基站中的无源交调(PIM)效应

　　温度变化大、空气带有盐分/受污染或存在过大振动的环境往往会加重PIM问题。虽然可以使用与针对设计引入PIM相同的PIM测量技术，但可以认为，装配PIM的存在表明系统的性能和可靠性均有所降低。若不加以解决，引起PIM的缺陷因素可能会变本加厉，直至整个传输路径发生故障。对装配PIM采用PIM抵消方法更像是掩盖问题而非解决问题。

　　因此，此类情况下，用户可能并不希望抵消PIM，而是希望得知PIM的存在，以便消除根本原因。为此，首先需要确定PIM是从系统何处引入的，然后修理或更换特定元件。

　　我们可以认为设计引入PIM是可量化且稳定的，但上面所述的装配PIM是不稳定的。它可能存在于一组范围非常窄的条件下，其幅度变化可能超过100 dB。单次离线扫描可能无法捕捉到此类事例;理想情况下，传输线路诊断需要与PIM事件协同进行。

2.3 天线之外的PIM(锈体PIM)

　　PIM并不局限于有线传输路径，也可能发生在天线之外。该效应也被称为“锈体PIM”。这种情况下，无源交调发生在信号离开发射机天线之后，所产生的交调反射回接收机中。“锈体”这一说法来源于这样一个事实：很多情况下，交调源可能是生锈的金属物件，例如铁丝网、仓库或排水管。

　　金属物件会引起反射。但在这些情况下，金属物件不仅会反射收到的信号，而且会产生并辐射交调伪像。交调的发生同在有线信号路径中一样，即发生在两种不同金属或异质材料的接合处。电磁波产生的表面电流会混合并再辐射(参见图7)。再辐射信号的幅度一般非常低。然而，如果辐射物件(生锈铁丝网、仓库或下水管等)靠近基站接收机，而且交调产物落在接收机频段内，将造成接收机降敏。

　　某些情况下，PIM源可通过天线定位来检测：一边改变天线位置，一边监测PIM水平。此外，也可以利用时间延迟估计来定位PIM源。如果PIM水平稳定，则可以利用标准算法抵消技术来补偿PIM。但更多情况下，PIM贡献受到振动、风和机械运动的影响，使得抵消非常难以进行。

3 PIM检测：定位PIM源

3.1 线路扫描

　　可以实施多种线路扫描技术。线路扫描测量传输系统在目标频段上的信号损耗和反射。我们不能认为线路扫描总是会精确指示PIM的可能原因。线路扫描更像是一种诊断工具，可帮助识别传输线路上的问题。早期装配问题可能表现为PIM;若不加以解决，这些装配问题可能会升级，引起更为严重的传输线路故障。线路扫描通常分为两个基本测试：回波损耗和插入损耗。二者均与频率有很大关系，且在指定频段内均可能变化很大。回波损耗衡量天线系统的功率传输效率。务必使反射回到发射机的功率最小。任何反射功率都可能使发射信号失真;若反射回的功率足够大，甚至会损坏发射机。20 dB的回波损耗值表示1%的发射信号被反射回发射机，99%到达天线——通常认为这是相当好的性能。10 dB的回波损耗表示10%的信号被反射，表明性能不理想。如果回波损耗测量值为0 dB，则100%的功率被反射，这很可能是开路或短路导致的。

3.2 时域反射

　　可以利用高级TDR技术来提供一个最优系统的参考映射，以及确定传输路径上开始发生损耗的确切位置。通过这种技术，操作员可以定位PIM源，从而有针对性地、高效率地予以修复。传输线路映射还能提醒操作员注意一些早期故障迹象，防止其严重影响性能。时域发射法(TDR)测量信号经过传输线路所产生的反射。TDR仪器让一个脉冲通过介质，然后将未知传输环境产生的反射与标准阻抗产生的反射进行比较。图8显示了一个简化TDR测量设置框图。

　　图9显示了一个TDR传输线路映射实例。

3.3 频域反射

　　虽然TDR和FDR的工作原理均是沿着传输线路发送激励信号并分析反射，但这两种技术的实现方法非常不同。FDR技术采用RF信号扫描，而不是TDR所用的直流脉冲。另外，FDR要比TDR灵敏得多，能以更高的精度定位系统性能故障或降低的地方。频域反射法原理涉及源信号和反射信号(来自传输线路中的故障和其他反射特性)的矢量相加。TDR采用非常短的直流脉冲作为激励信号，其本身就能覆盖非常宽的带宽，而FDR扫描RF信号实际上是在特定目标频率(通常在系统的预期工作范围内)运行。

3.4 PIM定位

　　必须注意，虽然线路扫描可以指示阻抗不匹配，从而指示传输线路PIM源，但PIM和传输线路阻抗不匹配可以是互斥的。PIM非线性可能出现在线路扫描结果未指示任何传输线路问题的地方。因此，若要给用户提供一种解决方案，要求不仅能指示PIM存在，而且能准确识别传输线路上何处发生该问题，就需要采用更复杂的实施方案。

　　综合PIM线路测试的工作模式与针对设计引入PIM抵消所述的模式相似，不同之处是算法检查交调产物时间延迟估计的情况不同。应当注意，这些情况中的优先事项并非PIM伪像的抵消，而是定位传输线路上何处发生交调。该概念也被称为“PIM定位”(DTP)。例如，在一个双音测试中，

　　信号音1：

　　信号音2：

　　w1和w2为频率; θ1和θ2为初始相位;t0为初始时间。

　　IMD(例如低端)将为：

　　很多现有解决方案要求用户中断传输路径，插入一个PIM标准装置(它能产生固定量的PIM，用来校准测试设备)。使用PIM标准装置可为用户提供一个基准IMD，它在传输路径的特定位置/距离处并具有已知相位。图11(a)显示了概况。IMD相位θ32(如图11所示)用作基准位置0。

　　一旦完成初始校准，便重构系统并测量系统PIM，如图11(b)所示。θ32和θ'32之间的相位差可用来计算到PIM的距离。

　　其中，D为到PIM的距离，S为波传播速度(取决于传输介质)。

　　装配和锈体PIM可能是一个慢速递增的过程;完成安装后初期，基站可以高效率工作，但经过一段时间后，此类PIM现象可能会开始变得突出。振动或风等环境因素可能会影响PIM水平，故PIM的性质和特点是动态起伏不定的。掩盖或抵消PIM不仅可能很困难，而且可能被认为掩盖了更为严重的问题，若不加以解决，可能引发整体系统故障。这种情况下，运营商会希望避免系统整体停机的相关成本，快速定位引起PIM的器件并予以更换。

　　PIM定位技术(DTP)还为基站运营商提供了这样一种可能性：跟踪系统性能随时间而降低的情况，提前发现潜在问题。有了这些信息，便可在计划维修期间更换薄弱点，避免代价巨大的系统停机和专门维修工作。

4 结论

　　PIM现象已经存在多年，为人所知也有段时间了。近年来，业界的两种不同变化又把它拉回人们的视野：

　　第一，高级算法现在可通过一种智能方式来检测和定位PIM，并且能酌情予以补偿。以前的无线电设计人员必须选择能够满足特定PIM性能要求的器件，但在PIM抵消算法的帮助下，他们现在有了更大的选择自由。他们能够选择企及更高的性能，或者用成本较低且尺寸较小的器件实现相同的性能水平。抵消算法通过数字化方式辅助硬件元件。

　　第二，随着基站塔的密度和多样性爆炸式增长，我们面临着特殊系统设置(例如天线共享)带来的全新挑战。算法抵消取决于对主要传输信号的了解。在塔上空间宝贵的情况下，不同发射机可能共享单根天线，导致出现不良PIM效应的可能性大大增加。这种情况下，算法可能知道发射机路径某些部分的信息，并且可以有效工作。而在发射路径某些部分信息未知的情况下，第一代高级PIM抵消算法的性能或实现可能会受限。

　　随着基站设备领域的挑战难度不断加大，PIM检测和抵消算法在短期内预计能给无线电设计人员带来相当大的好处和优势，但要求开发工作跟上未来挑战的步伐。

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第6期第25页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。