【正文】 無源器件性能測試及對現(xiàn)網(wǎng)影響分析 隨著微蜂窩規(guī)模的日益龐大，室分系統(tǒng) 的復(fù)雜程度也越來越高 ，現(xiàn)網(wǎng)中存在大量干擾伴隨話務(wù)量變化的站點(diǎn)， 極大 的影響了網(wǎng)絡(luò)性能，導(dǎo)致用戶 通話感知下降。根據(jù)以往排查故障的經(jīng)驗(yàn)來看，伴隨話務(wù)變化的干擾通常與無源器件相關(guān)。本 文檔 對無源器件進(jìn)行了詳盡的測試，在測試的基礎(chǔ)上對故障現(xiàn)象進(jìn)行 了理論分析，解釋了無源器件關(guān)鍵性指標(biāo)不達(dá)標(biāo) 對網(wǎng)絡(luò)的影響， 以期為今后室分優(yōu)化與維護(hù)工作提供可靠依據(jù) 。 一、 常用無源器件 及 關(guān)鍵性指標(biāo) 室分系統(tǒng)中常用的無源器件有電橋，耦合器等，主要介紹電橋、耦合器、功分器 、負(fù)載這四類最常見的 無源器件 結(jié)構(gòu)及在室分中系統(tǒng)中的作用 。 常用無源器件簡介 電橋 圖 ： 3dB 電橋（圖片實(shí)物生產(chǎn)商：國人通信） 上圖為目前在室分系統(tǒng)中廣泛使用的 3dB 電橋的實(shí)物照片。 3dB 電橋的主要用途為室分系統(tǒng)中的同頻段合路，以取代早期的體積比較龐大的同頻段合路器件。如圖中所示，上述電橋設(shè)備有四個端口，分別為兩入兩出。每個端口之間的功率關(guān)系如下： OUT1=OUT2=*(IN1+IN2) (式 ) 從上式可知，每個端口的輸出功率皆等于輸入功率之和的一半，即輸入信號衰減 3dB 以后分別從兩個端口等功率的輸出，就是 3dB 電橋名稱的由來。 3dB 電橋在室分系統(tǒng)中的安裝方式如下圖所示： 3 d B 電 橋主 設(shè) 備CTU1 CTU2 CTU3CTU4CTU5 CTU6負(fù) 載接 分 布 圖 ： 3dB 電橋用于同頻合路 如上圖所示，當(dāng)微蜂窩配置較大時，內(nèi)部合路不夠用，載頻分為兩組合路，分別經(jīng)由兩個架頂雙工器輸出。對于宏站而言，可以用兩種方法解決主設(shè)備兩路輸出問題。一是采用物理位置鄰近的兩付單極化天線輸出， 二 是采用一付 45 度雙極化的天線輸出，前者相當(dāng)于在空間自由合路，后者由不同的極化振子合路，本 質(zhì)上也是空間合路。但是在分布系統(tǒng)中，不具備上述條件。分布系統(tǒng)只能有一套天線，一個入口。因此要將一個 CI 的頻點(diǎn) 完整的 通過分布系統(tǒng)發(fā)射出去，只能通過電橋?qū)山M載頻事先合路后再接入分布。綜上所述， 3dB 電橋起的作用為射頻級同頻合路。 耦合器 室分中使用的耦合器又稱定向耦合器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電橋類似通過微帶線或腔體的耦合程度不通，可以制成各種規(guī)格的耦合器，常見的耦合器有 5dB， 15dB，30dB 等規(guī)格。定向耦合器的外觀如下圖所示： ABC 圖 ：耦 合器 耦合器為三端口器件， A、 B 為直通口，信號基本無損通過， C 口為耦合口，將 A 口處功率衰減耦合標(biāo)稱值后從 C 口輸出。 C 口只能正常耦合由 A 至 B 的信號（稱為正向信號） ，由 B 至 A 方向 的 信號 （稱為反向信號） ， 將會衰減一個較大的功率等級（通常為 20dB，這個衰減量稱為耦合器的隔離度）后再按照標(biāo)稱耦合度耦合至 C 口， 。 定向耦合器主要用于分布系統(tǒng)中干線與支線上的信號分配。 負(fù)載 負(fù)載是室分系統(tǒng)中最簡單的器件，只有一個入口，主要是用于室分系統(tǒng)中 吸收其他器件空置口上多余的能量， 達(dá)到阻抗匹配的目的。 因?yàn)槲展β实?原因，負(fù)載是室分系統(tǒng)工作時溫度最高的器件，在普通機(jī)房中實(shí)測，其溫度最高能到70 攝氏度左右，所以，一般測量負(fù)載器件的指標(biāo)都需要在溫度箱中測試以考察其在高溫環(huán)境下的性能。 功分器 功分器作用類似于耦合器，在室分系統(tǒng)中起到功率分配的 作用 ，但是功分器是 將輸入功率等額分配各輸出端口，按照輸出口的個數(shù)，分為二功分，三功分等各型號。以 二功分器件 為例，為一進(jìn)兩出器件，信號從入口進(jìn)入，平均分配為兩路后輸出： O U T 1O U T 2I N 圖 ：二功分器件 如上圖所示，正常使用時，下行信 號應(yīng)當(dāng)從 IN 口輸入，從兩 OUT 口輸出。功分器功率承受能力較差，一般不用于干線的上使用，而是作為耦合器的下級功率分配器件直接連接天線點(diǎn)作為室分系統(tǒng)的最終發(fā)射。 無源器件 的 關(guān)鍵性指標(biāo) 互調(diào) 抑制 對于一個理想的線性系統(tǒng)，當(dāng)輸入兩個信號 f1， f2 時，輸出信號不 會 出現(xiàn)新的頻率。對于非線性系統(tǒng)，將會產(chǎn)生一系列新的頻率分量，被稱作 f1， f2 的互調(diào)產(chǎn)物。 新產(chǎn)生的頻率和信源頻率滿足如下關(guān)系： fn= N*f2177。M*f1 (式 ) 其中， N 與 M 皆為正整數(shù)，則 fn 稱為 f1， f2 的（ N＋ M）階產(chǎn)物?；フ{(diào)產(chǎn)物隨著階數(shù)的提高而衰減，一般而言三階產(chǎn)物 在頻率域 最接近 f1， f2，且功率較大，因此，一般均以三階互調(diào)抑制深度來評價一個射頻器件的互調(diào)指標(biāo)的好壞。 圖 ：互調(diào)示意圖 理論和實(shí)踐都證明，理想的線性系統(tǒng)是不存在的，任何一個器件都會有一定功率的互調(diào)產(chǎn)物?；フ{(diào)產(chǎn)物的產(chǎn)生機(jī)理十分復(fù)雜，到目前為止，還無法根據(jù)器件的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，只能根據(jù)實(shí)際測量得到 [1]。影響互調(diào)的因素很多，如器件材料，加工工藝，裝配精密度，輸入功率，甚至大氣壓力都會對 互調(diào)指標(biāo)產(chǎn)生影響。目前無源器件集采標(biāo)準(zhǔn)為常溫常 壓下，輸入 2 個 43dBm 的信號源，其三階互調(diào)抑制要能達(dá)到 120dBc，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到 140dBc。 隔離度 室分系統(tǒng)中的器件均存在出口和入口，器件的設(shè)計(jì)制造意圖都是希望信號能量能夠從輸入口進(jìn)入，無損失的通過器件從輸出口輸出。但是同向端口間總是不可避免的出現(xiàn)互相耦合的現(xiàn)象，導(dǎo)致部分信號的功率在 兩個同向口之間互相竄擾，隔離度是評價器件抑制這種竄擾能力的指標(biāo)。下圖是電橋內(nèi)部能量傳播示意圖： 圖 ：電橋隔離度示意圖 電橋的兩個 IN 口之間的信號也存在一定程度的互相耦合，這種耦合是非常有害 的，必須加以控制。例如當(dāng)下行過強(qiáng)的信號從一個 IN 口竄入另一個 IN 口時，有可能對另一個 IN 口下所帶的載頻產(chǎn)生阻塞，導(dǎo)致 GSM 系統(tǒng)上行干擾的抬升。無源器件電橋的集采標(biāo)準(zhǔn)為同向端口間隔離度不低于 20dB，但是根據(jù) 3GPP 0505的規(guī)范要求 [2]，結(jié)合北京現(xiàn)網(wǎng)使用狀況， 建議 此標(biāo)準(zhǔn)有所提高： 3GPP TS 協(xié)議規(guī)定了 GSM 接收機(jī)和發(fā)信機(jī)的各項(xiàng)性能。其中， 節(jié)：Blocking characteristics 對 GSM 接收機(jī)在各個頻段的阻塞容限做了明確規(guī)定，其中 相關(guān) 中國 GSM 的頻段劃分，主要涉及到以下 3 個表格： Frequency Frequency range (MHz) band GSM 900 EGSM 900 RGSM 900 MS BTS BTS BTS inband 915 980 870 925 860 925 856 921 outofband (a) 0,1 915 0,1 870 0,1 860 0,1 856 outofband (b) N/A N/A N/A N/A outof band (c) N/A N/A N/A N/A outof band (d) 980 12,750 925 12,750 925 12,750 921 12,750 表 ： 900M 頻段劃分 Frequency Frequency range (MHz) band DCS 1 800 MS BTS inband 1 785 1 920 1 690 1 805 outofband (a) 0,1 1705 0,1 1 690 outofband (b) 1 705 1 785 N/A outof band (c) 1 920 1 980 N/A outof band (d) 1 980 12,750 1 805 12,750 表 ： DCS 頻段劃分 Frequency GSM 400, P, E and RGSM 900 DCS 1 800 amp。 PCS 1 900 band other MS small MS BTS MS BTS dB181。V dBm dB181。V dBm dB181。V dBm dB181。V dBm dB181。V dBm (emf) (emf) (emf) (emf) (emf) inband 600 kHz ? |ffo | 800 kHz 75 38 70 43 87 26 70 43 78 35 800 kHz ? |ffo | 1,6 MHz 80 33 70 43 97 16 70 43 88 25 1,6 MHz ? |ffo | 3 MHz 90 23 80 33 97 16 80 33 88 25 3 MHz ? |ffo | 90 23 90 23 100 13 87 26 88 25 outofband (a) 113 0 113 0 121 8 113 0 113 0 (b) 101 12 (c) 101 12 (d) 113 0 113 0 121 8 113 0 113 0 NOTE: For definition of small MS, see subclause . 表 ：各頻段接收功率容限 對于 GSM900 制式，移動分配的下行發(fā)射頻率為 934M～ 954M，屬于表 中的 (d)頻段，對應(yīng)表 中的接收功率容限為 8dbm，以目前基站實(shí)際架頂輸出35dbm 來說，電橋的隔離度需要 27dB 以上；對于 DCS1800M 制式，移動分配的下行發(fā)射頻率為 1805M～ 1830M，屬于表 中的 (d)頻段，對應(yīng)表 中接收功率容限為 0dB，按照 GSM900M 計(jì)算方法，電橋的隔離度應(yīng)當(dāng)在 35dB。 駐波 駐波，全稱為電壓駐波比，評價了主設(shè)備有 效發(fā)射功率和 反射 功率之間的比例，反映了一個射頻系統(tǒng)阻抗匹配程度。單純的駐波只會影響到 GSM 系統(tǒng)的覆蓋半徑，根據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果，一個駐波為 的系統(tǒng)，其覆蓋半徑大約收縮4％ [3]。從理論上來講，駐波和互調(diào)是獨(dú)立的指標(biāo)，沒有任何依據(jù)可以證明兩者之間的聯(lián)系，但是在工程上，往往駐波較高的點(diǎn)，也是接觸不良可能導(dǎo)致互調(diào)的點(diǎn)，可以用來做干擾故障點(diǎn)的輔助排查。 目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求無源器件駐波 ≦ ，微蜂窩驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求全系統(tǒng)駐波 ≦ 。 功率容限 功率容限規(guī)定了室分 器件能承載的最大功率，目前室分器件一般 標(biāo)稱均為200W。測試該指標(biāo)時，不斷增加被測目標(biāo)的輸入功率，當(dāng)有下列情形之一，認(rèn)為當(dāng)前輸入功率已經(jīng)達(dá)到器件功率容限，不在繼續(xù)增加輸入： （ 1）、駐波明顯惡化 （ 2）、互調(diào)產(chǎn)物明顯增多 （ 3）、輸入信號低于線性變化 2dB （ 4）、器件出現(xiàn)打火、異常發(fā)熱等現(xiàn)象 本次泰爾實(shí)驗(yàn)室的大規(guī)模測試顯示，器件在不通載波數(shù)量的條件下，其功率耐受度 是不同 的 (詳見第五章 )， 這是新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，需要在今后的耐功率測試中改變測試方法， 信源 選擇需要由單載波改為多載波調(diào)整信號 ，以便更加接近現(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境。 二 、 現(xiàn)網(wǎng) 微蜂窩 問題綜述 在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，伴隨話務(wù)量變化的干擾是極為常見的一類故障現(xiàn)象， 下圖是 某站點(diǎn)連續(xù) 5 天干擾變化統(tǒng)計(jì) 圖： 圖 ：人民大會堂干擾話務(wù)分布圖 從上圖可以看出，藍(lán)色線所表示的平 均干擾功率與話務(wù)量具有很強(qiáng)的正相關(guān)性。對全網(wǎng)微蜂窩的統(tǒng)計(jì)的表明，干擾伴隨話務(wù)變化具有普遍性，以 12 月 1 日（周三）統(tǒng)計(jì)為例，下 圖 比較了當(dāng)日凌晨 3 時及早忙時 10 時的全網(wǎng)平均干擾水平，在統(tǒng)計(jì)中去除了因?yàn)橥耆珶o話務(wù)而導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)無效的載頻，凌晨 3 時共有有效統(tǒng)計(jì)載頻 6141 塊，早忙時 10 時共統(tǒng)計(jì)有效載頻 9724 塊，對比結(jié)果如下： 圖 ：忙閑時干擾功率對比 考慮到話務(wù)下降時，不僅 發(fā)射功率在下降，同時上行功率在減少， 尚不能定論上行干擾來源自基站下行發(fā)射， 但是可以確定干擾和話務(wù)的相關(guān)性。 三 、 下行 功控實(shí)驗(yàn)及結(jié)論