楊 麗

（上海諾基亞貝爾股份有限公司，江蘇 南京 210037）

0 引 言

無(wú)源互調(diào)（Passive Inter-Mmodulation，PIM）是由發(fā)射系統(tǒng)中各種無(wú)源器件的非線(xiàn)性特性引起的。在高功率條件下，一些原本認(rèn)為具有線(xiàn)性特性的無(wú)源器件，如濾波器、雙工器、接頭、天線(xiàn)和傳輸電纜等，都表現(xiàn)出了非線(xiàn)性特性[1]。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率信號(hào)同時(shí)通過(guò)同一個(gè)無(wú)源射頻傳輸系統(tǒng)時(shí)，由于傳輸系統(tǒng)非線(xiàn)性的影響，使信號(hào)之間產(chǎn)生非線(xiàn)性頻率分量，這些非線(xiàn)性頻率分量稱(chēng)為無(wú)源互調(diào)。這些互調(diào)信號(hào)如果落在接收頻帶內(nèi)，且信號(hào)足夠強(qiáng)，則形成對(duì)接收信號(hào)的干擾，稱(chēng)為無(wú)源互調(diào)干擾。無(wú)源互調(diào)干擾使有效傳輸信號(hào)發(fā)生畸變，產(chǎn)生噪聲和雜波，從而降低小區(qū)的接收靈敏度，甚至阻塞呼叫。本文主要討論由天線(xiàn)口產(chǎn)生的PIM信號(hào)對(duì)接收系統(tǒng)的影響。

1 單音信號(hào)產(chǎn)生的PIM信號(hào)

任意兩個(gè)或以上頻率的激勵(lì)信號(hào)作用于非線(xiàn)性系統(tǒng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生原有的這些頻率以及由這些頻率所組成的新頻率。由原激勵(lì)信號(hào)的頻率新組成的頻率成分，稱(chēng)之為互調(diào)分量。當(dāng)它們對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良作用時(shí)，稱(chēng)之為互調(diào)干擾[2]。PIM干擾是互調(diào)干擾的一種形式。

通信基站工作在4G頻段FDD模式時(shí)，當(dāng)接收頻段和發(fā)射頻段相隔較近時(shí)，下行發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器到達(dá)天線(xiàn)口產(chǎn)生的PIM信號(hào)有可能落入上行接收頻段，影響接收系統(tǒng)的靈敏度。以4G LTE Band2為例，F(xiàn)DD模式，上行接收頻率范圍為1 850～1 910 MHz，下行發(fā)射頻率范圍為1 930～1 990 MHz[3]，接收頻段的高頻點(diǎn)和發(fā)射頻段的低頻點(diǎn)只相隔了20 MHz，發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)源器件產(chǎn)生的PIM信號(hào)易落入接收頻帶內(nèi)。

假設(shè)輸入信號(hào)由兩個(gè)單音頻率信號(hào)組成，頻率分別為f1和f2。常數(shù)m和n是正整數(shù)，產(chǎn)生的PIM信號(hào)成對(duì)頻率為nf1-mf2和nf2-mf1，m+n稱(chēng)為PIM信號(hào)的階數(shù)。如果m=2、n=1，那么得到的就是3階PIM信號(hào)。3階信號(hào)最強(qiáng)，危害最大，其次是5階和7階。由于PIM信號(hào)的功率隨著階數(shù)的增加而降低，高階信號(hào)雖然不會(huì)直接引起頻率問(wèn)題，但通常會(huì)提高其落入的接收頻段的噪聲電平[4]。并不是所有頻率分量的PIM干擾都會(huì)影響接收系統(tǒng)的性能，而是根據(jù)發(fā)射信號(hào)的具體頻率、帶寬及接收頻段進(jìn)行分析。

以4G LTE Band2為例進(jìn)行仿真，PIM信號(hào)的功率為示意值。當(dāng)下行發(fā)射系統(tǒng)的兩個(gè)單音信號(hào)頻率分別為1 950 MHz和1 970 MHz時(shí)，天線(xiàn)口產(chǎn)生的3階、5階、7階PIM信號(hào)如圖1所示。從圖1可以看出，7階1 890 MHz頻率分量落入了接收頻帶內(nèi)。

圖1 f1=1 950 MHz、f2=1 970 MHz單音PIM信號(hào)

當(dāng)下行發(fā)射系統(tǒng)的兩個(gè)單音信號(hào)頻率分別為1 945 MHz和1 975 MHz時(shí)，濾波器產(chǎn)生的3階、5階、7階PIM信號(hào)如圖2所示。從圖2可以看出，5階1 885 MHz頻率分量、7階1 855 MHz頻率分量落入了接收頻帶內(nèi)。

圖2 f1=1 945 MHz、f2=1 975 MHz時(shí)單音PIM信號(hào)

當(dāng)下行發(fā)射系統(tǒng)的兩個(gè)單音信號(hào)頻率分別為1 936 MHz和1 984 MHz時(shí)，濾波器產(chǎn)生的3階PIM信號(hào)如圖3所示。從圖3可以看出，3階1 888 MHz頻率分量落入了接收頻帶內(nèi)。

2 LTE信號(hào)產(chǎn)生的PIM信號(hào)

4G基站的下行發(fā)射信號(hào)都是具有一定帶寬的信號(hào)，常用的帶寬有1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz。寬帶信號(hào)里包含多個(gè)頻率分量，這些頻率分量信號(hào)經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性系統(tǒng)時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性的PIM信號(hào)。當(dāng)發(fā)射信號(hào)為雙載波時(shí)，雙載波之間也會(huì)產(chǎn)生出3階、5階、7階等頻率分量的PIM信號(hào)。同樣，以4G LTE Band2為例，當(dāng)基站下行發(fā)射系統(tǒng)的信號(hào)為兩個(gè)帶寬10 MHz中心頻率分別為1 950 MHz和1 970 MHz的LTE信號(hào)時(shí)，天線(xiàn)口產(chǎn)生的3階、5階、7階PIM信號(hào)如圖4所示。從圖4可以看出，5階PIM信號(hào)的中心頻率為1 910 MHz，有部分頻率信號(hào)落入了接收帶內(nèi)；7階PIM信號(hào)的中心頻率為1 890 MHz，全部頻率分量落入了接收頻帶內(nèi)。

圖3 f1=1 936 MHz、f2=1 984 MHz時(shí) 單音PIM信號(hào)

圖4 f1=1 950 MHz、f2=1 970 MHz寬帶PIM信號(hào)

3 PIM干擾抑制算法

天線(xiàn)口的PIM信號(hào)頻率落在接收帶內(nèi)時(shí)，會(huì)使接收帶內(nèi)的噪聲電平變高，噪聲不平坦，從而導(dǎo)致包括平均通話(huà)時(shí)間縮短、掉話(huà)率升高、數(shù)據(jù)速率降低和通話(huà)量降低等問(wèn)題[1]。因此，PIM信號(hào)成為接收帶內(nèi)的干擾信號(hào)。為了提高接收系統(tǒng)的靈敏度，提高通話(huà)質(zhì)量，有必要抑制接收帶內(nèi)的PIM干擾信號(hào)。

如果要抑制接收帶內(nèi)的PIM干擾信號(hào)，需要知道干擾信號(hào)的幅度相位信息?？梢酝ㄟ^(guò)一條反饋通道獲取干擾信號(hào)的信息。為了節(jié)省硬件資源，也可以根據(jù)基站發(fā)射系統(tǒng)的中頻數(shù)字信號(hào)，先計(jì)算得到和發(fā)射信號(hào)同樣頻率的PIM信號(hào)，再根據(jù)發(fā)射信號(hào)頻率和接收信號(hào)頻率對(duì)PIM信號(hào)進(jìn)行頻率搬移，得到接收帶內(nèi)的PIM基信號(hào)。為了使模擬產(chǎn)生的PIM基信號(hào)更接近實(shí)際進(jìn)入接收系統(tǒng)的PIM干擾信號(hào)，讓模擬產(chǎn)生的信號(hào)盡可能模擬實(shí)際PIM信號(hào)經(jīng)過(guò)的器件，如發(fā)射濾波器、接收濾波器等。實(shí)現(xiàn)框圖如圖5所示[5]。

利用上述方法得到的PIM信號(hào)與接收系統(tǒng)里的PIM信號(hào)在時(shí)間、幅度、相位上有差異，有的基站系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的中頻數(shù)據(jù)率也不一樣，所以不能直接用來(lái)抵消接收系統(tǒng)的PIM信號(hào)。首先要把PIM基信號(hào)的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換到與接收信號(hào)的數(shù)據(jù)率一致，然后在時(shí)間上把PIM信號(hào)與接收信號(hào)對(duì)齊，再根據(jù)最小二乘估計(jì)算法[6]計(jì)算PIM信號(hào)的自相關(guān)矩陣以及PIM信號(hào)和接收信號(hào)的互相關(guān)向量，根據(jù)二者結(jié)果估計(jì)接收信號(hào)里含有的PIM基信號(hào)的幅度和相位系數(shù)，最后在接收信號(hào)里進(jìn)行相消處理。

圖5 PIM干擾抑制實(shí)現(xiàn)過(guò)程

4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)仿真結(jié)果

利用上述方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真處理，基站下行發(fā)射信號(hào)為L(zhǎng)TE 10 MHz帶寬的單載波，接收系統(tǒng)采樣到的中頻數(shù)字PIM信號(hào)如圖6所示，信號(hào)平均功率為-37.75 dBFS。對(duì)PIM信號(hào)進(jìn)行抑制處理后的結(jié)果如圖7所示，信號(hào)平均功率為-42.79 dBFS。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)PIM抑制處理后，接收系統(tǒng)噪聲電平降低了約5 dB，可以提高系統(tǒng)的靈敏度。

圖6 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)PIM信號(hào)

圖7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)PIM抑制后信號(hào)

5 結(jié) 語(yǔ)

PIM信號(hào)是通信基站中一種比較常見(jiàn)的無(wú)源干擾信號(hào)。根據(jù)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的頻率和帶寬，可以分析PIM信號(hào)對(duì)接收系統(tǒng)是否有影響。本文提出的方法可以降低接收頻帶內(nèi)PIM信號(hào)的功率，且易于實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PIM信號(hào)帶寬較大時(shí)，可以通過(guò)延遲PIM基信號(hào)增加該信號(hào)的維度，從而得到多階系數(shù)，提高抑制能力，進(jìn)一步降低接收系統(tǒng)中的PIM信號(hào)分量，使PIM信號(hào)與系統(tǒng)噪聲電平接近，達(dá)到提高接收系統(tǒng)靈敏度的目的，進(jìn)而提高通話(huà)質(zhì)量。