Что такое пассивная интермодуляция
Когда через один тракт проходят два или больше мощных сигнала, на любой нелинейности они смешиваются и рождают новые частоты — продукты интермодуляции. В активных устройствах — усилителях — это известная проблема. Пассивная интермодуляция (PIM) возникает там, где нелинейности быть не должно: в разъёмах, кабелях, делителях, антеннах. Причина — плохие контакты, окислы, ферромагнитные материалы, металлическая стружка. Уровень мизерный, но в системах связи его хватает, чтобы испортить приём.
Главная опасность — продукт третьего порядка 2f1 − f2. Он лежит рядом с исходными частотами и нередко попадает прямо в полосу приёма базовой станции того же или соседнего диапазона.
| Диапазон | Передача БС, МГц | Две несущие, МГц | 2f1 − f2, МГц | Приём БС, МГц | В полосе приёма |
|---|---|---|---|---|---|
| 900 | 925–960 | 930 и 955 | 905 | 880–915 | да |
| 1800 | 1805–1880 | 1810 и 1870 | 1750 | 1710–1785 | да |
В обоих случаях продукт от собственных передатчиков оказывается в полосе приёма. Приёмник видит его как шум: растёт уровень помех на входе, падает чувствительность, у абонентов обрываются вызовы и снижается скорость передачи данных в сторону станции.
Что значат −150 и −160 дБн
PIM нормируют в дБн — относительно мощности несущих — при стандартном испытании двумя тонами по 43 дБм (20 Вт). Норма −150 дБн означает, что продукт третьего порядка на 150 дБ слабее несущей, то есть −107 дБм. Сравним с шумом приёмника: в канале LTE 5 МГц с коэффициентом шума 3 дБ он около −104 дБм.
Две несущие по 43 дБм и продукты при разном нормированном PIM рядом с шумом приёмника: ниже шума продукт не мешает, выше — поднимает шум приёма.
Компонент с PIM −105 дБн, например обычная нагрузка, даёт продукт на −62 дБм — на 40 дБ выше шума. Компонент −150 дБн — чуть ниже шума, а −160 дБн — на 13 дБ ниже с запасом. Но в тракте DAS десятки элементов: разъёмы, делители, ответвители, кабели, антенны. Их продукты складываются, поэтому каждому элементу нужен запас, и стандарт для оборудования DAS и базовых станций сегодня — −150…−160 дБн.
Low-PIM — это свойство всего тракта. Один плохой разъём или обычный аттенюатор в тракте сводит на нет Low-PIM всего остального оборудования.
PIM растёт быстрее мощности
Продукт третьего порядка растёт на 3 дБ при увеличении мощности каждой несущей на 1 дБ. Поэтому норму указывают при конкретной мощности испытания, обычно 2 × 43 дБм. Если в тракте мощнее, продукт будет выше нормы:
| Мощность каждой несущей | Изменение мощности | Продукт третьего порядка при норме −160 дБн |
|---|---|---|
| 37 дБм (5 Вт) | −6 дБ | −135 дБм |
| 40 дБм (10 Вт) | −3 дБ | −126 дБм |
| 43 дБм (20 Вт) | +0 дБ | −117 дБм |
| 46 дБм (40 Вт) | +3 дБ | −108 дБм |
При 40 Вт на несущую вместо 20 продукт компонента с нормой −160 дБн поднимается до −108 дБм — почти до шума приёмника. Для мощных макросот и многооператорных систем с суммарной мощностью в сотни ватт поэтому и нужен запас нормы.
Больше диапазонов — больше комбинаций
В многодиапазонной DAS через общий тракт идут сигналы 800, 900, 1800, 2100, 2600 МГц и 5G. Кроме 2f1 − f2 внутри одного диапазона появляются смешанные продукты между диапазонами: f1 + f2 − f3, 2f1 − f2 для несущих разных диапазонов, продукты пятого порядка. Часть из них падает в полосы приёма других операторов. Поэтому в многооператорных системах PIM проверяют с частотным планом всех операторов и выбирают компоненты с нормой −155…−160 дБн.
Сколько Low-PIM в каталоге
В пассивном оборудовании DAS каталога KADAMM PIM указан у большинства позиций. Распределение по нормированному значению:
Данные из таблиц серий: делители, ответвители, комбайнеры, фильтры, инжекторы, нагрузки, аттенюаторы, точки объединения интерфейсов, антенны.
Разница между обычной и Low-PIM версией одного изделия — полсотни децибел. В каталоге это видно по парам: аттенюатор АТ-3000 — ≤−105 дБн, АТП-698/4200 — ≤−160 дБн; нагрузка НС-4000 — ≤−105 дБн, НСП-4000 — ≤−160 дБн. Внешне они похожи, но в тракт базовой станции идут только вторые.
Чем PIM отличается от других помех
Внешнюю помеху можно найти пеленгатором, неисправный усилитель — по спектру. PIM коварнее: он появляется только тогда, когда передатчики работают с нагрузкой, растёт в часы пик вместе с трафиком и может меняться от температуры и ветра, если источник — ослабленный разъём на мачте. Для оператора это выглядит как необъяснимый рост шума приёма в определённые часы. Поэтому PIM проверяют при вводе системы и при каждой жалобе на качество связи, а не только при монтаже, и сравнивают с результатами приёмки.
Откуда берётся PIM
- Плохо затянутые или загрязнённые разъёмы — главный источник на объектах.
- Ферромагнитные материалы: никелевое покрытие, сталь в крепеже рядом с токонесущими частями.
- Окислы на контактах, коррозия под влагой.
- Металлическая стружка и заусенцы после резки кабеля.
- Повреждённая или перегнутая оплётка кабеля.
- Внешний PIM: ржавые металлоконструкции и крепёж рядом с антенной.
Отсюда требования к Low-PIM компонентам: посеребрённые или покрытые латунью-оловом контакты, отсутствие никеля в тракте, разъёмы 4.3-10 и 7/16 с большой площадью контакта и нормированным моментом затяжки, контроль PIM каждого изделия на выходе с производства.
Кабели и антенны
Коаксиальный кабель сам по себе может давать PIM: у кабелей с оплёткой из тонких проволок контакт между ними нестабилен, особенно при изгибах и вибрации. Для трактов DAS используют кабели со сплошным или гофрированным внешним проводником и заводские джамперы с запрессованными Low-PIM разъёмами. Внутренние антенны DAS тоже нормируют по PIM: у большинства антенн каталога −150…−153 дБн. Антенна — последний элемент тракта и самый близкий к внешним источникам, поэтому её PIM проверяют уже на месте установки.
Точки объединения интерфейсов, куда операторы подключают свои базовые станции, — место наибольшей суммарной мощности. У моделей каталога PIM −150…−155 дБн при средней мощности на порт 50–150 Вт и пиковой до 1–2 кВт.
Разъёмы: почему 4.3-10
Разъём N не рассчитан на низкий PIM: контактное давление зависит от затяжки и со временем падает. 7/16 — классика базовых станций с хорошим PIM, но громоздкий и требует большого момента. 4.3-10 разделяет электрический и механический контакт, держит PIM −160 дБн при небольшом моменте затяжки и занимает меньше места. Поэтому большинство Low-PIM позиций каталога — с разъёмами 4.3-10; часть серий выпускается и с 7/16 для совместимости с существующими трактами.
Как проверяют PIM
PIM-анализатор подаёт в тракт две несущие по 20 Вт и измеряет уровень продукта третьего порядка в полосе приёма. Тракт проверяют целиком от порта базовой станции, а подозрительные участки — по частям. Во время измерения постукивают по разъёмам и кабелям: если уровень скачет, найден плохой контакт. Приёмку DAS обычно проводят с нормой −150 дБн на весь тракт.
Внешний PIM
Источником PIM может быть не тракт, а окружение антенны. Ржавые металлоконструкции, болты, сетка ограждения, кабельные лотки рядом с излучающей антенной работают как нелинейные «переизлучатели». Такой внешний PIM трудно найти: тракт на стенде чистый, а на объекте шум приёма растёт. Для потолочных антенн DAS источником бывают подвесные потолки и металлические короба. Помогают разнос антенны от металла, замена крепежа на нержавеющий и проверка PIM с антенной на месте.
Приёмка системы
Приёмка DAS по PIM — отдельный этап после монтажа. Каждую ветвь проверяют от точки объединения интерфейсов до антенн с нормой, согласованной с операторами, обычно −150 дБн при 2 × 43 дБм. Результаты фиксируют в протоколе вместе с КСВН тракта. Если ветвь не проходит, её проверяют по участкам: нагружают выход точки объединения, затем делитель, затем ответвитель, и так до проблемного узла.
Как не получить PIM на объекте
- Все компоненты тракта — Low-PIM с одинаковой нормой, без «обычных» нагрузок и аттенюаторов.
- Разъёмы — 4.3-10 или 7/16, чистые и затянутые тарированным ключом с нормированным моментом.
- Кабель режут специальным инструментом и чистят от стружки.
- Разъёмы защищают от влаги, а неиспользуемые порты закрывают Low-PIM нагрузками.
- Рядом с антеннами не оставляют ржавый крепёж и незакреплённые металлические детали.
- После монтажа проверяют тракт PIM-анализатором.
- Кабели-джамперы берут заводские с Low-PIM разъёмами, а не обжатые на месте.
Типичные ошибки
- Ставят обычную нагрузку −105 дБн на свободный порт делителя в тракте базовой станции.
- Затягивают разъёмы от руки без ключа — PIM плавает при вибрации и нагреве.
- Используют разъёмы N в многооператорной системе с большой суммарной мощностью.
- Проверяют только КСВН: хороший КСВН не гарантирует низкий PIM.
- Не проверяют окружение антенны на внешний PIM.
- Смешивают в тракте компоненты с нормой −160 и −150 дБн и считают, что весь тракт держит −160.
- Режут кабель ножовкой и оставляют стружку внутри разъёма.
Модели KADAMM
Low-PIM оборудование DAS — в разделах делителей, ответвителей, комбайнеров и нагрузок KADAMM.
| PIM | ≤−160 дБн |
| PIM | ≤−160 дБн |
| PIM | ≤−160 дБн |
| PIM | ≤−160 дБн |