多模設備PIM 干擾和消除方案的分析和應用

中國聯合網絡通信有限公司山東省分公司 馬丹 張巾瑩

隨著5G 網絡在全國的規模建設部署，為節省設備費用、設備安裝和天面空間等，采用UNL 多模設備對原有3G、4G 站點的替換工作逐步展開，各地市UNL 設備越來越多，在多模共設備場景下，會存在一定的無源互調干擾的可能性。本文以PIM 產生的理論研究入手，通過在設備內在PIM 消除上的方案分析，介紹了適用于PIM消除的實現原理、關鍵技術等，并在山東菏澤聯通進行了實際的PIM 消除方案的驗證測試，這為后續多模設備的性能提升提供了有力指導。

1 多模設備PIM 消除需求背景

多模設備PIM 是指在同一設備內開啟如NR、LTE、UMTS 多種模式、多種頻點時出現的內部互調干擾，隨著開通模式的不同、頻點的不同，產生的互調干擾也不盡相同，但從技術層面來說，PIM 消除技術對于各類場景都是適用的，只是對于不同運營商來說不同的無線制式、無線頻點頻段對互調產物存在影響，所以存在細微差異但不影響PIM 消除方案的普適性。下面以聯通常見ULN 共模設備開通小區的制式、頻點頻段配置為主要介紹對象。山東聯通一直致力于用戶感知的研究和提升，為了消除設備內PIM，做了大量理論分析，積累了豐富的優化經驗。

2 多模設備PIM 分析和消除方案

多模設備在開啟多制式、多頻點情況下，設備內部自身會產生一定的互調干擾，從理論來說，需要一種可行的理論方案實現在設備內部消除互調干擾的目的。

2.1 PIM 產生根因分析

PIM（無源互調）是指兩個或更多信號通過一個具有非線性特性的無源器件傳輸時產生的交調產物。無源互調產生的根因是天饋系統存在非線性。對于一個線性的系統，輸入2 個信號，輸出也是2 個信號，不會有新的頻率分量出現；但若系統存在非線性，則輸入2 個信號后在系統內會產生新的頻率分量，叫做“無源互調產物”。若互調產物落入了接收帶并導致上行干擾帶抬升就是“無源互調干擾”。輸入f1 和f2 兩個信號，若通道存在非線性，則在通道內部會產生出2×f1-f2、2×f2-f1這兩個三階互調產物(紅色)。五階互調公式是3f1-2f2，或者3f2-2f1。調制信號的互調產物帶寬將被展寬，原因輸入信號的頻譜也有一定的帶寬，從而形成一定帶寬的干擾信號，當該干擾信號恰好于某個上行頻段重合時，則明顯影響用戶的上行業務體驗。

2.2 多模設備PIM 三階互調分析

根據上述無源互調產生的根因，當使用多模RRU配置多種制式小區時，會產生無源互調干擾信號，從而導致對用戶造成干擾，影響用戶體驗。下面以當前聯通常見的GUL 三模設備的頻點和帶寬配置，說明多模小區在同一RRU 內是如何產生無源互調干擾。如表1 所示為標準的UNL 三模頻段和天線端口配置。

表1 聯通常用UNL 多模設備頻點和天線端口配置Tab.1 Commonly used UNL multimode equipment frequency and antenna port configuration

PA1：該端口配置了B4、B66 兩個20M 帶寬的LTE 小區和一個B2 頻段5M 帶寬的UMTS 小區，B2&B4 和B2&B66兩個非線性信號分別產生以下兩個無源互調干擾。B2&B4 兩個非線性信號產生的干擾信號帶寬（1751.8 ～1780.2）與B66 上行頻段（1760 ～1780）重合。B2&B66 兩個非線性信號產生的干擾信號帶寬（1701.8 ～1730.2）與B4 上行頻段（1710 ～1730）重合。同理，可以分別算出其他PA在B4 和B66 兩個上行頻段的PIM3 干擾，從理論結果看，B66 的干擾要比B4 干擾更嚴重。來規避無源互調信號的產生，但隨著通信帶寬的增加以及多天線技術的應用，這種方法越來越難以實現，寬頻多模設備從設計基礎就反其道行之，所以對寬頻多模設備無法從系統設計層面解決該問題；（2）硬件設計層面，可選擇不易產生無源互調信號的材料，比如盡可能避免使用鐵磁性材料，或者從設計上以及提高加工工藝來降低無源互調信號產生的可能性，但隨之也會帶來硬件成本的提高；（3）軟件設計層面，有兩個方向可供選擇：1）利用基站內部強大的數字信號處理技術來對無源互調干擾信號進行預估進而進行實時抵消；2）基站可通過對上下行信號的靈活調度來減弱無源互調對上行信號的干擾。從軟件設計層面，解決PIM 的可能性更高，所以PIM 消除的具體方案應著手在RRU 內部對上行接收信號中的無源互調干擾進行抵消。

基于上述分析，最終方案是通過RRU 內部增加實時工作的PIMC 模塊實現PIM 消除方案。通過PIMC 不僅可以消除單/雙/三頻帶產生的PIM 干擾，還可提高接收靈敏度。

2.3 PIM 消除方案原理

3 多模設備PIM 消除方案應用驗證

對于運營商來說，最關心的就是如何降低無源互調對通信系統的影響。當前主要有三個方向：

（1）系統設計層面，可通過收發隔離或者頻率規劃

為了檢驗PIM 消除方案效果，2022 年1 月山東聯通攜手中興通訊，在山東菏澤使用PIMC 功能模塊進行實際測試，實際測試驗證了聯通共模條件開極限多頻點時上行干擾改善情況，與理論分析比較。這為后續多模設備采用PIMC 功能商用實施提供了基礎數據支撐。

3.1 測試采用的多模站點和設備

本次測試站點是菏澤市定陶交警考場東基站，位于菏澤市定陶縣。本次測試站點使用的RRU 設備是ZXRAN R9224H M1821 寬頻RRU，該產品是當前山東聯通采用較多的支持UNL 的共模設備，該RRU 具有幾點特點：（1）支持UMTS/LTE/NR 多模配置；（2）1800MHz 和2100MHz 超帶寬；（3）支持4T4R，支持4×4 MIMO；（4）支持4×120W 大功率輸出功率。

3.2 85MHz 帶寬測試方案和測試結果

85MHz 帶寬配置信息：1.8G 使用40M(L20/L20)+2.1G 使用45M(NR/L20/L5)。

各制式和頻點信息（MHz）：NR 2100 SSB：2114.65；NR2100 POINTA：2110.66；NR2100 中心頻點：1930.2/2120.2；LTE1800 20M 中心頻點：1755/1850；LTE1800 20M 中心頻點：1775/1870；LTE2100 20M 中心頻點：1950/2140；LTE2100 5M 中心頻點：1962.5/2152.5。

模擬加載100%情況下各頻點小區開啟PIMC 功能前后的上行干擾測試結果如圖1 ～圖5 所示。

圖1 NR2100 干擾變化圖Fig.1 NR2100 interference change chart

圖2 L1800 的1850MHz 中心頻點小區干擾變化圖Fig.2 1850MHz center frequency cell interference change diagram of L1800

圖3 L1800 的1870MHz 中心頻點小區干擾變化圖Fig.3 1870MHz center frequency cell interference change diagram of L1800

圖4 L2100 的2140MHz 中心頻點小區干擾變化圖Fig.4 2140MHz center frequency cell interference change diagram of L2100

圖5 L2100 的2152.5MHz 中心頻點小區干擾變化圖Fig.5 2152.5MHz center frequency cell interference change diagram of L2100

3.3 測試總結

從以上測試結果看，在使用PIMC 功能后，模擬100%加載情況下，L1800 的1850MHz 中心頻點小區、L2100 的2140MHz 中心頻點小區、L2100 的2152.5MHz 中心頻點小區上行干擾明顯下降，L1800 的1870MHz 中心頻點小區的上行干擾基本呈下降趨勢，說明降低PIM 有效果，NR2100 小區的上行干擾前后整體變化不大，和理論分析一致，而統計開啟PIMC 前后的基站KPI 指標情況看，也保持了穩定，說明PIMC 功能對用戶感知無負面影響。整體效果看PIMC 功能達到了降低PIM 三階互調干擾的目標。

4 結語

隨著5G 網絡的規模建設部署，UNL 多模設備在城區、縣城、農村不斷拓展增加，對多模設備內部的PIM干擾消除技術的需要也越來越迫切。本文對多模設備的PIM 生成和消除進行了研究分析，并基于消除技術的理論分析也給出了在山東菏澤的實際驗證測試，通過理論聯系實際為多模設備PIM 消除提供了有效的可實施方案，使得運營商可以利用較少的資源和投資就可以實現多模站點共模設備的替換，節省大量建設和維護費用，起到提效作用。接下來山東聯通愿與合作伙伴一起用5G為國家無線通信技術振興戰略添磚加瓦。

引用

[1] 吳秦冬,張世全.通信系統無源互調干擾機理探析[J].武警工程學院學報,2008,24(6):25-28.

[2] 楊龍.多系統合路干擾研究[J].通訊世界,2015(7):5-6.

[3] 李奇.無源互調干擾對TD-LTE系統的影響研究[J].互聯網天地,2016(2):25-28.

[4] 安金坤,田林,丁凱.一種擴頻測控鏈路中PIM的全盲抑制算法[J].中國空間科學技術,2016,36(4):47-50.

[5] 唐勁松.室內分布多系統合路覆蓋的干擾探究[J].通訊世界, 2019,26(1):33-34.