基于全共享室分系统无源互调研究

卢锦君 凌文基

摘   要：当无源器件中出现多个信号频率时，由于器件存在非线性，信号之间无源互调干扰源必然出现。多个信号多个载波通过无源器件传输，合成信号中会产生互调产物，此互调产物一旦落入接收通道，就会成为接收系统中的寄生干扰之一。文章针对通信系统中多通道无源互调干扰成因、现象、解决手段进行重点剖析、研究。

关键词：多个信号;互调干扰;共享室分

1    互调产物产生原理及规律

无源互调（Passive Inter Modulation，PIM）是由通信及电子系统中各种各样的无源器件非线性特性引起的。在大功率、多信道系统中，这些非线性的无源器件会产生相对于工作频率更高频次的谐波，而这些谐波又会和工作频率混合在一起产生一组新的频率组合，其最终后果是产生一组无用的频谱成份或杂散频谱信号从而影响通信系统的正常工作。对于一个线性的系统而言，输入几个信号，输出也是几个信号，不会有新的频率分量出现;但若系统存在非线性，则输入信号混合后在系统内会产生新的频率分量，从而产生杂散信号，产生的这种新频率分量就叫作互调产物。

如图1所示，比如输入f1和f2两个信号，若通道是非线性，则在通道内部会产生出类似2*f1-f2，2*f2-f1这两个三阶互调产物和3*f1-2*f2，3*f2-2*f1这两个五阶互调点，依此类推即m*f2-n*f1的阶数就是m+n阶。

互调除了产生新的频率分量，还会导致信号的频谱宽度加宽。如图2所示，载频f1：BW=5 MHz，载频f2按照单音计算，其三阶互调产物的带宽为：低频（2*f1-f2）：2*BW+1*0= 10 MHz，高频（2*f2-f1）：2*0+1*BW=5 MHz其五阶互调产物的带宽为：低频（3* f1-2f2）：3*BW+2*0=15 MHz，高频（3*f2-2f1）：3*0+2*BW=10 MHz。

即使只有1个载波，三阶、五阶或更高阶次的互调产物同样有带宽展宽效应。经过研究分析和大量实践，发现互调产物主要有如下几个规律：

（1）互调产物的大小跟天馈的互调抑制度关系最大，互调抑制度越差，互调产物就会越大;互调抑制度越好，互调产物就会越小，成同向比例关系。

（2）互调产物的大小还和输入信号的功率密切相关，理论分析输入信号每增加1 dB，三阶互调增加3 dB，实际系统和理想系统虽有差别，但实际上功率每增加1 dB三阶互调产物基本增加在2～3 dB之间不会改变。也就是说在相同的互调抑制度情况下，输入功率越大，互调产物越大，且互调产物增长的速度超过了输入信号功率增长的速度，两者也成正比关系。

（3）互调产物的阶数越高幅度越小，即IM3>IM5>IM7，依此类推，但没有定量关系。

（4）互调产物的带宽会被展宽，n阶互调产物的带宽会被扩大宽度为输入信号带宽的n倍。如2个等带宽的信号，三阶互调产物的带宽会被展宽为3倍，五阶互调产物的带宽会被展宽5倍，依此类推若信号带宽10 M，三阶互调产物展宽就为30 M，五阶互调产物展宽就为50 M[1]。

2    互调干扰对网络的影响

互调产物一般在发射系统中检测不到，由于它们远远低于热噪声电平，不会影响发射信号的质量，但是这些微弱的互调产物一旦被耦合到接收信号机中且落入接收频段，导致上行干扰带抬升或宽带接收总功率（Received Total Wideband Power，RTWP）抬升，就形成一个互调干扰信号源，互调干扰会导致信号丢失造成虚假信道繁忙，同时，语音质量大幅下降，系统容量大量受限，整个通信系统的正常工作受到不同程度影响，严重时会导致整个系统处于瘫痪或者无法使用状态。

在现行的频率规划方案下，三阶和五阶互调干扰将对全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）产生较严重的影响。无三阶、五阶互调干扰落在接收频带内的，接收机信号内仅有正常的底噪，无明显质量恶化情况;有三阶、五阶互调干扰落在接收频带内的，受干扰的上行频段内底噪整体上升，网络的干扰指标迅速恶化，网络质量明显下降。

分析多通道合路天馈无源互调在1 700～2 600各个频段的三阶、五阶互调的影響分布，联通高频、电信高频和移动FDD深受三阶、五阶互调影响，结合工程实际应用，也出现了这种现象，特别是以地铁共享室分为背景的多频段汇入配电网自动化系统（Distribution Automation System，DAS）尤其明显。

3    减小无源互调干扰的措施

常见天馈组件的IM3指标一般都在﹣150 dBc～﹣160 dBc @2*43 dBm之间，考虑到工程安装中环境因素的制约、在使用过程中的正常老化，天馈系统的互调抑制度指标必然差于天馈组件的互调抑制度指标。由于室分系统大量使用N头部件，互调抑制度会有所下降，且大量国内的室分部件厂家的器件产品书中不提供互调抑制度规格，性能没有保证。但是，所有的器件均有无源互调，无源互调产物具有不可消灭性，是器件非线性的电压—电流特性，导体导电电阻的非线性导致了PIM，且无源互调随时间变化，随功率变化，且方向非单一。现阶段共享室分中互调干扰是最为常见的故障，只能通过压降互调产物或规避互调产物，从而减小无源互调对系统的干扰，在此过程中以下几个措施必不可少：

（1）在设计阶段，根据运营商提出的系统和频率需求，进行干扰分析，采用上下行分缆和频率避让制定相应的技术方案，从源头上尽可能规避频率干扰。

（2）在产品选型上，由于共享室分多系统合路，系统集成度高，建议选用高品质器件，低互调产品。产品必须经过了严格的入网检测才能上线，同时，需要执行严格的到货检测，坚决杜绝“偷工减料”的产品带病入网。

（3）在工程建设过程中，各个节点连接工艺、馈线弯曲半径、器件摆放稳固性等细微之处往往是影响室分互调指标、造成频率干扰的源头。因此，施工工艺要和产品指标相匹配，需要加强施工和验收管理，按照专业程序，采用专业工具施工、专业仪表验收。如接头制作时，线缆的截面需要打磨和做倒角处理，保持平整光滑、没有毛刺，使用定长跳线、接头做绝缘处理等。

（4）在设备开通调测过程中，根据互调产物对发射功率很敏感的特性，发射功率越大则互调产物电平越大、发射功率越小则互调产物电平越小原理，我们可以结合现场实际覆盖情况和指标，适当降低干扰发生源的发射功率，从而减少互调产物电平，间接地降低互调干扰影響。

（5）在网络优化方面，结合现场实际覆盖情况和指标进行频点优化，避开互调点刚好击中接收频点的配置。对于负载率不高的小区，可通过减小每个天馈通道里的载波个数降低互调产物的电平大小，若减小载波个数后出现拥塞，可以开启半速率。

4    结语

本文在地铁室分共建共享通信项目基础上，进行全面分析和研究，系统总结出共享室分系统的无源互调的产生原理、不良影响和减小措施办法，从而不断提高了共享室分系统质量与用户感受。

[参考文献]

[1]张世全.无源互调干扰导论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.

Abstract：When multiple signal frequencies occur in passive devices， PIM interference sources must occur between signals due to non-linearity of devices. Multiple signals and multiple carriers are transmitted through passive devices， and intermodulation products will be generated in the combined signals. Once the intermodulation product falls into the receiving channel， it will become one of the parasitic interference in the receiving system. This paper mainly analyzes the causes， phenomena and solutions of multi-channel PIM interference in communication system.

Key words：multiple signals; intermodulation interference; shared chamber division