā)射信號被反射回發(fā)射機，99%到達天線(xiàn)——通常認為這是相當好的性能。10 dB的回波損耗表示10%的信號被反射，表明性能不理想。如果回波損耗測量值為0 dB，則100%的功率被反射，這很可能是開(kāi)路或短路導致的。

3.2 時(shí)域反射

　　可以利用高級TDR技術(shù)來(lái)提供一個(gè)最優(yōu)系統的參考映射，以及確定傳輸路徑上開(kāi)始發(fā)生損耗的確切位置。通過(guò)這種技術(shù)，操作員可以定位PIM源，從而有針對性地、高效率地予以修復。傳輸線(xiàn)路映射還能提醒操作員注意一些早期故障跡象，防止其嚴重影響性能。時(shí)域發(fā)射法(TDR)測量信號經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)路所產(chǎn)生的反射。TDR儀器讓一個(gè)脈沖通過(guò)介質(zhì)，然后將未知傳輸環(huán)境產(chǎn)生的反射與標準阻抗產(chǎn)生的反射進(jìn)行比較。圖8顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化TDR測量設置框圖。

　　圖9顯示了一個(gè)TDR傳輸線(xiàn)路映射實(shí)例。

3.3 頻域反射

　　雖然TDR和FDR的工作原理均是沿著(zhù)傳輸線(xiàn)路發(fā)送激勵信號并分析反射，但這兩種技術(shù)的實(shí)現方法非常不同。FDR技術(shù)采用RF信號掃描，而不是TDR所用的直流脈沖。另外，FDR要比TDR靈敏得多，能以更高的精度定位系統性能故障或降低的地方。頻域反射法原理涉及源信號和反射信號(來(lái)自傳輸線(xiàn)路中的故障和其他反射特性)的矢量相加。TDR采用非常短的直流脈沖作為激勵信號，其本身就能覆蓋非常寬的帶寬，而FDR掃描RF信號實(shí)際上是在特定目標頻率(通常在系統的預期工作范圍內)運行。

3.4 PIM定位

　　必須注意，雖然線(xiàn)路掃描可以指示阻抗不匹配，從而指示傳輸線(xiàn)路PIM源，但PIM和傳輸線(xiàn)路阻抗不匹配可以是互斥的。PIM非線(xiàn)性可能出現在線(xiàn)路掃描結果未指示任何傳輸線(xiàn)路問(wèn)題的地方。因此，若要給用戶(hù)提供一種解決方案，要求不僅能指示PIM存在，而且能準確識別傳輸線(xiàn)路上何處發(fā)生該問(wèn)題，就需要采用更復雜的實(shí)施方案。

　　綜合PIM線(xiàn)路測試的工作模式與針對設計引入PIM抵消所述的模式相似，不同之處是算法檢查交調產(chǎn)物時(shí)間延遲估計的情況不同。應當注意，這些情況中的優(yōu)先事項并非PIM偽像的抵消，而是定位傳輸線(xiàn)路上何處發(fā)生交調。該概念也被稱(chēng)為“PIM定位”(DTP)。例如，在一個(gè)雙音測試中，

　　信號音1：

　　信號音2：

　　w1和w2為頻率; θ1和θ2為初始相位;t0為初始時(shí)間。

　　IMD(例如低端)將為：

　　很多現有解決方案要求用戶(hù)中斷傳輸路徑，插入一個(gè)PIM標準裝置(它能產(chǎn)生固定量的PIM，用來(lái)校準測試設備)。使用PIM標準裝置可為用戶(hù)提供一個(gè)基準IMD，它在傳輸路徑的特定位置/距離處并具有已知相位。圖11(a)顯示了概況。IMD相位θ32(如圖11所示)用作基準位置0。

　　一旦完成初始校準，便重構系統并測量系統PIM，如圖11(b)所示。θ32和θ'32之間的相位差可用來(lái)計算到PIM的距離。

　　其中，D為到PIM的距離，S為波傳播速度(取決于傳輸介質(zhì))。

　　裝配和銹體PIM可能是一個(gè)慢速遞增的過(guò)程;完成安裝后初期，基站可以高效率工作，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，此類(lèi)PIM現象可能會(huì )開(kāi)始變得突出。振動(dòng)或風(fēng)等環(huán)境因素可能會(huì )影響PIM水平，故PIM的性質(zhì)和特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)起伏不定的。掩蓋或抵消PIM不僅可能很困難，而且可能被認為掩蓋了更為嚴重的問(wèn)題，若不加以解決，可能引發(fā)整體系統故障。這種情況下，運營(yíng)商會(huì )希望避免系統整體停機的相關(guān)成本，快速定位引起PIM的器件并予以更換。

　　PIM定位技術(shù)(DTP)還為基站運營(yíng)商提供了這樣一種可能性：跟蹤系統性能隨時(shí)間而降低的情況，提前發(fā)現潛在問(wèn)題。有了這些信息，便可在計劃維修期間更換薄弱點(diǎn)，避免代價(jià)巨大的系統停機和專(zhuān)門(mén)維修工作。

4 結論

　　PIM現象已經(jīng)存在多年，為人所知也有段時(shí)間了。近年來(lái)，業(yè)界的兩種不同變化又把它拉回人們的視野：

　　第一，高級算法現在可通過(guò)一種智能方式來(lái)檢測和定位PIM，并且能酌情予以補償。以前的無(wú)線(xiàn)電設計人員必須選擇能夠滿(mǎn)足特定PIM性能要求的器件，但在PIM抵消算法的幫助下，他們現在有了更大的選擇自由。他們能夠選擇企及更高的性能，或者用成本較低且尺寸較小的器件實(shí)現相同的性能水平。抵消算法通過(guò)數字化方式輔助硬件元件。

　　第二，隨著(zhù)基站塔的密度和多樣性爆炸式增長(cháng)，我們面臨著(zhù)特殊系統設置(例如天線(xiàn)共享)帶來(lái)的全新挑戰。算法抵消取決于對主要傳輸信號的了解。在塔上空間寶貴的情況下，不同發(fā)射機可能共享單根天線(xiàn)，導致出現不良PIM效應的可能性大大增加。這種情況下，算法可能知道發(fā)射機路徑某些部分的信息，并且可以有效工作。而在發(fā)射路徑某些部分信息未知的情況下，第一代高級PIM抵消算法的性能或實(shí)現可能會(huì )受限。

　　隨著(zhù)基站設備領(lǐng)域的挑戰難度不斷加大，PIM檢測和抵消算法在短期內預計能給無(wú)線(xiàn)電設計人員帶來(lái)相當大的好處和優(yōu)勢，但要求開(kāi)發(fā)工作跟上未來(lái)挑戰的步伐。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第25頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。