李國(guó)旗 錢(qián)思齊
中通維易科技服務(wù)有限公司
雜散輻射是指帶外的由諧波輻射、寄生輻射、互調(diào)產(chǎn)物及頻率轉(zhuǎn)移產(chǎn)物(如本振泄漏)等產(chǎn)生的非期望輻射。
發(fā)信系統(tǒng)(通常是射頻)本應(yīng)該在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)發(fā)送無(wú)線信號(hào),即發(fā)射帶內(nèi)信號(hào)。但是發(fā)信系統(tǒng)在制造時(shí),內(nèi)部元器件采用的并非理想器件,普遍存在一定的非線性,在發(fā)射無(wú)線信號(hào)的過(guò)程中,產(chǎn)生了很多非規(guī)定頻率范圍內(nèi)的信號(hào),即發(fā)生了雜散輻射,這可能對(duì)其他通信系統(tǒng)造成干擾。因此,雜散輻射是無(wú)線通信中的重要指標(biāo),各大運(yùn)營(yíng)商對(duì)該指標(biāo)也十分重視。
目前在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中,由于更多頻段的信號(hào)被拓展使用,針對(duì)雜散指標(biāo)的研究對(duì)基站、直放站的落地建設(shè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值,只有解決通信信號(hào)之間的干擾問(wèn)題,才能提高通信的速率和建設(shè)高效快速的通信系統(tǒng)。
關(guān)于直放站的雜散輻射的測(cè)試方法,國(guó)家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T 1596-2011 800MHz 2GHzCDMA 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)模擬直放站技術(shù)要求和測(cè)試方法》給出的系統(tǒng)模型如圖1所示??偟目蚣苣P途褪怯脝屋d波CDMA 信號(hào)發(fā)生器激勵(lì),用頻譜儀測(cè)量,設(shè)置合適的頻段、BW 來(lái)測(cè)試和觀察。
圖1 系統(tǒng)模型
上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)雜散輻射指標(biāo)測(cè)試方法進(jìn)行細(xì)化描述,這會(huì)造成各檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)雜散輻射測(cè)試不一致的情況,影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于雜散指標(biāo)的要求如圖2 所示。
圖2 行業(yè)指標(biāo)要求(下行鏈路的特殊頻段指標(biāo)要求)
我站按照標(biāo)準(zhǔn)連接測(cè)試系統(tǒng),信號(hào)源、頻譜儀均設(shè)置好對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)頻段?,F(xiàn)以885MHz~915MHz 為例,指標(biāo)要求為-67dBm;目前市面主流直放站下行功率一般在40W(46dBm)左右,而主流品牌頻譜儀無(wú)法直接輸入這么大功率(一般在30dBm以下),測(cè)試下行鏈路指標(biāo)時(shí)需要加衰減器??紤]到載波信號(hào)峰均比和頻譜儀動(dòng)態(tài)范圍,一般輸入頻譜儀的信號(hào)功率不宜超過(guò)0dBm,故選擇衰減值50dB 的衰減器測(cè)試下行鏈路指標(biāo)。但是衰減器的引入必然會(huì)造成儀表底噪的抬升,通過(guò)圖3-1 和圖3-2 可見(jiàn)在885MHz~915MHz 范圍內(nèi)頻譜儀自身底噪在-100.46dBm 左右,而加裝衰減器的頻譜儀底噪被抬升到-50.75dBm,要求的-67dBm 淹沒(méi)在儀表底噪中,無(wú)法有效測(cè)出。
圖3-1 不加衰減器頻譜儀底噪
圖3-2 加衰減器頻譜儀底噪
針對(duì)衰減器導(dǎo)致儀表底噪過(guò)高無(wú)法測(cè)試的問(wèn)題,我站經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和評(píng)估,對(duì)雜散輻射試驗(yàn)方法進(jìn)行了優(yōu)化,選擇使用陷波器或POI 代替衰減器進(jìn)行測(cè)試。
第一種測(cè)試配件是陷波器,陷波器又稱(chēng)帶阻濾波器,其原理是通過(guò)多次反射通帶內(nèi)的主信號(hào),從而達(dá)到主信號(hào)減弱的目的,但并不削弱帶外信號(hào)。其外觀如圖4 所示。
圖4 陷波器外觀
測(cè)試之前,用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試其傳輸特性(如圖5所示),展開(kāi)阻帶頻率,觀察到陷波器在869MHz-880MHz(CDMA 直放站下行工作頻段)之間,損耗在-50 到-90 之間變化(如圖6 所示),滿足此前分析的下行衰減值要求。
圖5 陷波器傳輸特性
圖6 (頻段展開(kāi)后)陷波器傳輸特性
接著測(cè)出雜散要求頻段(885MHz~915MHz)各頻點(diǎn)插損(如圖7 所示),在最終測(cè)直放站的雜散輻射指標(biāo)系統(tǒng)中,設(shè)置儀器對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的補(bǔ)償值用來(lái)消除陷波器對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的不利影響,以達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。各頻點(diǎn)的插損記錄如下:
根據(jù)此前頻譜儀自身底噪-100.46dBm 計(jì)算,加裝陷波器后,頻譜儀底噪最高被抬升到了-100.46dBm -(-14.323dB)=-86.137dBm,優(yōu)于雜散輻射指標(biāo)要求的-67dBm,可以用于測(cè)試該指標(biāo)。
圖7 陷波器885MHz~915MHz 各頻點(diǎn)插損
第二種測(cè)試配件是無(wú)源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺(tái)(POI),其外觀如圖8 所示,原理是所有頻段信號(hào)均可通過(guò)并將不同頻段信號(hào)通過(guò)不同端口輸出,測(cè)試中在通帶頻段接口接衰減器和負(fù)載,用來(lái)吸收通帶的信號(hào),防止其反射對(duì)測(cè)試造成干擾,其他頻段信號(hào)在各自的頻段區(qū)通過(guò),互不影響,使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。由圖8 可以看出,POI 的每個(gè)接口對(duì)應(yīng)的頻段剛好是我們需要測(cè)的雜散所對(duì)應(yīng)的頻段。如陷波器一樣,首先測(cè)各個(gè)接口的電氣性能。以兩條高頻電纜線和無(wú)源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺(tái)(POI)雜散測(cè)試箱組成的系統(tǒng)為例,其測(cè)得的插入損耗如下:
表 插入損耗
圖8 多系統(tǒng)分布平臺(tái)POI 外觀
同樣根據(jù)此前頻譜儀自身底噪-100.46dBm 計(jì)算,加裝POI 后,頻譜儀底噪最高被抬升到了-100.46dBm-(-10.36dB)=-90.1dBm,優(yōu)于雜散輻射指標(biāo)要求的-67dBm,可以用于測(cè)試該指標(biāo)。
我站按照通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T 1596-2011 800MHz 2GHzCDMA 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng) 模擬直放站技術(shù)要求和測(cè)試方法》連接直放站測(cè)試系統(tǒng),按照標(biāo)準(zhǔn)要求找到標(biāo)稱(chēng)最大功率點(diǎn)后,維持信號(hào)源輸入電平不變,開(kāi)始測(cè)試雜散輻射這一指標(biāo),將衰減器分別用陷波器和無(wú)源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺(tái)(POI)替換,按照標(biāo)準(zhǔn)方法逐步測(cè)試,現(xiàn)將三者結(jié)果分析如下:
首先觀察分析測(cè)得的最大輸出功率通帶頻段情況,即接衰減器通帶的頻段,如圖9 所示。
圖9 衰減器通帶信號(hào)
不難發(fā)現(xiàn)帶外頻段底噪為-49.90dBm,也就是圖中M2 和M3 所示的位置,進(jìn)一步證明單純的接衰減器無(wú)法測(cè)出雜散輻射這一性能指標(biāo)。將衰減器更換為陷波器,連接好測(cè)試系統(tǒng)后將陷波器插損補(bǔ)償?shù)筋l譜儀中,以消除陷波器自身原因?qū)y(cè)試的影響。通帶內(nèi)測(cè)試結(jié)果如圖10 所示,雜散輻射測(cè)試結(jié)果如圖11 所示。
圖10 陷波器通帶信號(hào)
圖11 陷波器雜散
由圖10 可以看出波形呈現(xiàn)不規(guī)則的波峰和波谷,是由于多次發(fā)射造成的通帶內(nèi)信號(hào)削弱,帶外的底噪也可以測(cè)得-90dBm 左右。由圖11 可以看出測(cè)得885MHz~915MHz 雜散輻射為-67.20dBm,符合指標(biāo)要求。
將陷波器換為無(wú)源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺(tái)(POI)雜散環(huán)境箱,再次測(cè)試,其通帶內(nèi)信號(hào)完全被衰減器和負(fù)載吸收,不產(chǎn)生反射信號(hào);直接測(cè)試885MHz~915MHz的雜散輻射指標(biāo),測(cè)試截圖見(jiàn)圖12。
圖12 POI 環(huán)境試驗(yàn)箱下的雜散
測(cè)試結(jié)果為-70.10dBm,滿足指標(biāo)要求。
通過(guò)對(duì)比陷波器和POI 兩種配件的測(cè)試結(jié)果,可以看出使用陷波器測(cè)試得到的結(jié)果比POI 差了3dB,我站對(duì)可能產(chǎn)生該差異的原因進(jìn)行了分析:陷波器的原理是通過(guò)反射的方式阻止通帶內(nèi)的主信號(hào)進(jìn)入儀表,而反射的信號(hào)會(huì)原路返回進(jìn)入直放站輸出端口,對(duì)直放站產(chǎn)生一些不可預(yù)期的影響,如駐波告警并關(guān)斷信號(hào)、反射信號(hào)與發(fā)射信號(hào)疊加產(chǎn)生變化等;若反射信號(hào)對(duì)發(fā)射信號(hào)造成了影響,產(chǎn)生了諧波或寄生電平,就很有可能造成雜散指標(biāo)的惡化。針對(duì)這一可能出現(xiàn)的問(wèn)題,我站對(duì)陷波器測(cè)試方法進(jìn)行了改進(jìn),在陷波器前加裝了一個(gè)10dB 的大功率衰減器,加裝衰減器后,885MHz~915MHz 的底噪被抬高到了-86.137dBm-(-10dB)=-76.137dBm,仍然滿足測(cè)試雜散輻射的測(cè)試條件,但反射進(jìn)入直放站的信號(hào)被衰減器進(jìn)行了兩次衰減降低了20dB,反射信號(hào)基本不會(huì)對(duì)直放站和指標(biāo)測(cè)試產(chǎn)生影響。
我站用改進(jìn)后的測(cè)試方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。
圖13 改進(jìn)后陷波器雜散
從圖中可看出,改進(jìn)后的陷波器測(cè)試雜散輻射,得到-70.13dBm,與POI 測(cè)試結(jié)果基本一致,說(shuō)明改進(jìn)方法具備有效性。
陷波器和無(wú)源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺(tái)(POI)都可以用于測(cè)試雜散輻射指標(biāo),兩種測(cè)試方法略有區(qū)別:無(wú)源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺(tái)(POI)雜散環(huán)境箱的性能最好,測(cè)試也最精確,但測(cè)試不同頻段時(shí)需要連接不同端口,測(cè)試效率較低;陷波器只需要一次接線,就可以測(cè)出所有頻段的雜散輻射,測(cè)試效率有較大提升,但由于其反射主信號(hào),測(cè)試中會(huì)出現(xiàn)不確定性,對(duì)測(cè)試結(jié)果應(yīng)加以分析判斷。
本項(xiàng)測(cè)試的應(yīng)用價(jià)值在于能準(zhǔn)確地測(cè)出雜散發(fā)射指標(biāo)對(duì)于通信質(zhì)量的影響程度,據(jù)此能排除信號(hào)傳輸時(shí)的干擾,以及雜散輻射帶來(lái)的危害,對(duì)4G 和5G 基站直放站落地實(shí)施有一定的幫助。