----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----一文看懂基站無(wú)源交調(diào)（PIM）眾所周知，有源器件會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生非線(xiàn)性效應(yīng)。雖然已開(kāi)發(fā)出多種技術(shù)來(lái)改善此類(lèi)器件在設(shè)計(jì)和運(yùn)行階段的性能，但簡(jiǎn)單忽視的是，無(wú)源器件也可能引入非線(xiàn)性效應(yīng)；雖然有時(shí)相對(duì)較小，但若不加以校正，這些非線(xiàn)性效應(yīng)可能會(huì)嚴(yán)峻影響系統(tǒng)性能。

PIM表示無(wú)源交調(diào)，它代表兩個(gè)或更多信號(hào)通過(guò)一個(gè)具非線(xiàn)性特性的無(wú)源器件傳輸時(shí)產(chǎn)生的交調(diào)產(chǎn)物。機(jī)械連接部分的相互作用一般會(huì)引起非線(xiàn)性效應(yīng)，這在兩種不同金屬的接合處尤為明顯。實(shí)例包括：松動(dòng)的電纜連接、不潔凈的連接器、性能糟糕的雙工器或老化的天線(xiàn)等。

無(wú)源交調(diào)在蜂窩通信行業(yè)是一個(gè)重大問(wèn)題，而且特別難以排解。在蜂窩通信系統(tǒng)中，PIM可能引起干擾，降低接收機(jī)智敏度，甚至完全堵塞通信。這種干擾可能影響產(chǎn)生它的蜂窩以及四周的其他接收機(jī)。

例如，在LTE頻段2中，下行鏈路范圍是1930MHz至1990MHz，上行鏈路范圍是1850MHz至1910MHz。若有兩個(gè)分別位于1940MHz和1980MHz的放射載波從具有PIM的基站系統(tǒng)放射信號(hào)，則其交調(diào)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)位于1900MHz的重量，該重量落入了接收頻段，這會(huì)影響接收機(jī)。此外，位于2023MHz的交調(diào)可能影響其他系統(tǒng)。

圖1.無(wú)源交調(diào)，落到接收機(jī)頻段

隨著頻譜變得越來(lái)越擁擠，并且天線(xiàn)共享方案變得越來(lái)越普遍，不同載波的交調(diào)產(chǎn)生PIM的可能性也在增加。利用頻率規(guī)劃避開(kāi)PIM的傳統(tǒng)方法變得越來(lái)越不行行。除上述挑戰(zhàn)外，CDMA/OFDM等新型數(shù)字調(diào)制方案的采納意味著通信系統(tǒng)的峰值功率也在提高，使PIM問(wèn)題雪上加霜。

對(duì)服務(wù)供應(yīng)商和設(shè)備供應(yīng)商而言，PIM是一個(gè)突出的嚴(yán)峻問(wèn)題。檢測(cè)并盡可能解決該問(wèn)題，可提高系統(tǒng)牢靠性并降低運(yùn)行成本。本文嘗試評(píng)述PIM的來(lái)源和緣由，以及予以檢測(cè)和解決的技術(shù)。

1、PIM分類(lèi)

初步的調(diào)查顯示，PIM有三種不同類(lèi)型，每類(lèi)有不同的特點(diǎn)，需要不同的解決方案。我們選擇按如下類(lèi)型分類(lèi)：設(shè)計(jì)引入PIM、裝配PIM和銹體PIM。

設(shè)計(jì)引入PIM

我們知道，某些無(wú)源器件與其傳輸線(xiàn)路一起會(huì)產(chǎn)生無(wú)源交調(diào)。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)依據(jù)器件制造商給出的規(guī)格，選擇PIM最小或處于可接受水平的無(wú)源元件。環(huán)行器、雙工器和開(kāi)關(guān)特殊簡(jiǎn)單產(chǎn)生PIM效應(yīng)。設(shè)計(jì)人員若能接受較高水平的無(wú)源交調(diào)，那么可以選擇成本較低、尺寸較小或性能較低的器件。

圖2.器件設(shè)計(jì)權(quán)衡：尺寸、功耗、抑制和PIM性能

假如設(shè)計(jì)人員真的選擇性能較低的器件，則相應(yīng)的較高水平交調(diào)可能會(huì)落回到接收機(jī)頻段內(nèi)，導(dǎo)致接收機(jī)降敏。必需留意：在這種狀況下，不良頻譜輻射或功率效率損失可能不如PIM導(dǎo)致接收機(jī)降敏那樣令人關(guān)注。在小型蜂窩無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)中，此問(wèn)題尤其重要。ADI目前正在研發(fā)可從接收信號(hào)中檢測(cè)、模擬、消退（抵消）雙工器等靜態(tài)無(wú)源元件PIM的技術(shù)（參見(jiàn)圖3）。

圖3.PIM的產(chǎn)生以及PIM抵消算法

該算法之所以有效，是由于它知曉載波信息，并且可以使用接收機(jī)相關(guān)性來(lái)確定交調(diào)偽像，然后從收到的信號(hào)中消退。

當(dāng)不再能利用相關(guān)性確定交調(diào)偽像時(shí)，該算法的局限性便開(kāi)頭出現(xiàn)。圖4顯示了一個(gè)實(shí)例。在該例中，兩個(gè)不同的放射機(jī)共享一根天線(xiàn)。假如假設(shè)每條路徑的基帶處理是彼此的，那么算法便不太可能知曉二者信息，故而它能在接收機(jī)執(zhí)行的相關(guān)性和抵消處理睬受限。

圖4.多源共享一根天線(xiàn)

加之于PIM挑戰(zhàn)的簡(jiǎn)單性站點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)和成本給服務(wù)供應(yīng)商帶來(lái)了挑戰(zhàn)，我們開(kāi)頭發(fā)覺(jué)越來(lái)越多這樣的事例：不同放射機(jī)共享單根寬帶天線(xiàn)。其架構(gòu)可以是各種頻段和格式的混合：TDD+FDD；TDD：F+A+D，F(xiàn)DD：B3，等等。

圖5顯示了這種配置的概貌。在這個(gè)例子中，客戶(hù)試圖實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單但現(xiàn)實(shí)的配置。一個(gè)分支是TDD雙頻，另一分支是FDD單頻，采納一個(gè)雙工器。信號(hào)匯合起來(lái)，共享單根天線(xiàn)。Tx1和Tx2信號(hào)之間的無(wú)源交調(diào)發(fā)生在來(lái)自合并器的路徑中、到天線(xiàn)的傳輸線(xiàn)路中以及天線(xiàn)本身中。所得的交調(diào)偽像落回到FDD接收機(jī)頻段Rx2。

圖5.FDD/TDD單根天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)方案

圖6所示為對(duì)一個(gè)雙頻系統(tǒng)的實(shí)際分析。留意在這個(gè)例子中，我們需要考慮三階以上的無(wú)源調(diào)制偽像。這種狀況下，重點(diǎn)關(guān)注從一個(gè)頻段（內(nèi)部）落回到另一個(gè)接收機(jī)頻段內(nèi)的交調(diào)偽像。

圖6.多頻PIM問(wèn)題

裝配PIM

雖然系統(tǒng)在安裝后可以令人滿(mǎn)足地運(yùn)作，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，由于天氣或初次安裝質(zhì)量糟糕，其性能經(jīng)常會(huì)下降。發(fā)生這種狀況時(shí)，信號(hào)路徑中的無(wú)源元件（連接器、電纜、電纜組件、波導(dǎo)組件和元器件等）通常會(huì)開(kāi)頭表現(xiàn)出非線(xiàn)。事實(shí)上，某些主要的PIM現(xiàn)象就是由連接器、連接甚至天線(xiàn)本身的饋線(xiàn)引起的。所產(chǎn)生的影響可能與上面爭(zhēng)論的設(shè)計(jì)引入PIM相像，因此可以使用同樣的PIM測(cè)量理論，該理論特地用于查找無(wú)源交調(diào)產(chǎn)物的存在。

引起裝配PIM的典型因素有：

連接器適配接口（通常是N型或DIN7/16）

電纜附件（電纜/連接器接合的機(jī)械穩(wěn)定性）

材料（建議使用黃銅和銅，鐵磁材料有非線(xiàn)性特性）

清潔度（塵土污染或水汽）

電纜因素（電纜的質(zhì)量和魯棒性）

機(jī)械魯棒性（風(fēng)和振動(dòng)引起撓曲）

電熱感應(yīng)PIM（緣由是非恒定包絡(luò)的RF信號(hào)消耗的功率隨時(shí)間而變化，引起溫度轉(zhuǎn)變，進(jìn)而導(dǎo)致電導(dǎo)率發(fā)生變化。）

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(duì)設(shè)計(jì)引入PIM相同的PIM測(cè)量技術(shù)，但可以認(rèn)為，裝配PIM的存在表明系統(tǒng)的性能和牢靠性均有所降低。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(duì)裝配PIM采納PIM抵消方法更像是掩蓋問(wèn)題而非解決問(wèn)題。

可以想見(jiàn)，此類(lèi)狀況下，用戶(hù)可能并不盼望抵消PIM，而是盼望得知PIM的存在，以便消退根本緣由。為此，首先需要確定PIM是從系統(tǒng)何處引入的，然后修理或更換特定元件。

我們可以認(rèn)為設(shè)計(jì)引入PIM是可量化且穩(wěn)定的，但上面所述的裝配PIM是不穩(wěn)定的。它可能存在于一組范圍特別窄的條件下，其幅度變化可能超過(guò)100dB。單次離線(xiàn)掃描可能無(wú)法捕獲到此類(lèi)事例；抱負(fù)狀況下，傳輸線(xiàn)路診斷需要與PIM大事協(xié)同進(jìn)行。

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(yīng)也被稱(chēng)為銹體PIM。這種狀況下，無(wú)源交調(diào)發(fā)生在信號(hào)離開(kāi)放射機(jī)天線(xiàn)之后，所產(chǎn)生的交調(diào)反射回接收機(jī)中。銹體這一說(shuō)法來(lái)源于這樣一個(gè)事實(shí)：許多狀況下，交調(diào)源可能是生銹的金屬物件，例如鐵絲網(wǎng)、倉(cāng)庫(kù)或排水管。

金屬物件會(huì)引起反射。但在這些狀況下，金屬物件不僅會(huì)反射收到的信號(hào)，而且會(huì)產(chǎn)生并輻射交調(diào)偽像。交調(diào)的發(fā)生同在有線(xiàn)信號(hào)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(hào)的幅度一般特別低。然而，假如輻射物件（生銹鐵絲網(wǎng)、倉(cāng)庫(kù)或下水管等）靠近基站接收機(jī)，而且交調(diào)產(chǎn)物落在接收機(jī)頻段內(nèi)，將造成接收機(jī)降敏。

圖7.天線(xiàn)之外或銹體PIM

某些狀況下，PIM源可通過(guò)天線(xiàn)定位來(lái)檢測(cè)：一邊轉(zhuǎn)變天線(xiàn)位置，一邊監(jiān)測(cè)PIM水平。此外，也可以利用時(shí)間延遲估量來(lái)定位PIM源。假如PIM水平穩(wěn)定，則可以利用標(biāo)準(zhǔn)算法抵消技術(shù)來(lái)補(bǔ)償PIM。但更多狀況下，PIM貢獻(xiàn)受到振動(dòng)、風(fēng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響，使得抵消特別難以進(jìn)行。

2、PIM檢測(cè)：定位PIM源

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(cè)量傳輸系統(tǒng)在目標(biāo)頻段上的信號(hào)損耗和反射。我們不能認(rèn)為線(xiàn)路掃描總是會(huì)精確指示PIM的可能緣由。線(xiàn)路掃描更像是一種診斷工具，可關(guān)心識(shí)別傳輸線(xiàn)路上的問(wèn)題。早期裝配問(wèn)題可能表現(xiàn)為PIM；若不加以解決，這些裝配問(wèn)題可能會(huì)升級(jí)，引起更為嚴(yán)峻的傳輸線(xiàn)路故障。線(xiàn)路掃描通常分為兩個(gè)基本測(cè)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(nèi)均可能變化很大。回波損耗衡量天線(xiàn)系統(tǒng)的功率傳輸效率。務(wù)必使反射回到放射機(jī)的功率最小。

任何反射功率都可能使放射信號(hào)失真；若反射回的功率足夠大，甚至?xí)p壞放射機(jī)。20dB的回波損耗值表示1%的放射信號(hào)被反射回放射機(jī)，99%到達(dá)天線(xiàn)通常認(rèn)為這是相當(dāng)好的性能。10dB的回波損耗表示10%的信號(hào)被反射，表明性能不抱負(fù)。假如回波損耗測(cè)量值為0dB，則100%的功率被反射，這很可能是開(kāi)路或短路導(dǎo)致的。

時(shí)域反射

可以利用高級(jí)TDR技術(shù)來(lái)供應(yīng)一個(gè)最優(yōu)系統(tǒng)的參考映射，以及確定傳輸路徑上開(kāi)頭發(fā)生損耗的準(zhǔn)確位置。通過(guò)這種技術(shù)，操作員可以定位PIM源，從而有針對(duì)性地、高效率地予以修復(fù)。傳輸線(xiàn)路映射還能提示操作員留意一些早期故障跡象，防止其嚴(yán)峻影響性能。時(shí)域放射法(TDR)測(cè)量信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)量設(shè)置框圖。

圖8.TDR設(shè)置框圖

圖9顯示了一個(gè)TDR傳輸線(xiàn)路映射實(shí)例。

圖9.TDR傳輸線(xiàn)路映射

頻域反射

雖然TDR和FDR的工作原理均是沿著傳輸線(xiàn)路發(fā)送激勵(lì)信號(hào)并分析反射，但這兩種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法特別不同。FDR技術(shù)采納RF信號(hào)掃描，而不是TDR所用的直流脈沖。另外，F(xiàn)DR要比TDR靈敏得多，能以更高的精度定位系統(tǒng)性能故障或降低的地方。頻域反射法原理涉及源信號(hào)和反射信號(hào)（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采納特別短的直流脈沖作為激勵(lì)信號(hào)，其本身就能掩蓋特別寬的帶寬，而FDR掃描RF信號(hào)實(shí)際上是在特定目標(biāo)頻率（通常在系統(tǒng)的預(yù)期工作范圍內(nèi)）運(yùn)行。

圖10.FDR原理，掃描頻率回波損耗與距離的關(guān)系

PIM定位

必需留意，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)性可能消失在線(xiàn)路掃描結(jié)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)供應(yīng)一種解決方案，要求不僅能指示PIM存在，而且能精確?????識(shí)別傳輸線(xiàn)路上何處發(fā)生該問(wèn)題，就需要采納更簡(jiǎn)單的實(shí)施方案。

綜合PIM線(xiàn)路測(cè)試的工作模式與針對(duì)設(shè)計(jì)引入PIM抵消所述的模式相像，不同之處是算法檢查交調(diào)產(chǎn)物時(shí)間延遲估量的狀況不同。應(yīng)當(dāng)留意，這些狀況中的優(yōu)先事項(xiàng)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(diào)。該概念也被稱(chēng)為PIM定位(DTP)。例如，在一個(gè)雙音測(cè)試中，

信號(hào)音1：

信號(hào)音2：

w1和w2為頻率；1和2為初始相位；t0為初始時(shí)間。

IMD（例如低端）將為：

許多現(xiàn)有解決方案要求用戶(hù)中斷傳輸路徑，插入一個(gè)PIM標(biāo)準(zhǔn)裝置（它能產(chǎn)生固定量的PIM，用來(lái)校準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備）。使用PIM標(biāo)準(zhǔn)裝置可為用戶(hù)供應(yīng)一個(gè)基準(zhǔn)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32（如圖11所示）用作基準(zhǔn)位置0。

圖11.PIM定位

一旦完成初始校準(zhǔn)，便重構(gòu)系統(tǒng)并測(cè)量系統(tǒng)PIM，如圖11(b)所示。32和32之間的相位差可用來(lái)計(jì)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(xiàn)象可能會(huì)開(kāi)頭變得突出。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(rèn)為掩蓋了更為嚴(yán)峻的問(wèn)題，若不加以解決，可能引發(fā)整體系統(tǒng)故障。這種狀況下，運(yùn)營(yíng)商會(huì)盼望避開(kāi)系統(tǒng)整體停機(jī)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(yùn)營(yíng)商供應(yīng)了這樣一種可能性：跟蹤系統(tǒng)性能隨時(shí)間而降低的狀況，提前發(fā)覺(jué)潛在問(wèn)題。有了這些信息，便可在方案修理期間更換薄弱點(diǎn)，避開(kāi)代價(jià)巨大的系統(tǒng)停機(jī)和特地修理工作。

3、結(jié)語(yǔ)

無(wú)源交調(diào)并不是什么新奇事。這種現(xiàn)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：

1、高級(jí)算法現(xiàn)在可通過(guò)一種智能方式來(lái)檢測(cè)和定位PIM，并且能酌情予以補(bǔ)償。以前的無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)人員必需選擇能夠滿(mǎn)意特定PIM性能要求的器件，但在PIM抵消算法的關(guān)心下，他們現(xiàn)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(xiàn)相同的性能水平。抵消算法通過(guò)數(shù)字化方式幫助硬件元