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1、无源器件性能测试及对现网影响分析随着微蜂窝规模的日益庞大，室分系统的复杂程度也越来越高，现网中存在大量干扰伴随话务量变化的站点，极大的影响了网络性能，导致用户通话感知下降。根据以往排查故障的经验来看，伴随话务变化的干扰通常与无源器件相关。本文档对无源器件进行了详尽的测试，在测试的基础上对故障现象进行了理论分析，解释了无源器件关键性指标不达标对网络的影响，以期为今后室分优化与维护工作提供可靠依据。一、常用无源器件及关键性指标室分系统中常用的无源器件有电桥，耦合器等，主要介绍电桥、耦合器、功分器、负载这四类最常见的无源器件结构及在室分中系统中的作用。1.1 常用无源器件简介1.1.1 电桥图 1.
2、1：3dB 电桥（图片实物生产商：国人通信）上图为目前在室分系统中广泛使用的 3dB 电桥的实物照片。3dB 电桥的主要用途为室分系统中的同频段合路，以取代早期的体积比较庞大的同频段合路器件。如图中所示，上述电桥设备有四个端口，分别为两入两出。每个端口之间的功率关系如下：OUT1=OUT2=0.5*(IN1+IN2) (式 1.1)从上式可知，每个端口的输出功率皆等于输入功率之和的一半，即输入信号衰减 3dB 以后分别从两个端口等功率的输出，就是 3dB 电桥名称的由来。3dB 电桥在室分系统中的安装方式如下图所示：3 d B 电桥主设备CTU1CTU2CTU3CTU4CTU5CTU6负载接分
3、布图 1.2：3dB 电桥用于同频合路如上图所示，当微蜂窝配置较大时，内部合路不够用，载频分为两组合路，分别经由两个架顶双工器输出。对于宏站而言，可以用两种方法解决主设备两路输出问题。一是采用物理位置邻近的两付单极化天线输出，二是采用一付 45度双极化的天线输出，前者相当于在空间自由合路，后者由不同的极化振子合路，本质上也是空间合路。但是在分布系统中，不具备上述条件。分布系统只能有一套天线，一个入口。因此要将一个 CI 的频点完整的通过分布系统发射出去，只能通过电桥将两组载频事先合路后再接入分布。综上所述，3dB 电桥起的作用为射频级同频合路。1.1.2 耦合器室分中使用的耦合器又称定向耦合器
4、，其内部结构和电桥类似通过微带线或腔体的耦合程度不通，可以制成各种规格的耦合器，常见的耦合器有5dB，15dB，30dB 等规格。定向耦合器的外观如下图所示：ABC图 1.3：耦合器耦合器为三端口器件，A、B 为直通口，信号基本无损通过，C 口为耦合口，将 A 口处功率衰减耦合标称值后从 C 口输出。C 口只能正常耦合由 A 至 B 的信号（称为正向信号） ，由 B 至 A 方向的信号（称为反向信号） ，将会衰减一个较大的功率等级（通常为 20dB，这个衰减量称为耦合器的隔离度）后再按照标称耦合度耦合至 C 口， 。定向耦合器主要用于分布系统中干线与支线上的信号分配。1.1.3 负载负载是室分
5、系统中最简单的器件，只有一个入口，主要是用于室分系统中吸收其他器件空置口上多余的能量，达到阻抗匹配的目的。因为吸收功率的原因，负载是室分系统工作时温度最高的器件，在普通机房中实测，其温度最高能到 70 摄氏度左右，所以，一般测量负载器件的指标都需要在温度箱中测试以考察其在高温环境下的性能。1.1.4 功分器功分器作用类似于耦合器，在室分系统中起到功率分配的作用，但是功分器是将输入功率等额分配各输出端口，按照输出口的个数，分为二功分，三功分等各型号。以二功分器件为例，为一进两出器件，信号从入口进入，平均分配为两路后输出：O U T 1O U T 2I N图 1.4：二功分器件如上图所示，正常使用
6、时，下行信号应当从 IN 口输入，从两 OUT 口输出。功分器功率承受能力较差，一般不用于干线的上使用，而是作为耦合器的下级功率分配器件直接连接天线点作为室分系统的最终发射。1.2 无源器件的关键性指标1.2.1 互调抑制对于一个理想的线性系统，当输入两个信号 f1，f2 时，输出信号不会出现新的频率。对于非线性系统，将会产生一系列新的频率分量，被称作 f1，f2 的互调产物。新产生的频率和信源频率满足如下关系：fn= N*f2M*f1 (式 1.1)其中，N 与 M 皆为正整数，则 fn 称为 f1，f2 的（NM）阶产物。互调产物随着阶数的提高而衰减，一般而言三阶产物在频率域最接近 f1，
7、f2 ，且功率较大，因此，一般均以三阶互调抑制深度来评价一个射频器件的互调指标的好坏。图 1.5：互调示意图理论和实践都证明，理想的线性系统是不存在的，任何一个器件都会有一定功率的互调产物。互调产物的产生机理十分复杂，到目前为止，还无法根据器件的参数进行准确的计算，只能根据实际测量得到1。影响互调的因素很多，如器件材料，加工工艺，装配精密度，输入功率，甚至大气压力都会对互调指标产生影响。目前无源器件集采标准为常温常压下，输入 2 个 43dBm 的信号源，其三阶互调抑制要能达到 120dBc，行业标准要求达到 140dBc。1.2.2 隔离度室分系统中的器件均存在出口和入口，器件的设计制造意图
8、都是希望信号能量能够从输入口进入，无损失的通过器件从输出口输出。但是同向端口间总是不可避免的出现互相耦合的现象，导致部分信号的功率在两个同向口之间互相窜扰，隔离度是评价器件抑制这种窜扰能力的指标。下图是电桥内部能量传播示意图：图 1.6：电桥隔离度示意图电桥的两个 IN 口之间的信号也存在一定程度的互相耦合，这种耦合是非常有害的，必须加以控制。例如当下行过强的信号从一个 IN 口窜入另一个 IN 口时，有可能对另一个 IN 口下所带的载频产生阻塞，导致 GSM 系统上行干扰的抬升。无源器件电桥的集采标准为同向端口间隔离度不低于 20dB，但是根据3GPP 0505 的规范要求 2，结合北京现网
9、使用状况，建议此标准有所提高：3GPP TS 05.05 协议规定了 GSM 接收机和发信机的各项性能。其中，5.1 节：Blocking characteristics 对 GSM 接收机在各个频段的阻塞容限做了明确规定，其中相关中国 GSM 的频段划分，主要涉及到以下 3 个表格：Frequency Frequency range (MHz)band GSM 900 E-GSM 900 R-GSM 900MS BTS BTS BTSin-band 915 - 980 870 - 925 860 - 925 856 - 921out-of-band (a) 0,1 - 1 705 - 1 9
10、20 - 1 980 N/Aout-of band (d) 1 980 - 12,750 1 805 - 12,750表 1.2：DCS 频段划分Frequency GSM 400, P-, E- and R-GSM 900 DCS 1 800 & PCS 1 900band other MS small MS BTS MS BTSdBV dBm dBV dBm dBV dBm dBV dBm dBV dBm(emf) (emf) (emf) (emf) (emf)in-band600 kHz |f-fo | 980 - 12,750 925 - 12,750 925 - 12,750 921
11、 - 12,750比例，反映了一个射频系统阻抗匹配程度。单纯的驻波只会影响到 GSM 系统的覆盖半径，根据理论计算的结果，一个驻波为 1.5 的系统，其覆盖半径大约收缩 43 。从理论上来讲，驻波和互调是独立的指标，没有任何依据可以证明两者之间的联系，但是在工程上，往往驻波较高的点，也是接触不良可能导致互调的点，可以用来做干扰故障点的辅助排查。目前行业标准要求无源器件驻波1.3，微蜂窝验收标准要求全系统驻波1.5 。1.2.4 功率容限功率容限规定了室分器件能承载的最大功率，目前室分器件一般标称均为200W。测试该指标时，不断增加被测目标的输入功率，当有下列情形之一，认为当前输入功率已经达到器
12、件功率容限，不在继续增加输入：（1） 、驻波明显恶化（2） 、互调产物明显增多（3） 、输入信号低于线性变化 2dB（4） 、器件出现打火、异常发热等现象本次泰尔实验室的大规模测试显示，器件在不通载波数量的条件下，其功率耐受度是不同的(详见第五章) ，这是新发现的现象，需要在今后的耐功率测试中改变测试方法，信源选择需要由单载波改为多载波调整信号，以便更加接近现网的应用环境。二、现网微蜂窝问题综述在室内分布系统中，伴随话务量变化的干扰是极为常见的一类故障现象，下图是某站点连续 5 天干扰变化统计图：图 2.1：人民大会堂干扰话务分布图从上图可以看出，蓝色线所表示的平均干扰功率与话务量具有很强的正
13、相关性。对全网微蜂窝的统计的表明，干扰伴随话务变化具有普遍性，以 12 月 1日（周三）统计为例，下图比较了当日凌晨 3 时及早忙时 10 时的全网平均干扰水平，在统计中去除了因为完全无话务而导致统计无效的载频，凌晨 3 时共有有效统计载频 6141 块，早忙时 10 时共统计有效载频 9724 块，对比结果如下：图 2.2：忙闲时干扰功率对比考虑到话务下降时，不仅发射功率在下降，同时上行功率在减少，尚不能定论上行干扰来源自基站下行发射，但是可以确定干扰和话务的相关性。三、下行功控实验及结论为了进一步确定目前微蜂窝中的干扰来源，专项组于 12 月对西南区域微蜂窝做开启下行功控实验，在上行功控参
14、数不变的情况下，下行参数做如下设置：表 3.1：下行功控参数调整明细图 3.1：功控前后平均干扰功率对比图 3.2：功控前后话务量及掉话率对比图 3.3：功控前后上下行发射功率对比图 3.4：功控前后语音质量对比从上述实验数据可以看出，下行功控开启后，在话务量增加、MS 平均发射功率也增加的情况下，上行平均干扰从 1.723 降低至 1.567，因此，可以认为，目前导致现网微蜂窝中的上行干扰是和主设备的下行发射功率相关的，上行 MS的发射功率为非主要原因，同时，话务量的高低也不是影响干扰功率的直接原因。四、单站测试4.1 测试站点概述综前所述，定位造成上行随话务变化的干扰和下行发射直接相关，专
15、项组在故障现象比较典型的人民大会堂站点做了详尽的测试，以便定位问题。人民大会堂站点采用 NSN 的 flexi 站型，分为 M1，M2，M3 三个微蜂窝。该三个微蜂窝平时工作正常，无干扰，但是当该站有重大活动，话务达到峰值0.80.9erl/线时，会在所有载频上出现 24 级的干扰。该站 3 个微蜂窝均采用电桥合路，连接方式如下图所示：图 4.1：人民大会堂微蜂窝连接示意图NSN 的 flexi 站型具备在无用户空载条件下，载频满功率模拟发射下行频率的测试功能，本次排查主要依靠上述功能，在完全断开分布的情况下进行了干扰定位实验。4.2 电桥负载测试在前期细致排查分布问题的情况下，基本排除室分问
16、题，转而排查机房内各类设备及器件。图 4.2：电桥负载测试如上图，电桥的两个输出端口断开分布，直接接负载器件，利用 flexi 的测试功能满功率发射下行频率。本实验可以完全排除室分和无线环境的影响。经后台查询，在载频满功率发射时，所有载频的干扰基本在 4 级，只有个别载频零星为 3 级，因此重点怀疑电桥问题。曾先后更换厂家 1、厂家 2 和厂家 3 的电桥，测试结果基本无差异。4.3 直接负载测试本实验进一步甩开电桥，采用更为直接的连接方式：图 4.3：直接负载测试在上述测试中，完全甩开电桥，载频同样工作在满功率发射的测试模式，后台取实时干扰数据，基本稳定在零级。经本实验，可以确定主设备在是否接电桥合路两种情况下的上行干扰功率差异巨大，为了进一步明确干扰的波形及来源，重做实验 1，并耦合一路信号送到频谱仪进行频谱分析。4.4 电桥负载频谱仪测试实验方案如下，耦合器采用
