POI系统无源互调的现场测试

前言

在蜂窝通信系统中,为了充分共享资源,降低投资,运营商大量采用了多系统接入平台(Point of Interface, 简称POI系统)。POI系统已经广泛应用于室内分布系统以及地铁、隧道通信等场合。POI系统的结构十分复杂,根据不同的系统要求,可分为收发共路双向和单向,收发分路双向和单向等结构。

在POI系统中,第二代移动通信系统的CDMA800、GSM900、DCS1800制式和第三代移动通信WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000制式以及第四代移动通信LTE制式共存,另外还会有WLAN(无线局域网)的加入。

我们知道,当任何无源器件中存在两个以上载频时,会产生无源互调;互调产物达到一定幅度时,就会影响系统的正常通信。在蜂窝通信中,无源互调是运营商十分关注的问题。

在POI系统出厂之前,会对每个端口的无源互调指标进行测量,这些测量都是针对某个频段进行的,比如GSM900体制的880-915MHz/925-960MHz频段。在本文中,通过实测案例讨论了一种POI系统无源互调的在线测试方法。

典型的POI系统

图1是一个典型的POI系统示意图,其中包括了CDMA800、GSM900、DCS1800、TD-SCDMA和WCDMA制式共8个载频最终合成到一路输出。这些系统分别属于不同的运营商,图中注明了各个运营商的制式以及各个通路的工作频段。

图1 典型的多系统接入平台(POI系统)

简化分析起见,你可以将图1中的各个通路视为不同频段的滤波器,并在ANT.端口合成。要了解本文所描述的观点,这就足够了。更多有关POI系统的介绍,可以查阅相关资料或产品手册[1]。

POI系统的无源互调问题

由于多载频的存在,与单一频段相比,POI系统的无源互调分析变得复杂了。当POI设备接入到室内分布系统中时,情况产生了以下变化:

1) POI系统的出厂测试条件是2×43dBm,而在实际使用中,ANT端口可能要承受8×43dBm(图1)甚至更大的功率,通常POI的设计承受平均功率高达1kW。目前工程上和学术上对两载频条件下互调幅度的变化规律已经有了初步认识[2],而对于多载频情况下的互调规律,还需要进一步的探讨;

2) POI系统互调的出厂测试是在同频段进行的,而在实际使用时是多载频共存的;

3) 会产生一些二次谐波干扰问题。

有关POI系统的无源互调测量,有二种不同的观点。第一种观点认为只要分别测量系统各输入端的反射互调,就可以说明整个系统的互调问题。这种测试方法很容易实现,只要在所有空闲端口加上低互调负载,用标准的无源互调测量系统分别测量输入端口的反射互调即可。

第二种观点则要求从系统的输入端加入相应的功率,在输出端口测量所有可能出现的互调。由于模拟了真实的工作环境,所以系统运营商们倾向于这种测量方法。要在实验室实现这种测量方法,需要多个大功率信号源。而在POI系统现场测试,则可以利用系统中RRU(Remote Radio Unit 远端射频模块)作为信号源,这种方法真实反映了被测系统的情况,也是本文要讨论的话题。

POI系统无源互调现场测试方法

图2类似于传输互调的测试方法[3],将低互调定向耦合器接在被测POI的输出端,部分载频和互调从耦合端输出,互调频段的滤波器用于滤除载频信号,取出测试者关心的互调产物,低噪声放大器则用于补偿耦合损耗并将测到的互调信号送至频谱分析仪。

图2. POI系统无源互调的现场测试方法—传输互调

图2的测试中将RRU和POI视为一个整体,系统中的RRU直接作为测试信号源,根据实际情况,测试者可以开启系统中任意个RRU,同时通过更换耦合端的滤波器来观察落入不同频段的互调产物。用这种方法可以评估整个系统的无源互调性能。

图3是进一步定位互调源的一种测量方法。用这种方法可以测量落入RRU上行频段的反向互调,这种互调产物将影响整个系统的正常工作,因此更为运营商所关注。

图3. POI系统无源互调的现场测试方法—反向互调

反向互调的形成原因是其中一个RRU信号经过POI系统反向进入另一个RRU,并在其输出端产生互调[4]。如果接在POI设备后端的无源器件产生反射互调,也会在图3的测试系统中被测到。

POI系统无源互调现场测试案例

测试在某个室内分布系统中进行。这个系统中,联通反映其WCDMA的上行频段(1940-1955MHz)受到干扰,导致系统无法正常工作。

图4. POI系统无源互调的现场测试—合成端

我们参照图4连接了测试系统,在系统的正常工作状态下测试了POI系统合成输出端的互调(图5)。

图5. POI系统无源互调现场测试—合成端的测试结果

测试结果显示,在POI的合成端并无落入1940-1955MHz的互调信号。而图中显示的1960-1966MHz的信号,并非测试者所关注的频段,不在此赘述。

为了进一步查找互调,我们参照图3的测试原理将测试系统接入到WCDMA的RRU输出端(图6),结果

发现了联通所反映的落入1940-1945MHz频段的信号(图7a),这些信号直接流向联通的WCDMA RRU,其幅度超过-90dBm,足够对WCDMA的上行产生干扰了。

图6. POI系统无源互调的现场测试—反向互调

为了证明该信号是系统的互调产物而非某个终端用户正在通话,我们关闭了移动的RRU(2300-2483MHz),此时1940-1945MHz频段的信号消失了(图7b),这就可以证明该信号是由系统产生的。

图7a). 移动2300-2483MHz/联通2130-2145MHz同时开启

图7b). 移动2300-2483MHz关闭/联通2130-2145MHz开启

图7. POI系统无源互调现场测试—反向互调的测试结果

测试结果表明干扰信号来自POI系统内部及后续的室内分布系统,为了进一步确定干扰来源,我们在实验室重现了图6所示的测试系统。

POI系统无源互调现场测试的实验室重现

图8显示了实验室重现的测试方法,我们在POI系统后面分别接标准低互调负载、长电缆加标准低互调负载、长电缆加室内分布系统天线,在这三种情况下测得的频率为1945MHz的反向互调值分别为-116.91dBm、-108.87dBm和-80.06dBm(图9)。

通过更换终端所接负载的不同测试结果表明,系统的互调与终端所接负载的无源互调值有关。图9a是标准的低互调负载,其PIM表现良好;图9b在POI和标准负载中接入了一条长电缆,测试结果显示了这条长电缆所引入的PIM轻微恶化;而图9c则是采用了室内分布系统常用的天线,结果显示PIM急剧恶化,这种情况下,系统已经无法正常工作。

图8. POI系统无源互调现场测试的实验室重现

图9a). 端接标准低互调负载

图9b). 端接长电缆加标准低互调负载

图9c). 端接长电缆加室内分布天线

图9 POI系统端接不同负载时的PIM表现

POI系统无源互调现场测试系统介绍

上述测试采用了由BXT Technologies开发生产的现场无源互调和杂散测试系统(图10),型号命名为GTR-0727LIM,分为内置频谱仪和外置频谱仪两个版本。可以测量FDD制式蜂窝基站或POI系统下行频段、各种TDD制式载频产生的,落入到其他蜂窝通信上行频段和TDD频段的互调干扰信号;也可以测量共站共址条件下基站之间的反向串扰。

图10. GTR-0727LIM型现场互调和杂散测试系统

GTR-0727LIM依照IEC63027标准和各种现场测试的要求设计。其最大测试功率是1kW(CW),可以测量一个十通道、每路功率为100W的POI系统互调,测试频率范围是0.7-2.7GHz,其主通道的插入损耗小于0.2dB。GTR-0727LIM内置四个常用的互调滤波器,具备外置滤波器的测试通路,对被测基站的载频进行了深度抑制,而对关注频段采用了0dB损耗设计,可测量低至-127dBm的互调或杂散干扰。

GTR-0727LIM采取了低无源互调技术,支持多载频输入,其剩余无源互调产物小于-165dBc@2*20W,保证了测试结果的可信度;支持在线测量,保证被测基站和POI系统在测试过程的正常工作。GTR-0727LIM可以接入到被测系统的任意点,判定干扰源是来自测试点的左侧还是右侧,这种特点十分适合用于以下场景:

1)在POI和室内分布系统的安装和调试过程中,可以将逐段测试已经安装好的系统,当系统安装完毕后,测试也同时完成了。

2)当正在运营中的系统出现干扰时,可以采用GTR-0727LIM准确测量并区分干扰时来自POI系统还是后续的室内分布系统。

GTR-0727LIM提供客户化设计,可用于移动通信工程商和运营商,无线电监测站等单位。

与常见的自带信号源的无源互调测量系统相比,GTR-0727LIM的最大特点是利用了被测系统中的RRU作为信号源,除了大大降低成本以外,更加重要的一点是——真实地反映了整个被测系统的无源互调情况。

结束语

本文通过实际案例讨论了一种非常具有实用价值的测试方法和测试设备,这种方法可以准确判定一个室内分布系统的互调是由POI设备所产生的还是由后续主通路中的无源器件所产生的。

后续我们会进一步研究各种实用的无源互调测试方法,欢迎业界同行和专家进一步与BXT沟通和讨论。

作者简介:朱辉,资深从业人士,福州博讯通总经理,著有《实用射频测试和测量》一书。

转自公众号:射频圈