張 濤（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 前言

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和室內(nèi)語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量的高速增長，室內(nèi)分布系統(tǒng)已成為吸收話務(wù)、解決深度覆蓋并提升用戶感知的主要手段。隨著室內(nèi)分布系統(tǒng)載波數(shù)量和話務(wù)量的增加，室內(nèi)分布系統(tǒng)的干擾情況也越來越嚴(yán)重，嚴(yán)重影響室內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗。室分分布系統(tǒng)的干擾來源有多種，包括外部干擾和分布系統(tǒng)自身產(chǎn)生的干擾，本文主要針對室內(nèi)分布系統(tǒng)自身干擾進(jìn)行研究。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)干擾原因定位

室內(nèi)分布系統(tǒng)產(chǎn)生干擾主要有以下幾類原因。

a）隨著系統(tǒng)制式不斷增多，系統(tǒng)不斷擴(kuò)容，室分系統(tǒng)中輸入的系統(tǒng)載波數(shù)量大大增加，室分系統(tǒng)承載的功率變大，超出原有室內(nèi)分布系統(tǒng)器件的功率容限，從而產(chǎn)生寬帶雜散干擾。

b）系統(tǒng)制式的不斷增加，室內(nèi)分布系統(tǒng)中合路的頻段和載波增多，造成了新的互調(diào)干擾，影響部分系統(tǒng)的上行性能。

c）其他工程問題造成的干擾，如器件或接頭不緊或老化產(chǎn)生的駐波比問題等。

前2類干擾問題多由室內(nèi)分布系統(tǒng)升級擴(kuò)容中產(chǎn)生，誘發(fā)原因是系統(tǒng)制式、頻段和功率不斷增多，但根本原因還是室內(nèi)分布系統(tǒng)中的無源器件無法滿足多制式、多頻段和高功率的要求。而目前很多室內(nèi)分布系統(tǒng)都存在建設(shè)年限較長、設(shè)備老化嚴(yán)重等問題，在新系統(tǒng)合路后出現(xiàn)系統(tǒng)底噪抬升的狀況，嚴(yán)重影響了室分系統(tǒng)的性能；對于一些建設(shè)年限不長的室內(nèi)分布系統(tǒng)也存在無源器件質(zhì)量低下，在多系統(tǒng)環(huán)境下產(chǎn)生嚴(yán)重干擾的問題。

圖1是某運營商某地統(tǒng)計的室分站點干擾原因分類圖，其中無源器件干擾占比達(dá)到40%，是第一大類干擾。

中國聯(lián)通LTE室分建設(shè)中，大多通過在原有的室分系統(tǒng)中擴(kuò)容接入，全國各地（市）LTE 室分系統(tǒng)在開通過程中，發(fā)現(xiàn)干擾問題嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。無源器件對室內(nèi)分布系統(tǒng)產(chǎn)生干擾影響，主要由互調(diào)抑制與功率容限2個指標(biāo)引起。

圖1 室分系統(tǒng)干擾原因比例統(tǒng)計

2 互調(diào)干擾分析

2.1 無源互調(diào)產(chǎn)生的機理

無源互調(diào)（PIM——Passive Inter modulation）是射頻信號路徑中2 個或多個射頻信號，因各種無源器件（例如天線、電纜或連接器）的非線性特性引起的混頻干擾信號。

在大功率、多信道系統(tǒng)中，鐵磁材料、異種金屬焊接點、金屬氧化物接點和松散的射頻連接器都會產(chǎn)生信號的混頻，這些混頻產(chǎn)生的頻率分量和工作頻率混合在一起進(jìn)入工作系統(tǒng)，如果這些無用的頻率分量足夠大，就會影響通信系統(tǒng)的正常工作?；フ{(diào)是無源器件本身的非線性引起的，因此，只要有無源器件存在的射頻系統(tǒng)，就必然有互調(diào)的產(chǎn)生，互調(diào)失真是影響射頻系統(tǒng)正常工作的干擾之一。

如2 個信號f1、f2互調(diào)，可產(chǎn)生2f1，3f1，4f1……；2f2，3f2，4f2……；f1±f2，2f1±f2，2f1±2f2，3f1±f2，3f1±2f2，3f1±3f2……，如圖2 所示。通常所說的三階、五階、七階互調(diào)是指落入f1、f2頻段的2f1-f2、2f2-f1、3f1-2f2、3f2-2f1、4f1-3f2、4f2-3f1的互調(diào)產(chǎn)物。

圖2 2個信號f1、f2產(chǎn)生的無源互調(diào)

干擾帶寬取決于參與互調(diào)的信號帶寬和調(diào)制的階數(shù)。設(shè)參與互調(diào)的中心頻率為f1，f2，…，fN的信號帶寬分別為△f1，△f2，…，△fN，則中心頻率fIM的互調(diào)產(chǎn)物的帶寬為：

可見，互調(diào)信號帶寬因參與互調(diào)的信號帶寬和調(diào)制的階數(shù)而展寬，因此，寬帶信號參與互調(diào)和更高階的互調(diào)產(chǎn)物可能對更寬頻率范圍的信號形成干擾。

2.2 無源互調(diào)對室分網(wǎng)絡(luò)干擾原理

室分無源器件互調(diào)表現(xiàn)為反射互調(diào)干擾電平，直接落入上行通帶，無法通過濾波器進(jìn)行抑制，對網(wǎng)絡(luò)干擾產(chǎn)生直接的影響，互調(diào)值隨輸入功率變化而變化，在相同的互調(diào)抑制度情況下，輸入功率越大，互調(diào)產(chǎn)物越大。

現(xiàn)網(wǎng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)多是在小功率傳輸模型下的組網(wǎng)應(yīng)用模型，指標(biāo)為-130 dBc@2×43 dBm 的無源器件可以滿足大部分室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用場景要求，但是隨著現(xiàn)網(wǎng)微蜂窩信源發(fā)射功率的加大，應(yīng)用在信源前端的器件承受功率越來越大，產(chǎn)生的互調(diào)干擾也就越發(fā)明顯。

互調(diào)產(chǎn)物的大小還取決于器件的互調(diào)抑制度，互調(diào)抑制度越差，互調(diào)產(chǎn)物越大；互調(diào)抑制度越好，互調(diào)產(chǎn)物越小。對無源互調(diào)指標(biāo)要求越高，對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的干擾影響就越低。表1 示出的是輸入功率為43 dBm時，不同互調(diào)抑制值的反射干擾電平值。

表1 不同互調(diào)抑制值的反射干擾電平值

2.3 無源互調(diào)對室內(nèi)分布系統(tǒng)的干擾影響

無源互調(diào)產(chǎn)生的干擾直接落入系統(tǒng)的上行通帶內(nèi)，無法通過濾波設(shè)備解決互調(diào)干擾，會抬升系統(tǒng)的上行底噪，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。下面的案例是CDMA和LTE之間的二階互調(diào)造成的干擾。

此室內(nèi)分布系統(tǒng)由3 個小區(qū)完成覆蓋，每個小區(qū)合路的系統(tǒng)包括中國聯(lián)通GSM900、LTE、WCDMA 與中國電信CDMA 系統(tǒng)，其中二小區(qū)出現(xiàn)LTE 中間頻點干擾較為嚴(yán)重，底噪在-84 dBm，提升了15 dB以上，產(chǎn)生了嚴(yán)重的干擾。

通過LTE 后臺數(shù)據(jù)查詢，43—51 號RB 頻點底噪在-100 dBm 以上，其他兩側(cè)頻點正常，全帶寬底噪平均值為-84 dBm，提升15 dB 左右，嚴(yán)重影響LTE 網(wǎng)絡(luò)的性能（見表2）。

通過對受干擾的RB 頻段分析，發(fā)現(xiàn)此干擾屬于CDMA 系統(tǒng)二階互調(diào)信號導(dǎo)致LTE 的中間頻點干擾，通過加衰減降低CDMA系統(tǒng)的方法可以大幅降低干擾水平。

表2 LTE底噪后臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)

此外GSM900、LTE1800 和CDMA850 合路還會產(chǎn)生三階互調(diào)，造成對LTE的上行干擾，圖3分別是三階互調(diào)和二階互調(diào)干擾頻譜圖，可以看到系統(tǒng)滿功率發(fā)射時可以造成20 dB 的系統(tǒng)上行底噪提升，造成嚴(yán)重的系統(tǒng)干擾。

3 功率容限干擾分析

3.1 功率容限干擾的機理

眾所周知，由于射頻能量傳輸?shù)摹摆吥w效應(yīng)”，使得阻抗變化，從而引起信號的反射，以及傳輸介質(zhì)溫度變化轉(zhuǎn)化為熱能，而器件由電阻和介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱能又將導(dǎo)致器件的老化、變形以及電壓飛弧現(xiàn)象。而每個無源器件均有一個功率容限指標(biāo)來定義器件所能夠承受的功率輸入，一般超出系統(tǒng)的功率容限就可能造成系統(tǒng)的擊穿使器件損壞或產(chǎn)生內(nèi)部打火使系統(tǒng)指標(biāo)下降，因此，為了保證室內(nèi)分布系統(tǒng)中無源器件的正常工作，有必要合理制定器件的功率容限，保證系統(tǒng)最大輸入信號所引起的熱能不會引起問題。

圖3 三階和二階互調(diào)干擾底噪抬升圖

通常來說，廠家器件的標(biāo)稱功率指標(biāo)包含平均功率和峰值功率2 種。其中，平均功率是指信號持續(xù)不斷加到器件上的功率，該功率容量受限將導(dǎo)致器件的過度發(fā)熱、老化、變形以及飛弧現(xiàn)象；而峰值功率是指信號短時間內(nèi)能達(dá)到的最大功率，該功率容量受限會導(dǎo)致器件打火，一般情況下將使器件氧化，縮短器件使用壽命；嚴(yán)重時造成基站斷站，并將信號進(jìn)行全反射形成駐波告警等影響。

總的來看，當(dāng)無源器件所承受的功率超過其功率容限時，其對于網(wǎng)絡(luò)的影響如圖4所示，具體如下。

圖4 功率容限對網(wǎng)絡(luò)性能的影響

a）器件會出現(xiàn)打火燒壞，駐波比變大，信源的發(fā)射信號會全反射，而信號的全反射嚴(yán)重時會導(dǎo)致信源燒壞。

b）器件局部微放電，造成頻譜擴(kuò)張，產(chǎn)生寬帶干擾，造成整個系統(tǒng)底噪抬升，從而使上行接收靈敏度下降。

c）器件因燒壞擊穿，引起網(wǎng)絡(luò)通信中斷。

3.2 中國聯(lián)通室內(nèi)分布系統(tǒng)輸入功率評估

系統(tǒng)平均功率和峰值功率的計算公式如下：系統(tǒng)平均功率=單載波平均功率+10lg N系統(tǒng)峰值功率=單載波平均功率+10lg N+系統(tǒng)峰均比

其中N為載波數(shù)。

根據(jù)前期對5 個主設(shè)備廠家的GSM、WCDMA 和LTE設(shè)備RRU的峰均比進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如下。

a）目前GSM設(shè)備的峰均比隨載波數(shù)變化而變化，四載波時峰均比在6～7.4 dB。

b）目前WCDMA 的峰均比沒有隨載波數(shù)變化而變化，在5.5～8 dB。最大發(fā)射功率隨總平均功率增加而增加。

c）目前LTE的峰均比沒有隨載波數(shù)變化而變化，在6.7～8 dB。最大發(fā)射功率隨總平均功率增加而增加。

針對目前中國聯(lián)通GSM900、DCS1800、WCDMA和1.8 GHz FDD LTE，以及后續(xù)的2.3 GHz TD-LTE 系統(tǒng)，考慮最大配置和現(xiàn)網(wǎng)典型配置情況下的功率容量，配置結(jié)果如下所示。

a）在最大配置情況下，多系統(tǒng)合路的平均功率為300 W，峰值功率高達(dá)1 751.5 W。

b）LTE 1 載波+WCDMA 2 載波+GSM 2 載波情況下，平均功率容量為100 W，峰值功率容量為535.5 W。

c）LTE 1 載波+WCDMA 3 載波+GSM 2 載波情況下，平均功率容量為120 W，峰值功率容量為664.5 W。

d）LTE 1 載波+WCDMA 4 載波+GSM 2 載波情況下，平均功率容量為140 W，峰值功率容量為784.5 W。

e）LTE 2載波+TD-LTE 1載波+WCDMA 4載波+GSM 2 載波情況下，平均功率容量為220 W，峰值功率容量為1 208 W。

3.3 功率容限對系統(tǒng)的干擾影響

目前在中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)中對無源器件的功率容限要求是平均功率200 W，沒有峰值功率要求，而測試方法也是采用單載波GSM信號200 W平均功率進(jìn)行測試，判斷是否出現(xiàn)嚴(yán)重的打火而導(dǎo)致駐波比指標(biāo)不合格為標(biāo)準(zhǔn)，無法驗證峰值功率對網(wǎng)絡(luò)的干擾指標(biāo)造成影響。在現(xiàn)有測試方法下受限于GSM 單載波信號的峰均比，實際測試峰值功率僅有400 W左右，即使測試合格也存在不能滿足網(wǎng)絡(luò)需求的情況，從而產(chǎn)生功率容限干擾。

由于現(xiàn)網(wǎng)無源器件功率容限不能滿足日益增多的系統(tǒng)功率要求，也造成了中國聯(lián)通在室內(nèi)分布系統(tǒng)引入LTE系統(tǒng)后出現(xiàn)大量的干擾問題。

下面通過一個案例來說明功率容限的干擾，對于某小區(qū)引入LTE 系統(tǒng)造成了WCDMA 系統(tǒng)RTWP 抬升，引起了系統(tǒng)間干擾，通過在后臺對LTE系統(tǒng)激活后分別進(jìn)行加載25%、50%、100%，記錄WCDMA 系統(tǒng)RTWP的變化（見表3）。

表3 WCDMA系統(tǒng)RTWP的變化（單位：dBm）

通過表3 得出WCDMA 系統(tǒng)的RTWP 值從LTE 未開通的-102.3 dBm 逐漸變化至加載到100%的-94.2 dBm，與LTE的功率加載情況有直接關(guān)系，可以判斷是器件功率容限不足引起的干擾。

圖5是功率容限干擾中測試到的上行頻段的底噪值，可以看到整體底噪呈現(xiàn)大幅度抬升，其干擾信號是寬帶造成干擾，也證實了是功率容限造成的寬帶干擾。

圖5 功率容限干擾上行底噪抬升圖

4 室內(nèi)分布系統(tǒng)干擾排查方法

室分系統(tǒng)干擾問題可通過網(wǎng)管和現(xiàn)場來逐級定位排查，具體流程如圖6所示。

5 室內(nèi)分布系統(tǒng)干擾解決方案

圖6 室分干擾問題改造流程

經(jīng)過前期研究和測試發(fā)現(xiàn)，功率容量和互調(diào)產(chǎn)生的干擾均與無源器件指標(biāo)不足相關(guān)，可以通過提升器件的品質(zhì)及功率和互調(diào)指標(biāo)的方式來解決，即通過定制高性能無源器件解決干擾問題。通過合理定制高性能無源器件的性能要求使得高性能無源器件即使應(yīng)用于最前端（最高功率），其產(chǎn)生的干擾也在可接受范圍內(nèi)，可以解決室內(nèi)分布系統(tǒng)中的干擾問題。

利用高性能無源器件來解決室內(nèi)分布系統(tǒng)的干擾問題，需要在互調(diào)抑制、功率容限等指標(biāo)方面進(jìn)行嚴(yán)格的要求，同時對于器件的工藝和材質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的要求，從而保證室內(nèi)分布系統(tǒng)的性能，表4以耦合器為例給出高性能無源器件和一般無源器件的指標(biāo)要求差異。

表4 耦合器性能指標(biāo)

根據(jù)實驗結(jié)果，根據(jù)表4 指標(biāo)定制的無源器件可以滿足中國聯(lián)通室內(nèi)分布系統(tǒng)的干擾抑制要求，即使應(yīng)用于最前端，其產(chǎn)生的干擾也在可接受范圍內(nèi)。

高性能器件雖能解決干擾問題，但帶來建設(shè)成本大幅提升，可以基于室分系統(tǒng)中干擾與功率強相關(guān)的特性制定出高低搭配的解決方案，即“高功率節(jié)點高性能器件，低功率節(jié)點低性能器件”的建設(shè)方案，將高性能器件應(yīng)用于前端（高功率），一般器件應(yīng)用于末端（低功率），實現(xiàn)性能與成本的平衡。