NR基站無源互調(diào)問題分析綜述基站的基本結(jié)構(gòu)基站按照應(yīng)用場景分為室外基站和室內(nèi)基站，室內(nèi)基站一般體積比較小發(fā)射功率值相對較小，覆蓋范圍較小，也稱為微基站。它是在樓宇或者居民小區(qū)、大型商場、醫(yī)院等人流密集的地方安裝的小型基站，覆蓋面積比較少用戶數(shù)量也比較少。室外基站一般發(fā)射功率大、覆蓋范圍廣也稱為為宏基站。該基站一般掛靠在大型的鐵塔上，它的發(fā)射功率非常大可以覆蓋方圓幾十公里的范圍，涉及到用戶人數(shù)較多。直放站不能單獨使用，它需要配合基站一起工作，它用來將基站發(fā)射的信號進行放大，發(fā)射至當更遠的地區(qū)。通信技術(shù)在飛速發(fā)展，各式各樣的基站類別層出不窮，基站的外形也在朝著多元化的方向發(fā)展。分布式基站逐漸增多應(yīng)用場景也越來越多。分布式基站是5G基站的新發(fā)展方向，該基站具有建造成本低、環(huán)境適應(yīng)性強、工程建設(shè)方便的優(yōu)勢。分布式基站與傳統(tǒng)基站由很大區(qū)別，它將基站的基帶部分BBU和射頻部分RRU相分離?；镜?G通信技術(shù)主要采用MIMO多載波聚合的方式，在NR網(wǎng)絡(luò)中基站設(shè)備需要支持4×4的下行MIMO，2×2的上行MIMO天線，對于N41、N77、N78、N79工作狀態(tài)都需要4×4的下行[22]。5G網(wǎng)絡(luò)主要特征：基于云化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基于切片的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)NR：5G網(wǎng)絡(luò)的基站，拆分為CU和DU兩個部分CU（CentralizedUnit，集中單元），負責處理非實時協(xié)議和服務(wù)；DU（DistributeUnit，分布單元），負責處理物理層協(xié)議和實時服務(wù)AAU（ActiveAntennaUnit，有源天線單元），BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU。傳統(tǒng)的基站GSM基站、WCDMA基站、LTE基站等基站的發(fā)射天線一般為雙天線發(fā)射或者四天線發(fā)射，當基站發(fā)射兩個或多于兩個載波基帶信號時會出現(xiàn)除基帶信號外的無源互調(diào)產(chǎn)物，尤其是在二階互調(diào)、三階互調(diào)和五階互調(diào)的頻段愈加顯著。5GNR基站采用32射頻端口或64射頻端口的陣列式一體化天線，天線間隔為半波長，天線發(fā)射功率更大，占用頻帶更寬，在基站發(fā)射載波時產(chǎn)生的無源互調(diào)形成干擾，影響著基站正常工作。本文將對NR基站在其大功率發(fā)射時對整機進行PIM失真信號的研究，定位無源互調(diào)（PIM）產(chǎn)物的位置，分析產(chǎn)生的原因，進行整改抑制使其滿足壞境的要求，降低由于PIM產(chǎn)物帶來的影響。同時搭建針對NR基站整機PIM測試（而非單獨的無源器件）的測試系統(tǒng)。圖3-1為當前NR基站外觀圖。圖3-1NR基站外觀圖下表3-1為NR基站的基本參數(shù)。表3-1AAU基本參數(shù)信息尺寸（高×寬×高）795mm×395mm×220mm重量（Kg）40頻段（MHz）模塊1：3400-3600MHz;模塊2：3600-3800MHz;輸出功率（W）200W散熱NaturalCooling工作溫度（°c）-40°c-+55°c；載波配置單載波：100M/80M/60W/40W雙載波：2×100M；2×40M工作電源（DC）-36V~-57V隨著LTE的基站的廣泛應(yīng)用和NR基站的大力部署，基站的發(fā)射天線也在發(fā)生著變化，從傳統(tǒng)的桿狀天線到板狀結(jié)構(gòu)到一體化結(jié)構(gòu)。對于基站天線的基本性能研究越來越多，低PIM作為基站天線特性的一個重要參數(shù)。同時，現(xiàn)在各個通信運營商對無源互調(diào)的危害了解越來越多，對PIM認識也更加深刻，對于基站發(fā)射天線的PIM性能要求也越來越高?；敬蠖喙ぷ髟趹敉庑枰?jīng)歷嚴寒酷暑和風吹雨打的沖擊，在自然環(huán)境變化中不受到外界影響仍然能夠正常工作?；臼褂铆h(huán)境決定著其性能指標的要求越來越高，基站需要經(jīng)過環(huán)境的測試，高低溫沖擊測試、淋雨試驗、鹽霧試驗、溫濕度測試、震動測試等。這些試驗?zāi)M基站天線在自然環(huán)境中天線PIM值的穩(wěn)定性。ITU公布的草案《關(guān)于IMT-2020無線電接口技術(shù)性能最低要求》中要求：峰值速率：下行不得低于20Gbit/s，上行不低于10Gbit/s；峰值頻譜效率：下行不得低于30bit/Hz，上行不低于15bit/Hz；帶寬：最少支持100MHz的聚合帶寬寬度5G頻譜分為6GHz以下和6GHz以上兩個頻段，分別命名為FR1和FR2。FR1:頻率范圍為450MHz-6000MHz；最大信道帶寬為100MHz；FR2:頻率范圍為24.25GHz-52.6GHz；最大信道帶寬為400MHz。傳統(tǒng)基站PIM測試法標準中對于單個無源器件的PIM失真信號有推薦方法，但對于基站設(shè)備作為一個整體時進行PIM失真信號測試尚沒有明確的標準規(guī)范和測試方法。在實際應(yīng)用中射頻工程師一般采用分段排除法和敲擊法進行試驗。還有就是利用近場探頭的方式進行測試。敲擊法就是對基站產(chǎn)品測試出現(xiàn)問題時，采用皮錘或者小型工具，進行敲打基站設(shè)備的表面或者按照一定的順序進行基站設(shè)備接地線、電源線、Alarm線接口處，射頻端口接口處進行輕輕敲打，認為造成基站微微震動，此時另一人采用接收機或者頻譜分析儀進行信號讀取。頻譜分析儀設(shè)置為“Clear”狀態(tài)，設(shè)置分辨率帶寬、視頻帶寬和掃描時間。當一位工程師敲擊基站某個位置時，另一位工程師進行數(shù)據(jù)讀取，與敲擊前的數(shù)值進行比較，比較是否發(fā)生變化，初步判定出現(xiàn)問題的大概位置。該種方法存在很大的弊端，每位工程師敲擊的力度不同，或者敲擊點位置也不同，可能導(dǎo)致頻譜分析儀讀值把持不變或者變化太大，而且該方法不具有可復(fù)現(xiàn)性。同時對于NR基站，采用陣列式一體化天線，該基站外科為塑料殼，無法承受較大的敲擊力度，敲擊力度太小可能沒有發(fā)生任何變化。該方法很難重現(xiàn)原有測試結(jié)果，導(dǎo)致系統(tǒng)測試穩(wěn)定性不好，會增大測試時認為誤差，不利于試驗需要。同時若PIM失真信號很微弱，就需對PIM失真測量系統(tǒng)進行方法改進，確保頻譜分析儀或接收機的動態(tài)范圍與靈敏度足夠大，此時可在頻譜分析儀前端添加低噪聲放大器，以增加試驗時接收系統(tǒng)的動態(tài)范圍提升接收靈敏度。近場探頭測試法另外應(yīng)用較多測試方法為采用近場探頭法，通過近場的探頭連接頻譜儀直接讀取基站設(shè)備某一位置處的測試結(jié)果。目前針對電磁干擾（EMI）一般分為遠場法和近場法兩種方法進行測試。遠場法包括電波暗室測試法（3m測試距離、10米測試距離等）和開闊場地法[23]，采用遠場法便于準確測量被測量設(shè)備的電磁輻射信號。針對部分產(chǎn)品當測試出現(xiàn)不合格時，基于產(chǎn)品的問題位置快速定位進行被測設(shè)備（EUT）的預(yù)測試和診斷測試有一定的幫助。近場法測試時基本測試系統(tǒng)包括近場系列探頭、前置低噪聲預(yù)防大器和接收設(shè)備，接收設(shè)備可以是高精度的頻譜分析儀或接收機亦或是手持便攜式的頻譜分析儀。該方法測試時測試系統(tǒng)包括：近場探頭（有多個）、前置低噪聲預(yù)放大器和手持便攜式頻譜分析儀，便于試驗過程中手持進行操作，同時采用近場法可以減少試驗空間資源，在較小的空間內(nèi)就可以進行近場的探測預(yù)測或排查問題。試驗時基站應(yīng)在屏蔽室內(nèi)進行，減少外界電磁環(huán)境對被測量設(shè)備的干擾和影響。r=λ2π上公式中，r為場源到測試位置的距離；λ為電磁場的波長；當試驗時場源從近場逐漸向遠場變化過程中，該場強變化是在逐漸變化的過程，遠場與近場進行邊界條件劃分也不是絕對不變的。上式（3-1）作為近場和原廠劃分時，僅適用于較小的物體。試驗時調(diào)試NR基站設(shè)備，使基站工作在正常的工作狀態(tài)下進行NR基站近場探測。在手持設(shè)備輸入口出連接低噪聲預(yù)防大器，根據(jù)實際測量位置進行更換場強探頭。近場探頭測試法試驗圖3-2所示。圖3-2近場測試手持終端試驗時先調(diào)試NR基站設(shè)備，調(diào)試基站使其進入正常工作狀態(tài)，NR基站工作在N77信道，工作主頻為兩載波頻率分別為3420MHz和3590MH，帶寬為20MHz，NR基站發(fā)射功率為80W，即為49dBm。試驗時在NR基站的發(fā)射板上用低PIM的負載進行代替發(fā)射天線，該負載將吸收到大部分基站發(fā)射能量。使基站工作在正常的工作狀態(tài)下進行NR基站近場探測。在手持設(shè)備輸入口出連接低噪聲預(yù)防大器，根據(jù)實際測量位置進行更換場強探頭。對于基站最直觀的檢測方法就是近場探頭讀取法，試驗時將近場探頭接近基站的某一部位，將近場探頭沿著基站天線接口處線纜由遠及近進行移動，移動的同時觀察頻譜儀上的數(shù)值變化，初步判定噪聲的方位和來源。但這種測試方法不準確，經(jīng)常出現(xiàn)難以定位產(chǎn)生信號根源的情況。實際測試時，采用近場探頭讀取幾組測試結(jié)果，每次測試結(jié)構(gòu)偏差較大。當近場探頭越靠近NR基站設(shè)備測試值越大，當近場探頭遠離NR基站設(shè)備測試值變小。使用探頭的位置，選用不同的探頭在同一位置處測試結(jié)果也不盡數(shù)相同。該種方法不能作為準確的測量方法。雖然近場探頭直接讀取測試結(jié)果不夠精確，可以輔助進行后期的PIM失真整改測試。此方法得到的數(shù)據(jù)不是比較嚴格，但能夠在工程應(yīng)用中提供大概的參考位置。探索NR基站整機PIM失真測試法移動基站設(shè)備包括電源模塊、射頻模塊、輻射單元、天線、濾波單元等結(jié)構(gòu)單元，涉及到很多無源器件，包括普通無源組件和低無源組件，包括多工器、低互調(diào)雙工器、濾波器、耦合器、衰減器、低互調(diào)負載、同軸電纜和波導(dǎo)等?；景l(fā)射天線為無源器件不包含有源電路中的電子器件。傳統(tǒng)基站發(fā)射天線數(shù)量通常是兩個、四個或者八個。當基站發(fā)射的基頻信號為兩載波信號時往往由于互調(diào)產(chǎn)生新的干擾信號，造成通信容量的降低。5GNR基站機構(gòu)特殊，往往采取陣列式一體化天線，天線間距離短且天線數(shù)量多（一般為32口或為64口天線）。在傳統(tǒng)基站進行PIM失真信號測試時，都是將其無源器件拆離后單獨進行測試。該方法存在一個弊端，單獨的無源器件進行PIM失真測試可能性能比較好，但當其與其他器件組成基站設(shè)備時，由于材料的非線性和接觸非線性導(dǎo)致再次出現(xiàn)PIM失真信號。無源互調(diào)誘發(fā)因素有很多引起原因也很復(fù)雜，主要包括為接觸的非線性和材料的非線性。材料的非線性是由材料本身或者材料工藝導(dǎo)致的，如器件表面接觸不良好存在銹點；或者器件接觸表面發(fā)生相對滑動和磨損；固定器件的螺絲出現(xiàn)松動。在進行基站無源互調(diào)測試時，需要做到測試使用的電纜和適配器滿足低PIM的特性。吸波載波的負載滿足低PIM的特性；電纜之間連接頭干凈無雜質(zhì)，可以用無水酒精擦拭電纜的鏈接處，在鏈接時電纜處擰緊不松動，并且本著連接器和電纜能少用則少用的原則，減少對試驗的影響。基站濾波器、排線、表面金屬蓋等對于PIM的影響。在基站表面板結(jié)合處粘貼銅箔等導(dǎo)電材料。對IEC62037測試法解讀如下，信號發(fā)生器輸出功率經(jīng)過放大器進行放大處理，再將大信號加載進入無源器件，通過空間反射進行PIM信號的接收處理。如圖3-3所示。NR基站發(fā)射