中国移动室分系统无源器件问题排查方法.docx
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中国移动室分系统无源器件问题排查方法
室分系统无源器件
问题排查方法
（修订稿征求意见）
版本号：
中国移动通信集团公司网络部
2012年02月
序
本方法主要用于室内分布系统中因无源器件引发的干扰问题排查及定位，对无源器件功率不足和互调问题引发的室分干扰提供了相关解决思路。
本方法主要包括以下内容：
无源器件互调和功率对网络的影响；
无源器件干扰问题的网管和现场排查定位手段；
器件干扰工程规避的办法，并给出了干路上重要器件的功率容量和互调抑制指标配置方法，可供具体组网时参考。
本建议起草单位：
中国移动通信集团江苏公司
本建议主要起草人：
李爱成胡铭洁
本建议归口单位：
中国移动通信集团网络部
本建议主要审核人：
沈忱、胡志东、田磊、张俪、查全民、范政、高斯、何侃侃、黄劲松、李军、李俊杰、李岳、李震宇、王海京、袁方、岳军、曾伟超、张建斌、张烁、赵成东、赵培、赵志强、周凯峰
1、概述
随着2、3G网络的发展和室内话音、数据业务流量的高速增长，室内分布系统已成为吸收话务量、解决深度覆盖并提升用户感受的主要手段，是移动网络的重要组成部分。
随着室分应用场景从过去单系统、低载波配置到现在多载波、多系统合路场景的转变，对无源器件（合路器、电桥、耦合器、功分器、电桥、馈线接头）的质量和性能要求越来越高。
随着现网器件的老化和部分新入网器件的质量下降，在一些室内分布系统话务量较高的时段出现干扰等级过高现象，通过站点的实时观测，发现话务量高峰时期，通信系统的上行全频段范围内均出现底噪抬升，并通过逐一排查后问题最终定位在室分信源前端、室分主干线上的电桥、功分器、耦合器等无源器件上。
由于无源器件问题排查缺乏研究，且均为隐蔽工程、数量巨大，检测、排查、整改难度均极大，本文结合现网实际提供了无源器件故障的排查意见和改进建议。
2、无源器件现状
根据2011年5月份集团委托研究院组织安徽、广东、江苏、浙江公司开展了大规模的无源器件测试，四省累计测试无源器件707件。
从测试结果来看：
无源器件中，3dB电桥、合路器、耦合器的整体合格率为59%，问题主要集中在功率容量和互调指标方面，功率容量合格率仅为57%，互调指标合格率仅为67%。
无源器件的功率容量与互调指标对网络的干扰指标与网络质量有着重大的影响，特别是在信源大功率多载波信号输出的场景下，而目前现网对无源器件的使用均是按照互调-120dBc、平均功率200W进行采购的，往往也就很容易导致了在话务量高峰期出现干扰等级过高的现象，特别是信源前级承受功率较大的器件就更加严峻。
在行业相关标准中也缺乏对功率容量指标考核的相关标准，目前是按照输入单载波GSM信号200W进入到无源器件中，通过判断该被测器件是否出现严重的打火而导致驻波比指标不合格为标准的，该测试方法也就无法很好的判断被测器件是否对网络的干扰指标造成影响。
如3.1所述，大功率多载波的调制信号对无源器件的测试方法要比200W单载波输入测试的方法更能符合现网的实际应用相接近，目前不具备相关测试条件厂家的供货产品也就对产品质量控制无法从保证，也就导致了现网的部分无源器件无法达到要求对网络整体质量产生了较大影响。
其次，无源器件的实现材质以及工艺除了对器件本身的电气性能指标有较大的影响外，同时对器件的使用寿命与可靠性均会有直接的影响。
现网中较多器件处理工艺较差、实现粗糙，虽然能满足了一些常规电气性能指标的要求，但是应用到现网后刚安装初期能满足应用要求，但是过一段时间后却出现较差的影响，这是由于产品工艺的实现工艺及材质无法满足器件在长时间高负荷状态而导致的。
铜材、铝材与银等材料价格不断飞涨，而器件价格却不断的下降，导致了部分厂家迫于成本压力在器件设计和材料选择上对无源器件进行降成本措施，也就出现了目前器件良莠不齐的局面。
图1新旧无源器件设计和工艺对比
如上图1所示，无源器件的实现材质与工艺对产品的整体性能及稳定可靠性指标产生了较大影响，如何从厂家的设计方案源头就进行规定，包括材质、生产工艺、测试方法等进行硬性规定，能对器件的整体质量提升有所改善。
3、器件问题分析
无源器件对室内分布系统产生干扰影响，主要是功率容量与互调抑制两个指标引起的。
3.1功率容量
由于射频能量传输的“趋肤效应”阻抗变化将会引起信号的反射，传输介质的温度变化都会转化为热能，功率容量是指器件由电阻和介质损耗所消耗产生的热能所导致器件的老化、变形以及电压飞弧现象不出现所允许的最大允许功率负荷。
无源器件功率容量在2G+3G组网中，随着微蜂窝载频数量的增多，以及新扩容系统的接入，现网的绝大多数器件已经出现老化或者无法满足网络对器件的功率容量要求，当不满足要求时，主要表现在两个方面：
器件局部微放电，造成频谱扩张，产生宽带干扰，影响多个系统；或者器件击穿而损坏，造成通信中断。
功率标称有平均功率和峰值功率两个类型。
系统平均功率=单载波平均功率+10logN（N为载波数）
系统峰值功率=单载波平均功率+10logN+系统峰均比（N为载波数）
器件功率容量的检测，
图2功率容量测试示意图
行业标准草稿测试方案：
单载波输入200W，加电连续试验30min，当频谱仪监测到的输出信号发生抖动、无输出或功率明显下降时，可判断该器件功率容量不满足要求。
集团抽测方案：
连续4载波调制，每载波50W，加电连续试验30min，在图21#频谱仪上观察波形有无飞弧现象，（当频谱仪显示波形出现断续、消失或剧烈抖动等现象）。
在2#频谱仪上观察输出信号的幅度是否出现增大或减小,甚至消失等异常现象（器件是否出现打火而击穿）。
试验结束后器件应按以下关键指标要求进行测试，被测器件应满足以下要求：
——各端口驻波比变化应小于10%；
——电性能指标应能满足要求；
——被测器件腔体内部没有打火烧坏点。
不满足上述条件任何之一，认为器件功率容限不达标。
在输入信号超出器件功率容量后，会产生上行宽频的脉冲噪声（飞弧噪声），对网络产生上行干扰，通过实验室模拟多载波大功率实验测试的结果来看，当在调制信号多载波的场景测试时干扰现象明显，而单载波输出测试时却没有干扰现象出现，也就导致了现网大多数无源器件由于测试环节缺乏大功率多载波实验验证，从而在话务量高、载波信号功率发射高时容易导致干扰微蜂窝的现象。
特别是输入信号峰值功率超出器件所能承受的峰值功率容量时，严重情况易发生器件打火击穿，器件长期高负荷运行易产生上行干扰。
表1按四载频计算为例，基站信号峰值功率已经超出了目前现网中大多数器件所能承受的功率能力，在与电信、联通等其他运营商进行共建共享站点建设时，对无源器件所能承受的峰值功率容量要求也就更高。
表14载波配置时各系统平均功率和峰值功率
基于上述理论研究，现网选取一个小区进行不同载频配置，并使用不同功率容量的电桥对上行干扰情况进行统计：
1）测试站点情况：
无锡某爱立信基站2206，每载频输出30W（45dBm），无内外部干扰；
2）测试方法：
分别使用100W和200W电桥，依次开启2、4、6、8、10载频。
测试结果如下所示：
表2不同载波配置时100W电桥对网络影响
电桥功率容量
载频数
输出功率（W）
干扰带
上行质量
100W
2
30
1
0.11
4
60
1
0.23
6
90
2-3
0.46
8
120
4-5
2.76
10
150
4-5
2.98
表3不同载波配置时200W电桥对网络影响
电桥功率容量
载频数
输出功率（W）
干扰带
上行质量
200W
2
30
1
0.13
4
60
1
0.22
6
90
1
0.26
8
120
1-2
0.35
10
150
1-2
0.46
现网测试表明，当输入功率超过器件功率容量，必然会产生上行干扰，合理选取承受功率较高的无源器件能有效降低网络的干扰等级，能改善上行质量。
器件的功率容量取决于器件生产所使用的材质和施工工艺。
在设计阶段要进行功率容量的理论仿真，功率容量较高的无源器件，一般使用DIN型接头，内导体采用H59黄铜，腔体采用6061合金铝，接头内导体采用铍青铜或锡青铜。
在施工工艺上，采用精密车床加工后进行表面处理镀银工艺，以保证器件良好的功率容量。
3.2互调抑制
无源互调：
当两个以上不同频率的信号作用在具有非线性特性的无源器件时，会产生无源互调产物PIM（PassiveInter-Modulation）。
在所有的互调产物中，三阶与五阶互调产物的危害性最大，因为其幅度较大、可能落在本系统或其他系统接收频段，无法通过滤波器滤除而对系统造成较大危害。
对应到互调干扰对移动通信系统的干扰影响如下：
图3载波信号及无源互调干扰频谱分布
图4互调干扰对移动通信系统的干扰影响
现网的室内分布系统多是在小功率传输模型下的组网应用模型，指标为-120dBc@2×43dBm的无源器件是可以满足大部分室内分布系统的应用场景要求的，但是随着现网微蜂窝信源发射功率的加大，应用在信源前端的器件承受功率越来越大，产生的互调干扰也就越发明显。
同时考虑到在话务量高峰时期，载波发射数量更加之多，发射功率也更大，由于互调导致的干扰问题也就更加严峻。
如下图所示，在现网测试时，载频配置越高，互调信号越多，甚至导致出现群互调情况，底噪提升也更为之明显。
图5现网测试不同载波输入时的上行互调干扰
互调抑制是对网络干扰产生最为直接的指标，同时三阶互调还与输入功率值有3倍的对应关系，如图6所示3阶互调随着发射功率的递增或递减以3倍速度进行相应的快速变化，应用在基站信源前端的承受功率较大器件应该选择互调指标更加优秀的产品才可满足要求；多系统共接入的场景，系统间的互调相互干扰更加严重，对互调指标要求也就更加高。
图6一阶交调与三阶交调增益曲线
通过现网中选取同一个小区，使用互调测试仪选取三阶互调值逐渐递增的四个电桥进行网络指标对比分析：
表4不同互调抑制值的电桥对网络指标的影响分析
三阶互调（dBc）
干扰带（1-5级）
TCH掉话率
TCH分配失败率
切换成功率
上行质量
（最差）-84
4-5
1.87%
7.61%
95.34%
3.17
-110
1-2
0.56%
0.49%
98.76%
0.67
-140
1
0.18%
0.46%
99.23%
0.15
（最优）-150dBc
1
0.07%
0.40%
99.26%
0.14
如上所示，无源器件的互调性能指标对干扰带产生着直接的影响关系，提高无源器件的互调指标能有效改善网络的KPI指标。
要保证器件的三阶互调，必须有严格的制作工艺：
保证一定的腔体镀银厚度，镀银面不能存在缺陷，在运输和储存过程中腔体须密封包装，需对镀银层进行防潮防氧化保护。
在产品装配阶段，镀银件独立包装；保证接头和腔体接触良好；器件内部焊点须光滑饱满，无虚焊，提高焊接的可靠性；保证腔体内部的洁净。
4、器件干扰网管判断手段
无源器件（耦合器、功分器、合路器、衰减器、负载）、天馈系统的问题逐渐的成为影响网络质量的主要因素之一。
如何确定干扰是否由无源器件引起，可以从以下几个角度考虑：
1）判断是否与话务量密切相关，如果干扰与话务量关联性大，说明是系统内干扰，判断干扰来自网络自直放站、同邻频干扰和器件故障；干扰与话务量相关性小，则初步判断干扰来自直放站（主要为私建直放站）、阻断器、其他网络信号干扰等外部强干扰源。
2）如果判断是系统内干扰，再判断是否由有源设备（如直放站）等原因引起。
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