探讨基站的无源互调问题及其故障定位

无源互调(Passive Intermodulation， PIM)是一种发生在无源器件上的互调失真，比如滤波器，合路器，浪涌保护器，线缆，连接头，天线等。这些器件通常被认为是线性的，但是他们受到高功率信号激励时会产生杂散信号。基站的无源互调问题已经成为干扰网络性能的最前沿问题，近年来越来越受到关注，怎样定位与排查基站的无源互调故障也是令基站维护者困扰倍增。本文从无源互调的基本概念入手，解释为什么无源互调干扰越来越受到重视，然后具体阐述基站现场的无源互调测试与定位解决方案，最后分享用安立公司PIM Master在基站现场测试中的一些典型案例与结果分析。

一、什么是无源互调(Passive Intermodulation， PIM)？

无源互调(PIM)是一种发生在无源器件上的互调失真，比如滤波器，合路器，浪涌保护器，线缆，连接头，天线等。这些器件通常被认为是线性的，但是他们受到高功率信号激励时会产生杂散信号。

无源互调(PIM)显示一系列由两个或多个强射频信号在非线性器件(比如松散或腐蚀的连接头，或附近生锈物)中混频产生的不需要的信号， 无源互调(PIM)现象又称为"环境二极管效应"或"锈门栓效应"。

下面这组方程可以精确描述两个载波F1，F2的无源互调产物频率：
IM_n+m = nF1 – mF2
IM_n+m = nF2 – mF1

F1 和 F2 是发射载波频率，常数 n 和 m是正整数。当提到无源互调产物时， n + m 的和称为互调阶数。如果m等于2，n等于1，则它们的和 (2+1=3) 称为3阶交调 即 IM3。

典型的， 3阶互调产物是最强的可能落在接收频段内对接收信号造成危害的互调产物，因为无源互调产物的幅度随着阶数的增高而变低，高阶的互调产物一般情况下不会强道直接导致频率问题，但是他们通常会是导致近邻的频段噪底电平上升的原因。

一旦这些上升的噪底电平落入接收频段，他们便进入到基站接收信号范围内（有时候通过低噪放），会对基站信号接收造成影响。

要认识到，从调制信号引起的互调信号比从基波信号引起的互调信号的带宽要宽。因此，互调产物可以有非常宽的频带，占用好几个通频带。

二、为什么无源互调问题越来越受关注？

移动通信高速数据通信的发展增加了蜂窝系统内的网络业务量，也在一定程度上影响了网络性能。随着额外新增的的移动通信发射机和调制信号添加到既有的或新的基站，统计到的基站性能可能大幅变化，这可能会导致基站性能变差、扇区性能恶化或者覆盖率降低等等。

无源互调问题近来已经成为网络性能的最前沿问题，基于以下一系列原因或几个原因的组合：

•  越来越高的射频功率
•  相同的天线阵上多个频段的系统
•  满负荷的多载波系统
•  高负荷的高密度/业务量基站
•  宽带接收滤波器
•  复用天线阵
•  越来越宽的信号带宽5MHz， 10MHz， 20 MHz等
•  体系架构老化–主要是腐蚀的或松的连接头
•  由周围环境导致的环境二极管效应
•  由干湿天气条件造成的间歇、时断时续的环境二极管效应
•  邻基站产生无源交通

天线的腐蚀锈浊可能导致无源互调现象

天馈线系统的各个组件可能成为导致互调的主要潜在源

一个现场的无源互调测量应当是一个线性度测量和建筑质量测量的综合。这就是为什么必须要在现场测量无源互调的原因。

三、无源互调现场测试与定位方案：

为了测试基站的接收机干扰是否受到两个或者多个发射频率的无源互调干扰，安立公司开发专用于测量无源互调的无源互调分析仪PIM Master^TM。安立公司针对移动通信CDMA频段，E-GSM频段，PCS和AWS频段推出了其第一代高性能无源互调测试系列解决方案PIM Master^TM ，包括MW8208A，MW8209A和MW8219A，分别覆盖中国移动，中国联通和中国电信运营频段的无源互调测试。

安立公司具有40瓦发射功率和已获得专利的无源互调故障点定位(Distance-to-PIM^TM)技术的PIM Master^TM是专为现场查找无源互调问题、快速定位无源互调问题的而设计的方案。

安立公司开发并发明的精确定位无源互调故障源的技术，称为无源互调故障点定位(Distance-to-PIM^TM，即DTP)，已获得美国专利，为安立无源互调分析仪PIM Master^TM的特色功能。工程维护人员不用再浪费时间敲击铁塔试图定位无源互调故障源，如果无源互调来自于天线系统或者周围环境也不用再犹豫不决，在几秒钟内，无源互调故障点定位(Distance-to-PIM^TM)技术可以测量天线系统内和天线系统外的所以的静态无源互调故障问题的相对幅度大小和故障。只有无源互调故障点定位(Distance-to-PIM^TM)技术才能发现的无源互调故障包括: 污染了的连接头，腐蚀的连接头，扭矩过大的连接头，存在微观电弧的连接头，天线系统外的无源互调问题。无源互调故障点定位测试相对于传统的无源互调测试来说提供了更多的洞察力，这些获得的定位信息可以加速问题源的修复，控制问题源的修复成本，帮助制定精确的预算计划等等。比较不同时间PIM的测试值变化，可以观察器件是否随着老化而性能恶化，这可以使得PIM源在升级为导致掉话或阻塞的故障之前被修正。