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ADI读书活动第六十六期:基站中的无源交调(PIM)效应:了解...

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发表于 2017-5-9 16:31:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
基站中的无源交调(PIM)效应:了解挑战和解决方案
一.简介
已有多种技术来改善有源器件在系统中产生的非线性效应,但应注意的是,无源器件也可能引入非线性效应;虽然相对较小,但若不校正,这些非线性效应可能会严重影响系统性能。
PIM表示"无源交调"。它代表两个或更多信号通过一个具非线性特性的无源器件传输时产生的交调产物。机械连接部分的相互作用一般会引起非线性效应,这在两种不同金属的接合处尤为明显。实例包括:松动的电缆连接、不干净的连接器、性能糟糕的双工器或老化的天线等。
无源交调在蜂窝通信行业是一个重大问题,而且非常难以排解。在蜂窝通信系统中,PIM可能引起干扰,降低接收机灵敏度,甚至完全阻塞通信。这种干扰可能影响产生它的蜂窝以及附近的其他接收机。例如,在LTE频段2中,下行链路范围是1930 MHz至1990 MHz,上行链路范围是1850 MHz至1910 MHz。若有两个分别位于1940 MHz和1980 MHz的发射载波从具有PIM的基站系统发射信号,则其交调会产生一个位于1900 MHz的分量,该分量落入了接收频段,这会影响接收机。此外,位于2020 MHz的交调可能影响其他系统。

QQ图片20170509161401.png

1.无源交调,落到接收机频段


二.PIM分类
PIM有三种不同类型,每类有不同的特点,他们分别是:设计引入PIM、装配PIM和锈体PIM。
A.设计引入PIM
环行器、双工器和开关特别容易产生PIM效应。设计人员若能接受较高水平的无源交调,那么可以选择成本较低、尺寸较小或性能较低的器件。
ADI公司目前正在研发可从接收信号中检测、模拟、消除(抵消)双工器等静态无源元件PIM的技术(参见图2)。

QQ图片20170509161452.png

2.PIM的产生以及PIM抵消算法

该算法之所以有效,是因为它知晓载波信息,并且可以使用接收机相关性来确定交调伪像,然后从收到的信号中消除。
B.装配PIM
系统在经过一段时间后,由于天气或初次安装质量糟糕,其性能常常会下降。发生这种情况时,信号路径中的无源元件(连接器、电缆、电缆组件、波导组件和元器件等)通常会开始表现出非线性行为。事实上,某些主要的PIM现象就是由连接器、连接甚至天线本身的馈线引起的。所产生的影响可能与上面讨论的设计引入PIM相似,因此可以使用同样的PIM测量理论,该理论专门用于寻找无源交调产物的存在。
引起装配PIM的典型因素有:
•        连接器适配接口(通常是N型或DIN7/16)
•        电缆附件(电缆/连接器接合的机械稳定性)
•        材料(建议使用黄铜和铜,铁磁材料有非线性特性)
•        清洁度(尘土污染或水汽)
•        电缆因素(电缆的质量和鲁棒性)
•        机械鲁棒性(风和振动引起挠曲)
•        电热感应PIM(原因是非恒定包络的RF信号消耗的功率随时间而变化,引起温度改变,进而导致电导率发生变化)。
C.天线之外的PIM(锈体PIM)
PIM并不局限于有线传输路径,也可能发生在天线之外。该效应也被称为"锈体PIM"。这种情况下,无源交调发生在信号离开发射机天线之后,所产生的交调反射回接收机中。"锈体"这一说法来源于这样一个事实:很多情况下,交调源可能是生锈的金属物件,例如铁丝网、仓库或排水管。
三.PIM检测:定位PIM源
A.线路扫描
线路扫描更像是一种诊断工具,可帮助识别传输线路上的问题。早期装配问题可能表现为PIM;若不加以解决,这些装配问题可能会升级,引起更为严重的传输线路故障。线路扫描通常分为两个基本测试:回波损耗和插入损耗。
B.时域反射
可以利用高级时域发射法(TDR)技术来提供一个最优系统的参考映射,以及确定传输路径上开始发生损耗的确切位置。通过这种技术,操作员可以定位PIM源,从而有针对性地、高效率地予以修复。
C.频域反射
虽然TDR和FDR的工作原理均是沿着传输线路发送激励信号并分析反射,但这两种技术的实现方法非常不同。FDR技术采用RF信号扫描,而不是TDR所用的直流脉冲。另外,FDR要比TDR灵敏得多,能以更高的精度定位系统性能故障或降低的地方。频域反射法原理涉及源信号和反射信号(来自传输线路中的故障和其他反射特性)的矢量相加。
四.PIM定位
综合PIM线路测试的工作模式与针对设计引入PIM抵消所述的模式相似,不同之处是算法检查交调产物时间延迟估计的情况不同。应当注意,这些情况中的优先事项并非PIM伪像的抵消,而是定位传输线路上何处发生交调。该概念也被称为"PIM定位"(DTP)。
PIM定位技术(DTP)还为基站运营商提供了这样一种可能性:跟踪系统性能随时间而降低的情况,提前发现潜在问题。有了这些信息,便可在计划维修期间更换薄弱点,避免代价巨大的系统停机和专门维修工作。


五.结语
无源交调并不是什么新鲜事。近年来,业界的两种不同变化又把它拉回人们的视野:
第一,高级算法现在可通过一种智能方式来检测和定位PIM,并且能酌情予以补偿。以前的无线电设计人员必须选择能够满足特定PIM性能要求的器件,但在PIM抵消算法的帮助下,他们现在有了更大的选择自由。他们能够选择企及更高的性能,或者用成本较低且尺寸较小的器件实现相同的性能水平。抵消算法通过数字化方式辅助硬件元件。
第二,随着基站塔的密度和多样性爆炸式增长,我们面临着特殊系统设置(例如天线共享)带来的全新挑战。算法抵消取决于对主要传输信号的了解。在塔上空间宝贵的情况下,不同发射机可能共享单根天线,导致出现不良PIM效应的可能性大大增加。这种情况下,算法可能知道发射机路径某些部分的信息,并且可以有效工作。而在发射路径某些部分信息未知的情况下,第一代高级PIM抵消算法的性能或实现可能会受限。
随着基站设备领域的挑战难度不断加大,PIM检测和抵消算法在短期内预计能给无线电设计人员带来相当大的好处和优势,但要求开发工作跟上未来挑战的步伐。


原文链接:
http://www.analog.com/cn/analog-dialogue/articles/passive-intermodulation-effects-in-base-stations-understanding-the-challenges-and-solutions.html

问题来啦~~~
1PIM"无源交调"是如何定义的?
2,无源交调在蜂窝通信行业有哪些危害?
3PIM可分为三种不同类型,他们分别是:
4ADI公司目前正在研发何种PIM技术?该算法的原理是什么?
5,引起装配PIM的典型因素有:

第六十五期获奖网友:
QQ图片20170509163125.png

请以上4位尽快联系管理员,qq:459888529,注明读书月活动获奖。




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