吳德勝，劉鵬程，劉立洋（.中國移動通信集團山東有限公司，山東濟南 5000；.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 00080）

0 引言

FDD 引入之后，4G網(wǎng)絡(luò)的不同制式不同頻段在上下行覆蓋能力和容量方面存在較大差異，多頻段、多制式共存對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來極大挑戰(zhàn)。FDD 1 800 MHz能夠彌補TD-LTE 上行能力不足的短板，同時也是TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)容量的有效補充。為提升室內(nèi)用戶感知，部分區(qū)域在室分系統(tǒng)E 頻段基礎(chǔ)上引入了FDD 1 800 MHz 補充容量。將FDD 1 800 MHz 合路至原室分系統(tǒng)后，個別區(qū)域出現(xiàn)了FDD 1 800 MHz 室分底噪異常抬升的問題，影響了現(xiàn)網(wǎng)4G用戶感知。

本文針對FDD 1 800 室分接收底噪不達標問題，以室分無源器件性能指標為切入點，重點關(guān)注無源互調(diào)抑制度和功率容量2 項關(guān)鍵指標，深入分析了干擾產(chǎn)生的原因，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)無源器件性能現(xiàn)狀，提出了高性能器件與一般器件相結(jié)合的干擾問題解決方案，通過高性能器件替換和功率容限合理制定，有效解決了底噪不達標問題，既保障了用戶感知，又減少了器件更換和改造成本。

1 FDD 1 800室分系統(tǒng)構(gòu)架及元器件

1.1 某FDD 1 800室分合路建設(shè)構(gòu)架

某FDD 1 800 室分系統(tǒng)中，TDD E 頻段配置2 個20 MHz 載波，頻點分別為2 320～2 340 MHz 和2 340～2 360 MHz，單載波發(fā)射功率為46 dBm。新增FDD 1 800頻段配置為15 MHz 載波，頻點為1 805～1 820 MHz，載波發(fā)射功率為47.7 dBm。該FDD 1 800 室分系統(tǒng)合路建設(shè)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 室內(nèi)分布系統(tǒng)構(gòu)架示意圖

1.2 室分系統(tǒng)無源器件及性能影響分析

FDD 1 800 室分合路建設(shè)中，其覆蓋單元包括多頻合路器、三功分器、耦合器及室內(nèi)天線等。射頻信號經(jīng)過室分系統(tǒng)的器件、線纜后會產(chǎn)生一定的開銷損耗。一般來說，多頻合路器損耗約0.5 dBc，每段連接射頻電纜損耗約0.5 dBc，三功分器損耗約5 dBc，耦合器直通端的損耗約0.5 dBc，如表1所示。

室分系統(tǒng)無源器件的關(guān)鍵性能指標包括互調(diào)抑制、功率容量、插損、隔離度以及駐波比等，其中對干擾影響最大的關(guān)鍵指標為互調(diào)抑制和功率容量。

a）互調(diào)抑制。無源互調(diào)是射頻信號路徑中2個或多個射頻信號因各種無源器件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、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，其最終結(jié)果就是PIM（Passive Inter-Modulation）干擾信號?；フ{(diào)產(chǎn)物的大小取決于器件的互調(diào)抑制度?；フ{(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、互調(diào)產(chǎn)物的大小還和輸入信號的功率密切相關(guān)。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。一般取三階互調(diào)來衡量互調(diào)水平，三階互調(diào)越高，五階互調(diào)也越高。

表1 室內(nèi)分布系統(tǒng)主要器件信號損耗表

b）功率容量。無源器件功率容量指標包括平均功率和峰值功率。平均功率指信號持續(xù)不斷加到器件上的功率，會引起器件發(fā)熱，導(dǎo)致器件老化、變形等損壞。峰值功率是指多載波工作時，產(chǎn)生極高的瞬間電磁場導(dǎo)致電壓飛弧現(xiàn)象，使器件損壞。平均功率容量和峰值功率容量指不產(chǎn)生上述損壞所容許通過的功率。當器件輸入極限功率時，自身熱耗導(dǎo)致溫度升高，溫度升高導(dǎo)致?lián)p耗增大，一般情況下，當無源器件損耗增加1倍（損耗小于1 dB）或增加1 dB時的允許輸入的最大功率，即為無源器件的極限功率容量。室內(nèi)分布系統(tǒng)無源部件的功率容量一般是指環(huán)境溫度為+65℃時部件所能承受的最大功率。功率容量是網(wǎng)絡(luò)干擾的直接體現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)的可靠性有直接影響。無源器件的功率容量不達標表現(xiàn)為輸入信號超出器件承受值后，會產(chǎn)生上行寬頻的脈沖噪聲（飛弧噪聲），對系統(tǒng)產(chǎn)生寬帶的上行干擾，嚴重情況下器件直接打火燒壞。就平均功率而言，當輸入信號的平均功率超出器件平均功率容量，將抬升網(wǎng)絡(luò)底噪，產(chǎn)生上行干擾。峰值功率更易產(chǎn)生飛弧和打火。器件的工藝、毛刺都會產(chǎn)生瞬間打火現(xiàn)象，往往有效功率尚未進入器件功率容限時，因峰值功率的影響，器件已進入瞬間脈沖造成的打火引發(fā)區(qū)間，直接表現(xiàn)在器件所涉及的工作區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)無規(guī)則脈沖噪聲。

2 FDD 1 800室分底噪不達標原因分析

2.1 FDD-LTE和TDD-LTE互調(diào)干擾分析

2.1.1 無源器件產(chǎn)生互調(diào)雜散的原理

無源器件的理想狀態(tài)，即負載駐波比為1的狀態(tài)，以功率放大器為例，當放大器輸入一個理想的單音信號時，輸出信號除了基波外，還會產(chǎn)生2，3，4……次諧波，也就是說輸出信號是基波和多次諧波的矢量疊加值。當放大器輸入2 個單音信號時，其頻率分別為f1和f2，它的輸出仍然是2個單音信號以及它們多次諧波的矢量疊加。

對于實際的工程器件，駐波比根本不可能等于1，這樣經(jīng)過負載反射回到放大器的2次諧波和基波混頻就會產(chǎn)生多個互調(diào)雜散頻率信號。f1的基波和f2的2次諧波2f2反射信號，混頻就會產(chǎn)生一個三階互調(diào)雜散頻率信號，這個頻率為2f2-f1；f2的基波和f1的2 次諧波2f1反射信號，混頻就會產(chǎn)生一個三階互調(diào)雜散頻率信號，這個頻率為2f1-f2。負載反射的f1的3次諧波和f2的2 次諧波混頻就會產(chǎn)生5 階互調(diào)雜散頻率信號3f1-2f2；負載反射的f2的3次諧波和f1的2次諧波混頻就會產(chǎn)生5階互調(diào)雜散頻率信號3f1-2f2。

對于放大器，假設(shè)其輸入雙音信號功率為P1=P2=P0，在這個輸入功率下測試到的某裝置或部件3 階互調(diào)指標為PIM30（dBc），當輸入雙音信號功率為P1=P2==Px，此時，PIM3x和PIM30的關(guān)系為PIM30+2（Px-P0），當Px值比P0值高時，PIM3x就比PIM30差，假設(shè)功率大1 dBc，互調(diào)指標就會下降2 dBc；PIM3（dBm）和PIM3（dBc）的關(guān)系為PIM3（dBm）=P+PIM3（dBc），假設(shè)輸入雙音信號功率增加1 dBc，互調(diào)雜散絕對功率值則抬升3 dBc。

2.1.2 FDD-LTE和TDD-LTE跨頻段互調(diào)干擾分析

TDD-LTE 3 次諧波頻率范圍為6 960～7 020 MHz和7 020～7 080 MHz。TDD-LTE 3 次諧波經(jīng)過負載反射后混頻后的差拍頻率為0～120 MHz。

0～120 MHz 差拍頻率經(jīng)過負載發(fā)射后再和FDDLTE 的1 805～1 820 MHz 混頻后產(chǎn)生的雜散頻率范圍為1 685～1 820 MHz，其中和FDD-LTE 的1 710～1 725 MHz 接收頻率重合可能會導(dǎo)致底噪抬升。假設(shè)部件駐波比為1.3，其回波損耗為-17.6 dBc，加上混頻增益-7～-8 dBc，0～120 MHz 差拍信號幅度比三階互調(diào)PIM3大約低25 dBc。

0～120 MHz 3 次諧波差拍頻率經(jīng)過再次反射后產(chǎn)生的FDD-LTE 和FDD-LTE 跨頻段混頻產(chǎn)物為1 685～1 820 MHz，雜散比PIM3雜散產(chǎn)物大約低50 dBc。

2.1.3 FDD-LTE頻段內(nèi)發(fā)射載波互調(diào)干擾分析

FDD-LTE 工作在1 800 MHz 頻段內(nèi)，其中發(fā)射和接收頻點之間的間隔為95 MHz，將配置的發(fā)射載波頻率跨度設(shè)為W，當95/2=47.5 MHz≤W≤75 MHz 時，PIM3會和接收頻點重合導(dǎo)致接收底噪抬升；當95/3=31.67 MHz≤W≤47.5 MHz 時，PIM5 會和接收頻點重合導(dǎo)致接收底噪抬升。FDD-LTE 1 800 MHz 的配置帶為15 MHz，大于95/7=13.57 MHz 且小于95/6=15.83 MHz；LTE 15 MHz 的PIM13 雜散頻點1 715～1 725 MHz 會和1 800 MHz接收頻點重合。

一般而言PIM5=PIM3-10；PIM7=PIM5-10=PIM3-20；PIM9=PIM7-5=PIM3-25，高階互調(diào)大約比PIM3 低30～35 dBc。由此可見，F(xiàn)DD-LTE 1 800 MHz 發(fā)射產(chǎn)生的PIM13 雜散是影響FDD-LTE 接收底噪抬升的主要因素。

2.1.4 FDD-LTE發(fā)射對接收底噪的抬升值估計

TDD-LTE 每載波發(fā)射功率為40 W，F(xiàn)DD-LTE 發(fā)射功率為60 W，總共3載波，每載波功率（40+40+60）/3=46.67 W。預(yù)計互調(diào)雜散對接收底噪抬升時，+46.69 dBm 估計室分系統(tǒng)PIM13 雜散相對值，47.7 dBm 預(yù)計PIM13絕對值比較準確。

室分系統(tǒng)產(chǎn)生互調(diào)雜散干擾主要是多頻合路器和三路功分器，功分器后器件輸入功率較小，可以忽略不計。多頻合路器產(chǎn)生的互調(diào)雜散絕對值為：47.7-（160-2×（46.7-43））=-104.9 dBm/15 MHz=-123.65 dBm/Rb。三路功分器產(chǎn)生的互調(diào)雜散絕對值為：46.7-（150-2×（45.69-43））=-97.9 dBm/15 MHz=-116.67 dBm/RB。

輸入功率增大1 倍，PIM3 相對值惡化2 dBc，這是功率放大器在非線性區(qū)估算互調(diào)指標的一般規(guī)律，對于不同的功放個體會存在一定的偏差，特別是當實際輸入功率比測試PIM3參數(shù)時輸入功率大時，會出現(xiàn)較大的偏差，實際功率比測試PIM3指標時的功率差值越大，偏差越大。對于無源器件也有相同的問題，甚至偏差還會更大。因此，根據(jù)經(jīng)驗必須對理論結(jié)果進行校準，對于多頻合路器，PIM15 導(dǎo)致的FDD-LTE 接收底噪抬升值為-117 dBm/RB 較為合理；三路功分器為-111 dBm/RB比較合理。

多頻合路器和三路功分器PIM15雜散疊加后的值為-110 dBm/RB。

2.1.5 TDD-LTE載波關(guān)斷對FDD-LTE 底噪的影響

TDD-LTE 載波關(guān)斷前多頻合路器，三路功分器輸入功率分別為：3×46.69 dBm 和3×45.69 dBm，TDDLTE 載波關(guān)斷后總功率分別為：2×44.77 dBm 和2×43.78 dBm，比TDD-LTE 沒有關(guān)斷前輸入功率下降了1.92 dBc，而三路功分器PIM 雜散是接收底噪抬升的主要因素，TDD 載波關(guān)斷后互調(diào)雜散減少理論值為：1.91×3=5.7 dBc。

2.2 FDD 1 800合路室分無源器件性能驗證

對現(xiàn)網(wǎng)室分系統(tǒng)進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一方面，大部分室分系統(tǒng)建設(shè)年限較長，較多設(shè)備已經(jīng)老化，指標惡化嚴重；另一方面，隨著室分承載話務(wù)增多，系統(tǒng)擴容需求加大，在原有的室分系統(tǒng)中進行擴容，往往超出了器件所能承受的界限。

現(xiàn)網(wǎng)FDD 1 800 室分合路建設(shè)后，F(xiàn)DD 1 800 平均底噪出現(xiàn)異常抬升現(xiàn)象，整體底噪水平不達標。通過模擬加載，當PRB 利用率大于95%時，F(xiàn)DD 1 800 平均底噪為-106～-107 dBm，上行干擾信號明顯。根據(jù)無源互調(diào)理論計算結(jié)果，F(xiàn)DD-LTE 接收底噪因為PIM 雜散影響抬升至-110 dBm，而網(wǎng)絡(luò)實測結(jié)果接收底噪抬升至-106 dBm，兩者相差4 dBc，實際結(jié)果比理論值差。

對室分合路系統(tǒng)進行無源器件更換，發(fā)現(xiàn)FDD 1 800 平均底噪存在明顯的波動現(xiàn)象，如表2 所示。由此可見，無源器件性能不佳是導(dǎo)致FDD 1 800 室分底噪不達標的主要原因。

表2 室內(nèi)分布系統(tǒng)器件更換與底噪波動表

3 FDD 1 800室分底噪不達標問題解決方案

當前中國移動對于無源器件功率容量的標準要求是平均200 W，按照LTE 制式對功率的要求，可以滿足LTE 系統(tǒng)多載波的平均功率要求。但引入FDDLTE后，由于峰均比較大，在多載波和大話務(wù)量的沖擊下，很容易帶來寬帶互調(diào)雜散干擾。

FDD 1 800 直接利舊合路在TDD 室分天饋中，由于射頻能量傳輸?shù)摹摆吥w效應(yīng)”，阻抗變化將會引起信號的反射，傳輸介質(zhì)的溫度變化都會轉(zhuǎn)化為熱能。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，即無源器件最大輸入信號所引起的熱能不會產(chǎn)生問題的最大承受限度。

對于FDD 1 800 室分合路建設(shè)底噪不達標問題，一方面，建議替換互調(diào)抑制度不低于-140 dBc 的高性能器件；另一方面，設(shè)置合理的器件功率容限，建議將發(fā)射功率降低到每載波20 W以下使用。

按照業(yè)界對無源器件互調(diào)指標的標注，對于現(xiàn)存的無源器件，可對其進行場景化功率容限配置。互調(diào)指標PIM＜-120 dBc@2×43 dBm 的無源器件適合2 W每載波及以下的小功率場景，降低組網(wǎng)成本?；フ{(diào)指標PIM＜-130 dBc@2×43 dBm 的無源器件適合2 W 每載波至20 W 每載波場景，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量?；フ{(diào)指標PIM＜-140 dBc@2×43 dBm 的無源器件適合于20 W 每載波以上的超大功率場景，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

本文首先對引入FDD 后室分系統(tǒng)存在的上行干擾原因進行了分析，然后分析了無源器件功率容量對網(wǎng)絡(luò)性能的影響，最后提出了高性能器件與一般器件相結(jié)合的干擾解決方案，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際需要定制無源器件功率容量指標，既保證室分系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，又能減少器件更換及改造成本，具有極強的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。