无源互调测量及解决方案
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浅谈无源互调测量技术SUBSCRIBE to US由于衰减效应严重影响了通信网络的运行,因此PIM在无线通信领域越来越受关注。
只要当两个频率以上的信号遇到一个非线性的电学结或类似物质,就会产生互调。
其结果是产生了我们不想要的信号,这个信号的频率可以由最初的原始频率经过计算得到,它可以导致系统容量的减少,和(或)通话质量的降低。
蜂窝小区中容量的减少和通话质量的降低将导致无线通信服务提供商收入的减少。
当受影响的客户对该服务提供商失去信心,并且改换成使用竞争对手的服务时,那么该服务提供商的经济损失将是不可预计的。
通过与世界各国的工程师和技术人员的交流,Summitek公司与器件制造商、下游供应商、现场经理和服务提供商讨论过有关互调的问题。
Summitek结合了通过制造和发展其PIM分析仪而获得相关的知识,形成的PIM测量基本方法,以及构筑Summitek分析仪的测试性能等方面,从而逐步形成了现有的观点和看法。
Summitek建议如下:· 在强调性价比的现实情况下,一味的坚持“低”互调原则是很难满足市场的大量需求的。
· PIM的评估设备应该采用动态的测量方法。
· 由于频率是依赖于许多设备及其子系统的特性,因此固定频率的测试方法可能是不适合的。
PIM的形成原因设计、制造和维护都是产生互调的原因。
就互调而言,良好的设计是必要条件,但不是成功的充分条件。
同时,许多公司认为互调可以简单得通过一些设计规则来控制。
避免使用含铁材料、使连接结点的数量最少化。
设计中所有的连接结点必须是精确的,并且在足够的压力下还能维持很好的连接。
焊接或冷焊所有的结点;避免不同材料间的直接接触;电镀所有的表面,防止氧化;确保电镀的均匀以及足够的厚度。
虽然这些规则看似简单,但是完美地实现他们才是成功的关键。
理想过程中的微小偏差可能导致无法容忍的互调。
现实环境下可能发生的情况:部件间的简单连接;螺杆和紧固件的不切当的扭矩;连接处的焊接不良;电镀前没有彻底充分清洗部件;污染的电镀槽;电镀材料的结构;使用错误的材料;电镀的附着力差。
无源互调测试仪检测方法及“工兵行动”所需互调仪功能分析目录一. 互调仪整机性能测试 (3)1.残余互调(自身互调)测试 (3)2.标准件测试测试 (3)3.总结 (4)二. 互调仪模块性能测试 (4)1.发射模块测试 (4)2.接收模块测试 (4)3.总结 (5)三. 互调仪一致性测试 (5)四. “工兵行动”所需互调仪功能分析 (5)1. 中国移动需要什么样的互调仪? (5)2.为什么互调仪的重量要求足够轻? (5)3.为什么互调仪必须要测量频谱? (6)4.为什么国际标准EGSM便携互调仪国内不能使用? (7)一. 互调仪整机性能测试互调仪由发射机和接收机组成,因此可以利用其收发特性对整机性能进行验证。
整机性能测试包括两项,一项是残余互调测试,另外一项是标准件测试。
1. 残余互调(自身互调)测试测试设备包括被测互调分析仪、低互调负载、低互调测试电缆,其连接如图1所示,仪表设置如下:两路载波输出功率为+43dBm ,互调阶数为3阶,选择扫频测试,记录整个频段范围内的互调最差点,这个值就是互调仪残余互调。
建议残余互调≤-125 dBm (-168dBc@2×43dBm ),该值越小越好。
残余互调是互调仪的一项重要指标,他决定了仪表的测量范围和测量精度。
根据互调测试IEC 62037相关国际标准,要求测试系统残余互调至少必被测件互调值低10dB ,也就是说残余互调为-125 dBm@2×43dBm 的互调仪,最低可以测到-115 dBm@2×43dBm 无源互调,低于-115 dBm ,测试结果不准确。
反过来也可以讲,在被测件互调值确定情况下,互调仪残余互调值越低,测量结果越精确。
低互调负载图1 残余互调测试框图2. 标准件测试测试低互调负载图2 标准件测试框图测试设备包括被测互调分析仪、标准件、低互调负载、低互调测试电缆,其连接如图2所示。
标准件是一种在确定的功率(2×43dBm)下产生确定互调值(譬如-80dBm 或-100dBm 等)的设备,其外形与一般连接器相同。
室内分布系统无源互调干扰问题排查与整治发布时间:2021-07-12T16:57:00.030Z 来源:《科学与技术》2021年第29卷8期作者:周新超李小雷[导读] 我国经济的不断发展,使得我国的科技水平也得到了迅速的发展,周新超李小雷中航富士达科技股份有限公司,陕西西安 710077摘要:我国经济的不断发展,使得我国的科技水平也得到了迅速的发展,尤其是室内覆盖系统的出现,它改变了人们的日常生活。
在我国的网络通信行业中,主要通过打电话或者使用网络来缩小人与人之间的距离,但是在通信的过程中会出现无源互调干扰,直接影响客户的网络通信质量。
本文通过讲述室内无源互调干扰的定义、判断无源互调干扰及排查办法对室内覆盖无源互调干扰进行降低提出了几点建议。
关键词:室内分布系统;无源互调干扰;问题排查;整治引言:2G网络和3G网络在分布范围上也是不一样的,对于2G网络来说,它的业务量大部分都是来自室外,对于3G网络来说,它的业务量大部分都是来自室内。
通过数据可以看出来,有一半以上的用户在使用3G网络的时候通常是在封闭的环境里进行的,所以说网络覆盖区域中的封闭区域是非常重要的,网络运营商在市场竞争的时候通常会将覆盖区域的网速作为重要的参考依据。
本文详细的阐述了无源互调干扰的含义、判断方法以及排查与整治,并提出了几条建议[1]。
一、室内无源互调干扰的含义在大多数情况下,通信系统不会只有一个频率信号存在至少会有两个,举个例子来说,假设我们将两路信号设置为A1和A2,当这两路信号在同样的时间用在网络元件上的时候,那么当有信息传出来的时候就会出现不同的信息指示以及各种组合频率,新产生的频率会对系统的灵敏度造成干扰如果和收频带相似的话。
遇到这种情况的话,就会再次做出调整和整合对于不同的频率,这个现象就是我们所说的互调干扰。
在室内网络中,会存在一些东西对其产生干扰,这种干扰系统不是唯一的。
但是在所有的干扰系统中,无源互调干扰是最不容易解决的,困难度是最大的。
pim无源互调的的测试标准
无源互调 (PIM) 的测试标准因应用场景和设备类型而异,但通常会考虑以下几个方面:
1. PIM 信号的功率:通常以 d Bm 为单位,表示 PIM 信号的功率大小。
对于不同的应用场景和设备类型,PIM 信号的功率可能会有不同的限制。
2. PIM 信号的频谱:测试 PIM 信号的频谱可以了解其频率范围和带宽,从而确定其对其他信号的影响。
3. PIM 信号的失真:测试 PIM 信号的失真可以了解其对原始信号的影响程度。
4. PIM 信号的稳定性:测试 PIM 信号的稳定性可以了解其在不同条件下的表现,如温度、湿度等。
5. PIM 信号的检测方法:不同的设备和应用场景可能需要不同的 PIM 信号检测方法。
常见的检测方法包括频谱分析、矢量分析、噪声系数分析等。
根据不同的标准和规范,可能会有具体的 PIM 测试要求和限制。
例如,在通信系统中,可能会规定 PIM 信号的功率、失真和检测方法等方面的具体要求;在卫星通信系统中,可能会对 PIM 信号的频谱和稳定性等方面有更严格的要求。
因此,具体的 PIM 测试标准应根据实际应用场景和设备类型来确定。
(a)线性系统(b)非线性系统图1线性/非线性系统信号变化示意从图1(b)可以看出,正半周的幅度比负半周的幅度要大,而且与原有信号相比,该波形的特性发生了质的变化。
这时的信号由原来的基波和相应的谐波叠加而成,这些谐波将同传输线上的其他载波进行互调。
当输入信号为2个单音信号时,会产生2个单音的三阶互调(IM3)产物,频率分别是2×1-2和2×2-1,也会产生2个单音的5阶互调(IM5)产物,频率分别是3×1-2×2和3×2-2×1;2个单音的7阶互调(IM7)产物,频率分别是4×1-3×2和4×2-3×1,如图2所示。
图22个单音信号的互调产物当输入的信号一个是单音信号,一个是宽带信号时,产生的互调产物都是宽带信号,3阶和5阶互调产物的频率和带宽如图3和图4所示。
图3一个单音信号和一个宽带信号的互调产物(case1)图4一个宽带信号和一个单音信号的互调产物(case2)当输入信号是2个宽带信号时,会产生2个宽带的3阶互调产物,也会产生2个宽带的5阶互调产物,互调产物的频率和带宽,如图5所示。
图52个宽带信号的互调产物2PIM的测试一般PIM信号电平水平较低,测量比较困难。
目前,国际上尚无相应标准的PIM测试方法,IEC62037建议的测试方法被普遍采用。
因此,较为精确的测试方法可以为研究PIM的产生机理及特性分析提供可靠的实验数据[4]。
PIM测试方案可分为“非辐射式、辐射式和再辐射式”PIM 测试3种。
在实际测试时,需要根据被测件与设备的特性,选择不同PIM测试方法进行测试。
①非辐射式PIM测试系统适用于非辐射型诸如大功率负载、滤波器、双工器和多工器等的单端口、双端口和多端口射测试系统测试系统适主要适用于对天线及馈源的测试。
辐射式单端口馈源PIM测试系统框图如图7所示(参见标准)。
测试的基本原理:将被测天线单元和低PIM接收天线置于微波暗室中,首先利用射频合路器将2路不同频率的大功率测试信号1、2进行合成,最终由低PIM天线单元。
无源互调分析及建议网络优化进行了这么多年,大部分在有源设备测做工作,但忽视无源系统的性能评估,天馈系统的问题逐渐的成为影响网络质量的主要因素之一,下列频谱为典型的无源系统质量引起的干扰。
1、无源互调的概念当两个以上不同频率的信号作用在具有非线性特性的无源器件时,会产生无源互调产物PIM(Passive Inter-Modulation)。
在所有的互调产物中,三阶互调产物的危害性最大,因为其幅度较大、可能落在本系统或其他系统接收频段,无法通过滤波器滤除而对系统造成较大危害。
2、通信系统互调干扰分析1)单系统的互调在单系统通信中由于采用多载频,两个载频F1、F2会产生三阶互调产物:2F1-F2、2F2-F1,有可能落在本系统的接收频段,比如:三阶互调(2F1-F2、2F2-F1):系统TX(MHz)RX(MHz)PIM3范围(MHz)影响系统(接收)CDMA-25M869~894824~849844~849CDMA-25 GSM-25M935~960890~915910~915GSMDCS1805~18801710~17851730~1785DCS2)多系统(合路)通信中,单系统互调的影响在多系统通信中,由于系统通过合路器合路,一个系统产生的三阶互调不但对自身系统造成影响,也会落在其他系统的接收频段而对系统造成影响:三阶互调(2F1-F2、2F2-F1):系统TX(MHz)RX(MHz)PIM3范围(MHz)影响系统(接收)CDMA-10M870~880825~835860~890GSMCDMA-25M869~894824~849844~919CDMA-25、GSM GSM-25M935~960890~915910~985GSM移动GSM-24M930~954885~909906~978移动GSM、联通GSMDCS1805~18801710~17851730~1955DCS、PHS、WCDMAPHS1900-1911890~1920WCDMA 二阶互调产物(F1+F2)也会对系统造成影响:系统TX(MHz)RX(MHz)PIM2范围(MHz)影响系统(接收)CDMA-10M870~880825~8351740~1760DCSGSM-25M935~960890~9151870~1920DCS、PHS、WCDMA 3)多系统(合路)通信中,多系统间的互调影响在多系统合路中,不同系统的功率信号也会在合路器中产生三阶互调:F1+F2-F3例1:GSM与WCDMA合路:F1=935MHz (GSM)F2=2110MHz (WCDMA)F3=2135MHz(WCDMA)PIM3=F1+F2-F3=935+2110-2135=910(MHz) 可见三阶互调落在GSM接收频率范围内例2:CDMA与GSM合路F1=875MHz (CDMA)F2=955MHz (GSM)F3=940MHz (GSM)PIM3=F1+F2-F3=875+955-940=890(MHz) 可见三阶互调产物落在GSM接收频率范围内。
1概述无源器件会产生非线性互调失真吗?答案是肯定的!尽管还没有系统的理论分析,但是在工程中已经发现在一定条件下无源器件存在互调失真,并且会对通信系统(尤其是蜂窝系统)产生严重干扰。
无源互调(Passive Inter-Modulation,PIM)是由发射系统中各种无源器件的非线性特性引起的。
在大功率、多信道系统中,这些无源器件的非线性会产生相对于工作频率的更高次谐波,这些谐波与工作频率混合会产生一组新的频率,其最终结果就是在空中产生一组无用的频谱从而影响正常的通信。
所有的无源器件都会产生互调失真。
无源互调产生的原因很多,如机械接触的不可靠、虚焊和表面氧化等。
5年前,大部分射频工程师很少提及无源器件互调问题。
但是,随着移动通信系统新频率的不断规划、更大功率发射机的应用和接收机灵敏度的不断提高,无源互调产生的系统干扰日益严重,因无源互调测量及解决方案朱 辉上海创远信息技术股份有限公司此越来越被运营商、系统制造商和器件制造商所关注。
长期以来,无源器件的互调失真测量技术一直被国外公司所掌握,并垄断了测量产品市场。
今天这种局面发生了变化,无源互调测量技术难关已经被中国本土的射频工程师们攻克,而且低成本的商用无源互调测量系统也已诞生。
2无源互调的表达方式无源互调有绝对值和相对值两种表达方式。
绝对值表达方式是指以dBm为单位的无源互调的绝对值大小;相对值表达方式是指无源互调值与其中一个载频的比值(这是因为无源器件的互调失真与载频功率的大小有关),用dBc来表示。
典型的无源互调指标是在两个43 dBm的载频功率同时作用到被测器件DUT时,DUT产生-110 dBm(绝对值)的无源互调失真,其相对值为-153 dBc。
3无源互调测量方法由于无源互调值非常小,因此无源互调的测量非常困难。
到目前为止,无源互调的测量项目和测量方法尚无相应的国际标准,通常都是采用IEC推荐的测量方法。
IEC推荐的正向和反射互调产物的测量方法分别如图1和2所示。
图1表示一个两端口或多端口器件在两个大功率信号的同时作用下所产生的互调产物。
绝大部分的无源器件,如双工器、滤波器、定向耦合器等都可以采用这种方法测量。
图2表示一个单端口器件在两个大功率信号的同时作用下所产生的反射互调产物。
天线和负载可以采用这种方法测量。
4无源互调测量面临的新挑战随着通信技术的不断发展,新的系统干扰问题不断出现,给测量工作者带来了新的挑战。
(1)反向互调测量在一些功率合成系统或者多载频的共用系统中,当两个大功率信号同时作用于一个两端口器件的输入和输出端时,在输出端口将会产生很大的互调产物。
在多系统合路平台(POI)系统中情况更为复杂。
各种不同频段的载频同时进入系统,除了本频段的互调干扰外,还会产生跨频段的互调干扰。
因此,需要进行图3所示的无源器件反向互调测量。
(2)测量范围典型的无源器件,如定向耦合器、功率分配器、双工器、连接器和电缆组件等,其互调产物通常在-120~ -100 dBm,也就是相对于43 dBm测量条件下的-163~-143 dBc;而某些器件的互调产物更大,如铁氧体器件的互调产物可达-60 dBc甚至更大。
对于前一类器件,不要求测量系统的测量范围太大。
目前同类产品的互调测量上限是-65 dBm,也就是43 dBm条件下的-108 dBc。
对于后一类器件,可以采用通用的频谱分析仪测量。
频谱分析仪是一种通用的射频分析仪器,也称为“射频万用表”。
既然获此美誉,频谱分析仪的动态范围必定足够大。
即使是低端频谱分析仪,测量范围也可以达到-150~30 dBm。
(3)测量精度对于无源互调测量系统的测量精度,虽然目前还没有相应的国际标准,但是无源互调的测量精度依然是有章可循的。
与测量精度有关的因素有功率校准和系统的剩余互调。
功率校准功率校准对于测量精度有很大关系。
从理论上说,载频增加1 dB,互调产物增加3 dB。
在IEC推荐的测量方法中,建议加载到DUT的测量功率是每载频43 dBm,这个值已经成为行业的标准测量功率。
随着通信系统功率的不断增加,参照功率标准并非一成不变,可能会出现更高的参照功率标准。
要准确校准测量端的功率,频谱分析仪不是最合适的选择,因为频谱分析仪的幅度测量精度通常为±1dB,加上衰减器的影响,总的功率误差可能超过±1 dB。
大功率测量的最佳手段莫过于通过式功率计,这种功率计采用高方向性的定向耦合器,可以提供大功率在线测量。
系统的剩余互调测量系统自身的剩余互调值是系统的最主要指标之一。
系统剩余互调和DUT互调之间的差值决定了测量结果的精度。
在IEC中建议的可接受的系统剩余互调和DUT互调之间的差值为10 dB,这意味着系统的测量误差为+2.4/-3.3 dB。
在小互调测量情况下,这个误差完全可以接受。
对于大互调测量(大于-80 dBc时),10 dB的余量似乎小了些,20 dB比较合理。
5无源互调测量系统的实现需要考虑的要素无源互调测量实际上是在实验室重现器件在实际工作条件下所产生的无源互调,因此,如何能逼真地模仿实际工作环境是无源互调测量系统的关键所在。
要做到这一点,必须考虑以下几大要素。
(1)测量端功率的幅度测量端功率大小的设置原则应该是可能加载到DUT端的最大功率的上限。
在IEC中提到:除非特别说明,加载到DUT的测量功率为2×43 dBm。
显然,这是针对早期的基站而言,直到现在,这个功率等级依然适用于大多数器件的测量。
随着新的数字蜂窝通信标准的不断诞生,出现了更大幅度和更大范围的功率等级。
如CDMA和WCDMA,由于这些调制信号具有很高的峰均功率比,为了满足系统的要求,放大器的1 dB压缩点功率要远远超过调制状态下的平均功率。
因此,除了43 dBm以外,还出现了小至26 dBm和大到51 dBm条件下的测量要求。
(2)载频的数量绝大部分无源互调测量都是在两载频的条件下进行的,但是也有四载频条件下的测量。
随着无线信道的日益拥挤,多载频的无源互调测量可能在不久的将来被列入有关的测量标准。
(3)测量功率流的方向将两个载频合成后从一个方向同时注入DUT,这已经是无源互调测量的惯性思维了。
但是在实际应用中,系统中的器件要承受来自不同方向的功率。
对于这一点,早期的无源互调测量系统并没有考虑到。
(4)频率配置早期,测量者关心的是落在接收频段的互调,如今越来越关心落入发射频段的互调。
一些标准的无源互调测量系统只能测量落入接收频段的互调,对于落入发射频段的互调测量无能为力。
另外,由于多制式系统的共存,跨频段的互调干扰也将逐渐显现。
对于无源互调测量系统来说,除了接收频段外,发射频段和跨频段的互调分析和测量也是需要考虑的重要因素。
(5)测量范围这个问题在前面已经有详细的描述。
频谱分析仪自身的测量范围远远超过专用的测量接收机。
此外,频谱分析仪是通用仪器,可以充分提高资源的利用率。
6无源互调测量解决方案经过不懈的努力,上海创远信息技术股份有限公司成功开发了第一套本土化的商用无源互调测量系统—PIM系统。
PIM测量系统是参照了IEC推荐的测量方法并结合当前各种新的测量要求开发的,整个设计过程完全遵循无源互调测量的“仿真原则”。
(1)共享测量平台PIM系统采用“共享平台”设计理念,系统的基础平台采用通用的频谱测量技术,第二层平台分别是GSM900和DCS1800的基本测量系统,在此基础上可分别升级到CDMA800和WCDMA频段,从而覆盖了移动通信频段。
得益于这种设计理念,PIM系统的升级和扩容变得十分便利和经济。
如要升级到TETRA频段和E-GSM频段,只要增加相应的射频子系统即可;即使要升级到450 MHz和3.5 GHz频段,第一层的共享平台依然可以利用。
随着新的通信系统(如POI系统)的不断出现,PIM系统可以提供足够的升级空间以开发出客户化的测量解决方案。
(2)内置信号源PIM系统内置信号源,这种信号源是根据测量要求的频段而配置的,目的是为了降低用户的投资成本。
(3)灵活的结构PIM系统分为高度集成化和19英寸机柜两种结构,如图4所示。
高度集成化结构占地面积小,适用于单一测量功能的应用;19英寸机柜结构更方便系统的升级和扩容,每个子系统模块均采用19英寸的标准插箱,可以随心所欲地增加新的功能模块。
(4)可调的大功率源在正向互调测量时,作用在DUT端的测量功率可大于44 dBm;在反向互调测量时,作用在DUT端的功率可高达49 dBm。
如果需要,系统功率可以提高到51.7 dBm(150 W)。
配合标准信号源,测量端功率任意可调。
为了保证测量精度,每个测量端的功率都经过5012C通过式功率计的精确校准。
(5)通用的基础仪器除内置信号源外,PIM系统还兼容通用的基础射频仪器,从而保证了系统的通用性和可扩展性。
(6)具有针对性的测量解决方案除具备IEC推荐的基本测量方法外,PIM系统还提供了大量具有极强针对性的测量解决方案,包括发射频段的互调测量、反向互调测量、谐波测量、POI系统的互调测量和更大功率的合成应用等。
7结束语无源器件互调失真的分析和测量比较复杂。
根据无源互调测量的“仿真原则”,一套无源互调测量系统应具有组合功能,具有良好的兼容性和升级的便利性,上海创远信息技术股份有限公司开发的PIM无源互调测量系统很好地满足了这几大方面的要求。
如对本文内容有任何观点或评论,请发E-mail至editor@ttm.com.cn。
图4 上海创远公司开发生产的PIM测量系统安捷伦科技公司推出用于移动WiMAX应用的无线网络综合测试仪2007年9月10日,安捷伦科技公司推出了一款无线网络测试仪和OFDMA测量应用软件,组成用于移动WiMAX设备的全套发射机和接收机综合测试解决方案。
该解决方案具有出色的技术指标和快速的制造测试速度,可有效满足手机、ODM和CM制造工程师的需求,帮助他们测试采用IEEE 802.16e-2005标准的WiMAX移动用户设备。
在当今的制造环境中,工程师面临把产品快速投放市场的巨大压力。
他们必须赶在竞争对手之前将产品投放市场,同时保护盈利潜力并尽量缩短测试时间。
此外,对大量移动WiMAX设备进行测试需要符合标准的802.16e-2005物理层测试工具。
全新的Agilent N8300A WiMAX综合参数测试仪提供的解决方案恰好可以应对这些挑战,而相关的Agilent N6301A测量应用软件可确保快速和精确地对移动WiMAX信号进行测量分析。
Agilent N8300A无线网络测试仪建立在安捷伦先进的矢量信号分析和矢量信号发生器硬件结合而成的构架上,具有容易使用的前面板图形用户界面和SCPI命令集等特性。
充分利用WiMAX研发测试工具中的测量算法和软件,用户可在整个产品生命周期内快速进行测试开发和测量跟踪。