夏 天，杜發(fā)輝，來(lái) 平，董永鋒

(中國(guó)鐵塔股份有限公司青海省分公司，青海 西寧 810001)

0 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，室內(nèi)場(chǎng)景已經(jīng)成為流量消費(fèi)的重要場(chǎng)所。在3G 時(shí)代，NTT DoCoMo 公司統(tǒng)計(jì)大約70%的業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，4G 時(shí)代室內(nèi)業(yè)務(wù)流量占比增長(zhǎng)到90%[1]，5G 時(shí)代仍將不斷提高。5G 室內(nèi)覆蓋面臨建設(shè)成本高、運(yùn)營(yíng)成本高等挑戰(zhàn)，未來(lái)3～5 年內(nèi)室內(nèi)場(chǎng)景仍以無(wú)源室分為主要建設(shè)方式，為此通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)推進(jìn)室分共享，切實(shí)降低5G 室分覆蓋投資，積極探索無(wú)源5G 室分解決方案。前人已對(duì)2G/3G/4G 傳統(tǒng)室內(nèi)分布DAS(Distribute Antenna System)中頻段間隔較小的1.8 GHz、1.9～2.1 GHz 兩個(gè)區(qū)間的互調(diào)干擾研究了很多，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，2G/3G 系統(tǒng)逐步退網(wǎng)，國(guó)家已經(jīng)批復(fù)三個(gè)基礎(chǔ)通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)對(duì)2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻率重耕，今后室內(nèi)分布系統(tǒng)主要網(wǎng)絡(luò)制式將是4G 和5G，而針對(duì)5G 頻段互調(diào)干擾研究較少[2]。5G 時(shí)代基礎(chǔ)通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)用于室分系統(tǒng)內(nèi)的頻段為2 515～2 675 MHz和3 300～3 400 MHz 兩個(gè)范圍，因此4G/5G 無(wú)源室分系統(tǒng)并存情況下，如何解決互調(diào)干擾，實(shí)現(xiàn)理想覆蓋，是本文研究重點(diǎn)。

1 互調(diào)干擾影響

互調(diào)干擾產(chǎn)物隨信號(hào)源功率增大而明顯增加，一般信號(hào)功率每增加1 dB，互調(diào)產(chǎn)物將要增加3 dB。當(dāng)小區(qū)業(yè)務(wù)量較小時(shí)，此時(shí)因?yàn)榘l(fā)射功率較低，互調(diào)產(chǎn)物電平低，上行干擾不明顯；當(dāng)小區(qū)業(yè)務(wù)量較大時(shí)，互調(diào)產(chǎn)物隨發(fā)生功率升高而明顯抬升，小區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重上行干擾，即體現(xiàn)出上行干擾帶變化隨小區(qū)業(yè)務(wù)量變化而隨之改變的特征。互調(diào)干擾作為一類(lèi)上行干擾，對(duì)用戶感知和無(wú)線接通率、上行語(yǔ)音質(zhì)量、掉話率、切換成功率等重要KPI 指標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。圖1 中F1 和F2 為兩個(gè)射頻信號(hào)源。

圖1 互調(diào)產(chǎn)物示意圖

從圖1 中可以看出，離載波頻率越近，互調(diào)干擾幅度越大，對(duì)接收機(jī)性能指標(biāo)越不利，需要重點(diǎn)考慮。由于接入POI 的各系統(tǒng)互調(diào)指標(biāo)差異，各系統(tǒng)發(fā)射功率隨業(yè)務(wù)量各有變化，噪聲被抬升程度各不相同，干擾信號(hào)強(qiáng)度呈波動(dòng)性。從互調(diào)干擾產(chǎn)生的原因可以知道，天饋系統(tǒng)線性度不好的小區(qū)容易產(chǎn)生互調(diào)干擾，而其受到干擾的大小又是隨業(yè)務(wù)量而變化的，業(yè)務(wù)量越大，載波發(fā)射功率就越大，互調(diào)干擾就越大。當(dāng)小區(qū)天饋系統(tǒng)的非線性達(dá)到一定程度，小區(qū)忙時(shí)，業(yè)務(wù)量很高的情況下，極易出現(xiàn)小區(qū)干擾掉話、上行通話質(zhì)量差、上行誤碼率高等現(xiàn)象。給客戶的直觀體驗(yàn)就是信號(hào)質(zhì)量差，通話聽(tīng)不清楚，上網(wǎng)時(shí)延長(zhǎng)、反應(yīng)慢。

2 5G 室分頻段互調(diào)分析

由于通信運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)間頻率和制式的不同，使得系統(tǒng)間干擾影響分析成為多網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的先決條件[3]，其中三階互調(diào)影響最大?，F(xiàn)行傳統(tǒng)分布系統(tǒng)建設(shè)主要是4G、5G 的合路，因此下述討論主要考慮4G、5G 系統(tǒng)進(jìn)行合路的場(chǎng)景。目前傳統(tǒng)三大基礎(chǔ)通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)和新晉的中國(guó)廣電在室分建設(shè)上用到的主要頻段和承載網(wǎng)絡(luò)制式統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)在室分中所選用制式及頻段表

基波信號(hào)F1(移動(dòng)5G(2 515～2 675 MHz))和基波信號(hào)F2(4G FDD-LTE(1 850～1 860 MHz))在分布系統(tǒng)中進(jìn)行合路，產(chǎn)生了三階互調(diào)信號(hào)：((2F1±F2)，(2F2±F1))[4]，這時(shí)三階互調(diào)信號(hào)(3 170～3 500 MHz) 會(huì)落入電信、聯(lián)通5G(3 400～3 600 MHz)的頻段，造成了對(duì)電信5G(3 400～3 500 MHz)的互調(diào)干擾，若不加以控制，將會(huì)影響設(shè)備性能、工程質(zhì)量。頻率交疊情況如圖2 所示。

圖2 4G/5G 互調(diào)干擾原理圖

3 解決方案

為降低4G/5G 共用分布系統(tǒng)互調(diào)干擾風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，對(duì)方案選擇、信源功率、POI 合路、天線點(diǎn)位等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)；在施工階段，對(duì)工程質(zhì)量和系統(tǒng)間干擾、其他外界干擾等方面充分考慮，從而降低非線性因素，提升系統(tǒng)互調(diào)抑制度指標(biāo)，減少互調(diào)干擾產(chǎn)生的概率及對(duì)室分系統(tǒng)的影響。

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)

為規(guī)避系統(tǒng)間干擾，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，需充分結(jié)合場(chǎng)景特點(diǎn)，了解擬覆蓋無(wú)線系統(tǒng)制式、MIMO 需求、系統(tǒng)覆蓋指標(biāo)要求及通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)擬合路系統(tǒng)制式頻段等，并根據(jù)不同建設(shè)場(chǎng)景，選擇傳統(tǒng)室分或新型廣角漏纜等方式，采用空間隔離、頻率調(diào)整、增加濾波器、降低天線傳輸功率和提高裝置性能等有效手段規(guī)避干擾。

(1)方案選擇：傳統(tǒng)無(wú)源室分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件生產(chǎn)工藝成熟度高，施工工藝技術(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)難度低，若設(shè)計(jì)合理、器件質(zhì)量過(guò)硬、施工質(zhì)量得當(dāng)，則故障問(wèn)題相對(duì)較少[5]。對(duì)狹長(zhǎng)型、空間開(kāi)闊區(qū)域(如停車(chē)場(chǎng)、公路鐵路隧道、城市地下立交隧道等場(chǎng)景)，適合采用新型廣角漏纜進(jìn)行覆蓋，可大幅減少天線、接頭和器件使用量，減少系統(tǒng)連接點(diǎn)，從而有效規(guī)避系統(tǒng)間互調(diào)干擾影響，同時(shí)，還能達(dá)到降低建設(shè)成本、降低維護(hù)成本、優(yōu)化覆蓋效果的目的。結(jié)合覆蓋區(qū)域特點(diǎn)，綜合考慮建設(shè)成本和維護(hù)方便，采用低功耗、多天線方案，合理設(shè)計(jì)支路數(shù)量和長(zhǎng)度，合理分配不同路由，減少系統(tǒng)間干擾[6]。

(2)信源功率：要求通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)采用的信源有效無(wú)線功率不超過(guò)20 W(43 dBm)，隨著輸入載波的功率超過(guò)20 W，導(dǎo)致互調(diào)產(chǎn)物增加，互調(diào)干擾增強(qiáng)；對(duì)于樓宇類(lèi)室分場(chǎng)景，當(dāng)采用高功率器件時(shí)，也應(yīng)先把高功率信源采用功分器先分為不大于43 dBm 的信號(hào)輸入源，再輸入至POI 的合路點(diǎn)[7]。圖3 是高功率信源接入方案圖。

圖3 高功率信源接入方案圖

(3)POI 合路器：POI 端口連接器類(lèi)型應(yīng)與相關(guān)連接器件相匹配，避免因使用轉(zhuǎn)接頭導(dǎo)致增加插入損耗，并影響系統(tǒng)互調(diào)指數(shù)[7]。POI 信源輸入端口每個(gè)系統(tǒng)輸入功率不得超過(guò)43 dBm，POI 源端口必須滿足高功率和低互調(diào)負(fù)載(互調(diào)指數(shù)<-150 dbc@2×43 dbm，平均功率>200 W)這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

(4)天線輻射的方向不應(yīng)有金屬器件，天線與金屬管、監(jiān)測(cè)探頭、顯示器、照明燈具、防火噴頭、煙霧探頭之間的水平距離應(yīng)大于1 m，條件受限情況下至少0.5 m；天線連接處需纏繞絕緣膠帶，以避免與金屬直接接觸；饋線與電源線之間具有空間絕緣，條件有限情況下應(yīng)避免纏繞。

3.2 器件性能

使用符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高性能無(wú)源器件和增強(qiáng)型連接器可以有效避免無(wú)源器件性能惡化，提升抗干擾指標(biāo)。與普通連接器相比，增強(qiáng)型連接器可提升單根饋線的三階互調(diào)抑制度指標(biāo)，從而提升整個(gè)無(wú)源分布系統(tǒng)互調(diào)指標(biāo)，最大程度地降低多系統(tǒng)接入無(wú)源分布后的互調(diào)干擾[8]。增強(qiáng)型連接器通過(guò)改變連接器結(jié)構(gòu)，并使用專(zhuān)用的自動(dòng)或手動(dòng)工具，將其壓接于饋線之上，使連接器與饋線的固定更加穩(wěn)固耐用。前三級(jí)使用500 W/-150 dBc@2×43 dBm、增強(qiáng)型連接器產(chǎn)品和無(wú)源器件，三級(jí)以后可使用300 W/-140 dBc@2×43 dBm 產(chǎn)品[9]。POI器件隔離度是衡量合路器性能的重要指標(biāo)，指標(biāo)不合格會(huì)導(dǎo)致無(wú)法有效消除各類(lèi)干擾。5G POI 合路器需支持各通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)2G/3G/4G/5G 系統(tǒng)全面接入，靈活支持通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)間的共享建設(shè)、獨(dú)立建設(shè)。表2 是對(duì)室分系統(tǒng)所選用器件指標(biāo)的一般要求。

表2 室分無(wú)源器件規(guī)格

3.3 施工要求

由于5G 頻段高，三階互調(diào)、系統(tǒng)駐波、鏈路平衡、鏈路損耗、天線口功率等指標(biāo)對(duì)信號(hào)指標(biāo)影響較大，當(dāng)接頭工藝質(zhì)量差，饋線接頭與無(wú)源器件連接不緊，或無(wú)源器件質(zhì)量差，或饋線發(fā)生彎折等情況均會(huì)導(dǎo)致駐波比數(shù)值偏大，一旦安裝就不可逆，因此要做好施工工程測(cè)試驗(yàn)收工作[10]。駐波比和互調(diào)值是和互調(diào)干擾指標(biāo)密切相關(guān)的工程質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)，駐波比較好的室分系統(tǒng)互調(diào)指標(biāo)不一定好，但駐波比不好的室分系統(tǒng)互調(diào)值一般都不會(huì)很好[11]。通過(guò)互調(diào)測(cè)試和駐波比測(cè)試及時(shí)發(fā)現(xiàn)接頭制作、器件連接、天線安裝等問(wèn)題，降低系統(tǒng)非線性度，鐵塔公司要求載波功率27 dBm 輸出的前提下整體互調(diào)值不低于-130 dBc，要求駐波比低于1.5。需使用合適的力矩扳手對(duì)無(wú)源器件進(jìn)行緊固，在符合相關(guān)電磁輻射要求下盡量提高天線射頻功率，減小鏈路損耗，保證隱蔽工程質(zhì)量，提高系統(tǒng)抗干擾性[12]。圖4 是實(shí)際工程中測(cè)試互調(diào)干擾的儀表接入點(diǎn)示意圖。

圖4 互調(diào)儀測(cè)試連接示意圖

4 案例分析

某辦公大樓共13 層，東西長(zhǎng)34 m，南北寬25 m，建筑面積共計(jì)1.1 萬(wàn)m2；移動(dòng)4G/5G 頻段：2 515 MHz～2 675 MHz；聯(lián)通、電信4G 頻段：2 100 MHz；聯(lián)通、電信5G使用頻段：3 300 MHz～3 400 MHz。部分樓層采用無(wú)源DAS 雙通道室分，部分樓層使用廣角漏纜方式，單天線覆蓋面積140m2，天線間距22 m，方案前三級(jí)采用500 W無(wú)源器件，三階互調(diào)<-150 dBc；其余采用300 W 無(wú)源增強(qiáng)型連接器，器件<-140 dBc。工作實(shí)施流程如圖5 所示。

圖5 工作實(shí)施流程圖

通過(guò)提升單根饋線的三階互調(diào)抑制度指標(biāo)，從而提升整個(gè)無(wú)源分布系統(tǒng)互調(diào)指標(biāo)，最大程度地降低多系統(tǒng)接入無(wú)源分布系統(tǒng)后的互調(diào)干擾。施工過(guò)程中通過(guò)測(cè)試及時(shí)發(fā)現(xiàn)饋線布放、接頭制作工藝中的問(wèn)題，降低系統(tǒng)非線性度，避免隱蔽工程后期整改困難[13]。

工程網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下(隨機(jī)選取部分樓層測(cè)試結(jié)果展示)：

(1)不同輸入功率條件下上行噪聲指標(biāo)如表3 所示。

表3 多系統(tǒng)間干擾測(cè)試表

(2)駐波測(cè)試：本次測(cè)試整體駐波比均小于1.5，滿足施工規(guī)范要求，如表4 所示。

表4 駐波比測(cè)試記錄表

(3)多路平衡性測(cè)試：本次測(cè)試A 路和B 路路損最大差異為1.35 dB，兩路插損基本一致，如表5 所示。

表5 雙路系統(tǒng)平衡性測(cè)試記錄表

(4)PIM 測(cè)試：本次測(cè)試的4 路天饋系統(tǒng)互調(diào)值在-132 dBc～-128 dBc(@2×43 dBm 1 800 MHz)均滿足要求。測(cè)試點(diǎn)如圖6 所示，測(cè)試結(jié)果如表6 所示。

圖6 互調(diào)測(cè)試合路點(diǎn)選取位置示意

互調(diào)測(cè)試驗(yàn)證：把待測(cè)天線系統(tǒng)用軟跳線連接到互調(diào)儀上，在27 dBm 輸出功率的前提下，互調(diào)值低于-130 dBc，整個(gè)系統(tǒng)滿足多系統(tǒng)合路要求。下行100%加載，所有4G 系統(tǒng)上行RB 噪聲低于-110 dBm，所有5G系統(tǒng)上行RB 噪聲低于-108 dBm，POI 上行噪聲測(cè)試指標(biāo)滿足現(xiàn)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求[14]。

表6 合路點(diǎn)互調(diào)測(cè)試記錄表

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)互調(diào)干擾原理和4G/5G 共址合路互調(diào)干擾分析，闡述了5G 室分存在互調(diào)干擾的風(fēng)險(xiǎn)，并為降低互調(diào)干擾帶來(lái)的不利影響，減少互調(diào)干擾概率及對(duì)通信系統(tǒng)的影響，從室分工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、器件質(zhì)量、施工保證等方面系統(tǒng)性地提出了一套抑制互調(diào)干擾的有效方法。并以某5G 室分項(xiàng)目為案例，證明了解決方案的可行性，為目前逐漸增加5G 室分建設(shè)工程項(xiàng)目提供工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[15]。