前言

在蜂窩通信系統中,為了充分共享資源,降低投資,運營商大量采用了多系統接入平臺(Point of Interface, 簡稱POI系統)。POI系統已經廣泛應用于室內分布系統以及地鐵、隧道通信等場合。POI系統的結構十分復雜,根據不同的系統要求,可分為收發共路雙向和單向,收發分路雙向和單向等結構。

在POI系統中,第二代移動通信系統的CDMA800、GSM900、DCS1800制式和第三代移動通信WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000制式以及第四代移動通信LTE制式共存,另外還會有WLAN(無線局域網)的加入。

我們知道,當任何無源器件中存在兩個以上載頻時,會產生無源互調;互調產物達到一定幅度時,就會影響系統的正常通信。在蜂窩通信中,無源互調是運營商十分關注的問題。

在POI系統出廠之前,會對每個端口的無源互調指標進行測量,這些測量都是針對某個頻段進行的,比如GSM900體制的880-915MHz/925-960MHz頻段。在本文中,通過實測案例討論了一種POI系統無源互調的在線測試方法。

典型的POI系統

圖1是一個典型的POI系統示意圖,其中包括了CDMA800、GSM900、DCS1800、TD-SCDMA和WCDMA制式共8個載頻最終合成到一路輸出。這些系統分別屬于不同的運營商,圖中注明了各個運營商的制式以及各個通路的工作頻段。

圖1 典型的多系統接入平臺(POI系統)

簡化分析起見,你可以將圖1中的各個通路視為不同頻段的濾波器,并在ANT.端口合成。要了解本文所描述的觀點,這就足夠了。更多有關POI系統的介紹,可以查閱相關資料或產品手冊[1]。

POI系統的無源互調問題

由于多載頻的存在,與單一頻段相比,POI系統的無源互調分析變得復雜了。當POI設備接入到室內分布系統中時,情況產生了以下變化:

1) POI系統的出廠測試條件是2×43dBm,而在實際使用中,ANT端口可能要承受8×43dBm(圖1)甚至更大的功率,通常POI的設計承受平均功率高達1kW。目前工程上和學術上對兩載頻條件下互調幅度的變化規律已經有了初步認識[2],而對于多載頻情況下的互調規律,還需要進一步的探討;

2) POI系統互調的出廠測試是在同頻段進行的,而在實際使用時是多載頻共存的;

3) 會產生一些二次諧波干擾問題。

有關POI系統的無源互調測量,有二種不同的觀點。第一種觀點認為只要分別測量系統各輸入端的反射互調,就可以說明整個系統的互調問題。這種測試方法很容易實現,只要在所有空閑端口加上低互調負載,用標準的無源互調測量系統分別測量輸入端口的反射互調即可。

第二種觀點則要求從系統的輸入端加入相應的功率,在輸出端口測量所有可能出現的互調。由于模擬了真實的工作環境,所以系統運營商們傾向于這種測量方法。要在實驗室實現這種測量方法,需要多個大功率信號源。而在POI系統現場測試,則可以利用系統中RRU(Remote Radio Unit 遠端射頻模塊)作為信號源,這種方法真實反映了被測系統的情況,也是本文要討論的話題。

POI系統無源互調現場測試方法

圖2類似于傳輸互調的測試方法[3],將低互調定向耦合器接在被測POI的輸出端,部分載頻和互調從耦合端輸出,互調頻段的濾波器用于濾除載頻信號,取出測試者關心的互調產物,低噪聲放大器則用于補償耦合損耗并將測到的互調信號送至頻譜分析儀。

圖2. POI系統無源互調的現場測試方法—傳輸互調

圖2的測試中將RRU和POI視為一個整體,系統中的RRU直接作為測試信號源,根據實際情況,測試者可以開啟系統中任意個RRU,同時通過更換耦合端的濾波器來觀察落入不同頻段的互調產物。用這種方法可以評估整個系統的無源互調性能。

圖3是進一步定位互調源的一種測量方法。用這種方法可以測量落入RRU上行頻段的反向互調,這種互調產物將影響整個系統的正常工作,因此更為運營商所關注。

圖3. POI系統無源互調的現場測試方法—反向互調

反向互調的形成原因是其中一個RRU信號經過POI系統反向進入另一個RRU,并在其輸出端產生互調[4]。如果接在POI設備后端的無源器件產生反射互調,也會在圖3的測試系統中被測到。

POI系統無源互調現場測試案例

測試在某個室內分布系統中進行。這個系統中,聯通反映其WCDMA的上行頻段(1940-1955MHz)受到干擾,導致系統無法正常工作。

圖4. POI系統無源互調的現場測試—合成端

我們參照圖4連接了測試系統,在系統的正常工作狀態下測試了POI系統合成輸出端的互調(圖5)。

圖5. POI系統無源互調現場測試—合成端的測試結果

測試結果顯示,在POI的合成端并無落入1940-1955MHz的互調信號。而圖中顯示的1960-1966MHz的信號,并非測試者所關注的頻段,不在此贅述。

為了進一步查找互調,我們參照圖3的測試原理將測試系統接入到WCDMA的RRU輸出端(圖6),結果

發現了聯通所反映的落入1940-1945MHz頻段的信號(圖7a),這些信號直接流向聯通的WCDMA RRU,其幅度超過-90dBm,足夠對WCDMA的上行產生干擾了。

圖6. POI系統無源互調的現場測試—反向互調

為了證明該信號是系統的互調產物而非某個終端用戶正在通話,我們關閉了移動的RRU(2300-2483MHz),此時1940-1945MHz頻段的信號消失了(圖7b),這就可以證明該信號是由系統產生的。

圖7a). 移動2300-2483MHz/聯通2130-2145MHz同時開啟

圖7b). 移動2300-2483MHz關閉/聯通2130-2145MHz開啟

圖7. POI系統無源互調現場測試—反向互調的測試結果

測試結果表明干擾信號來自POI系統內部及后續的室內分布系統,為了進一步確定干擾來源,我們在實驗室重現了圖6所示的測試系統。

POI系統無源互調現場測試的實驗室重現

圖8顯示了實驗室重現的測試方法,我們在POI系統后面分別接標準低互調負載、長電纜加標準低互調負載、長電纜加室內分布系統天線,在這三種情況下測得的頻率為1945MHz的反向互調值分別為-116.91dBm、-108.87dBm和-80.06dBm(圖9)。

通過更換終端所接負載的不同測試結果表明,系統的互調與終端所接負載的無源互調值有關。圖9a是標準的低互調負載,其PIM表現良好;圖9b在POI和標準負載中接入了一條長電纜,測試結果顯示了這條長電纜所引入的PIM輕微惡化;而圖9c則是采用了室內分布系統常用的天線,結果顯示PIM急劇惡化,這種情況下,系統已經無法正常工作。

圖8. POI系統無源互調現場測試的實驗室重現

圖9a). 端接標準低互調負載

圖9b). 端接長電纜加標準低互調負載

圖9c). 端接長電纜加室內分布天線

圖9 POI系統端接不同負載時的PIM表現

POI系統無源互調現場測試系統介紹

上述測試采用了由BXT Technologies開發生產的現場無源互調和雜散測試系統(圖10),型號命名為GTR-0727LIM,分為內置頻譜儀和外置頻譜儀兩個版本。可以測量FDD制式蜂窩基站或POI系統下行頻段、各種TDD制式載頻產生的,落入到其他蜂窩通信上行頻段和TDD頻段的互調干擾信號;也可以測量共站共址條件下基站之間的反向串擾。

圖10. GTR-0727LIM型現場互調和雜散測試系統

GTR-0727LIM依照IEC63027標準和各種現場測試的要求設計。其最大測試功率是1kW(CW),可以測量一個十通道、每路功率為100W的POI系統互調,測試頻率范圍是0.7-2.7GHz,其主通道的插入損耗小于0.2dB。GTR-0727LIM內置四個常用的互調濾波器,具備外置濾波器的測試通路,對被測基站的載頻進行了深度抑制,而對關注頻段采用了0dB損耗設計,可測量低至-127dBm的互調或雜散干擾。

GTR-0727LIM采取了低無源互調技術,支持多載頻輸入,其剩余無源互調產物小于-165dBc@2*20W,保證了測試結果的可信度;支持在線測量,保證被測基站和POI系統在測試過程的正常工作。GTR-0727LIM可以接入到被測系統的任意點,判定干擾源是來自測試點的左側還是右側,這種特點十分適合用于以下場景:

1)在POI和室內分布系統的安裝和調試過程中,可以將逐段測試已經安裝好的系統,當系統安裝完畢后,測試也同時完成了。

2)當正在運營中的系統出現干擾時,可以采用GTR-0727LIM準確測量并區分干擾時來自POI系統還是后續的室內分布系統。

GTR-0727LIM提供客戶化設計,可用于移動通信工程商和運營商,無線電監測站等單位。

與常見的自帶信號源的無源互調測量系統相比,GTR-0727LIM的最大特點是利用了被測系統中的RRU作為信號源,除了大大降低成本以外,更加重要的一點是——真實地反映了整個被測系統的無源互調情況。

結束語

本文通過實際案例討論了一種非常具有實用價值的測試方法和測試設備,這種方法可以準確判定一個室內分布系統的互調是由POI設備所產生的還是由后續主通路中的無源器件所產生的。

后續我們會進一步研究各種實用的無源互調測試方法,歡迎業界同行和專家進一步與BXT溝通和討論。

作者簡介:朱輝,資深從業人士,福州博訊通總經理,著有《實用射頻測試和測量》一書。

轉自公眾號:射頻圈