تحديد واستكشاف وحل مشكلات PIM في الشبكات اللاسلكية

سلطت شبكة الجيل الخامس 5G الضوء على مشاكل التعديل البيني السلبي. الآن الأمر متروك للمهندسين والفنيين لتحديد تدهور الإشارة والتخفيف من حدته لتقليل المكالمات المفقودة وغيرها من المشكلات.

By داني سليمان ، EXFO

اتصال فضفاض سقف معدني خطوط الكهرباء. حتى الترباس الصدئ. تشير التقديرات إلى أن مشغلي الهاتف المحمول سينفقون 1.1 تريليون دولار على النفقات الرأسمالية بين عامي 2020 و 2025 ، معظمها مخصص لإنشاء شبكاتها المتقدمة وتحسينها وصيانتها - يمكن أن يؤدي القليل من التآكل إلى انخفاض معدلات البيانات أو انقطاع المكالمات.

لا يمثل التداخل السلبي في التشكيل البيني (PIM) مشكلة جديدة في صناعة الهاتف المحمول ، ولكنه آخذ في الازدياد. أصبح PIM مشكلة ملحة بسبب النشر السريع للتقنيات الجديدة ، واستخدام نطاقات التردد الموجودة بالقرب من بعضها البعض والتي تكون عرضة بشكل خاص لهذه المشكلة ، وزيادة عدد المشتركين. تضافرت هذه العوامل لخلق بيئة مليئة بالتحديات حيث يمكن أن يتسبب PIM في حدوث اضطراب كبير وتدهور في أداء الشبكات اللاسلكية.

ما هو PIM؟
PIM هو توليد إشارات متداخلة ناتجة عن اللاخطية في المكونات السلبية لشبكة لاسلكية. يمكن أن ينتج عن تفاعل المكونات الميكانيكية - مثل الكابلات المفكوكة أو الوصلات المتسخة أو المتآكلة أو الوصلات المعدنية على المعدن مثل المثبتات - PIM. عندما تمر إشارتان عبر هذه المكونات ، يمكن أن تتداخل الإشارات مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى إنشاء توافقيات تقع مباشرة في نطاق الوصلة الصاعدة. يمكن للشبكات نقل واستقبال إشارات 4G / 5G دون مواجهة أي مشكلة. ومع ذلك ، في الشبكات المزدحمة ذات نطاقات التردد المتعددة المرسلة ، تزداد فرص التسبب في تداخل التردد اللاسلكي.

تهدف شبكات الهاتف المحمول إلى تحقيق أقصى استفادة من الترددات التي ترخصها ، مما يعني أن هذه مشكلة - خاصة في النطاق المنخفض المزدحم 450 ميجاهرتز إلى 1 جيجاهرتز ونطاقات الطيف المتوسط ​​من 1 جيجاهرتز إلى 6 جيجاهرتز المستخدمة من قبل العديد من المشغلين لخدمات الجيل الخامس. قد تكون الترددات الأعلى والشبكات الأقل ازدحامًا أقل عرضة لتداخل PIM.

غالبًا ما يكون التوافقي الثالث هو الأقوى في PIM لأنه ناتج عن الخلط غير الخطي من الدرجة الثانية لإشارات إدخال ، مما يولد منتجًا بينيًا بثلاثة أضعاف تردد إحدى إشارات الإدخال (انظر الشكل 1 و الجدول 1). والنتيجة هي زيادة مستوى الضوضاء التي تؤثر على الإشارات المرغوبة ، مما يؤدي إلى انقطاع المكالمات وانخفاض السعة. للتعويض ، ستزداد مستويات الطاقة في الموقع الخلوي بحيث يمكن فصل الإشارة عن الضوضاء. هذا الارتفاع في القوة هو علامة كبيرة للشبكة على وجود مشكلة ، ولكنها تخلق أيضًا مشكلاتها الخاصة.

يصبح PIM أكثر وضوحًا عندما تواجه المواقع الخلوية مستويات عالية من النشاط مع العديد من أجهزة المستخدم المتصلة بالشبكة. نظرًا لأن الموقع يحاول التغلب على الضوضاء والتداخل داخل الشبكة ، فقد يحتاج إلى زيادة مستويات الطاقة ، مما قد يؤدي إلى زيادة تفاقم PIM. مثال على تعويض الضوضاء في بيئة مزدحمة هو التحدث بصوت أعلى حتى يتمكن المستمع من سماع رسالتك. في المواقف التي يكون فيها مستوى الضوضاء مرتفعًا ، نقوم بشكل طبيعي بضبط مستوى صوتنا لضمان توصيل رسالتنا بشكل فعال. وبالمثل ، فإن المواقع الخلوية التي تحاول التغلب على تداخل الضوضاء تزيد من مستويات طاقتها للتعويض ، مما قد يؤثر على المواقع الخلوية القريبة.

الكشف عن مصادر تداخل PIM
إن معرفة وجود مشكلة تداخل في الشبكة يمكن أن يكون أمرًا مباشرًا. يعد استخدام الطاقة المتزايد المذكور سابقًا دليلًا كبيرًا ، والعديد من الشبكات لديها برنامج للكشف عن الأخطاء يمكن أن يشير إلى مكان وجود التداخل. لسوء الحظ ، فإن تحديد المواقع التي يوجد بها تداخل PIM ومعرفة سبب التداخل في هذه المواقع يمثلان تحديات مختلفة تمامًا. يمكن أن يكون من الصعب للغاية تحديد أصول تداخل PIM.

أولاً ، هناك نوعان من PIM. يحدث PIM الداخلي بسبب عناصر RF الداخلية في البنية التحتية مثل الموصلات غير الثابتة والكابلات والموصلات التالفة والعناصر المعيبة في الهوائيات. تحدث هذه المشكلات عادةً بين جهاز الإرسال والهوائي ، والمسبب الأكثر شيوعًا هو الكبل المحوري التالف أو المعيب. يحدث PIM الخارجي بسبب الكائنات الموجودة بالقرب من مواقع الخلايا. تشمل الأمثلة الأشياء المعدنية (الصدئة عادة) القريبة من الهوائي أو الأسطح المعدنية أو حتى اللوحات الإعلانية الرقمية. من الصعب تحديد التداخل من أي من هذه المجالات.

قد يتطلب التعامل مع نظام PIM الداخلي في كثير من الأحيان طاقمًا متخصصًا يتسلق برجًا خلويًا أو يصل إلى السطح للبحث عن سبب المشكلة. تنطوي هذه المواقف على تكاليف ومخاطر، خاصة حمل محلل PIM ضخم. وحتى في هذه الحالة، لا يوجد ضمان لتحديد المشكلة في المرة الأولى، لذلك قد يكون من الضروري وجود عدة لفات للشاحنات للعثور على كل مصدر محتمل لـ PIM واكتشافه. في حين أن الموصل المحوري المتآكل هو المشتبه به على الأرجح، إلا أن هذا غير مضمون؛ يمكن أن تستغرق العملية الكاملة للعثور على مشكلة PIM الداخلية وحلها أسابيع حتى تكتمل. ويرجع ذلك جزئيًا إلى التحليل المطلوب، والذي يمكن أن يكون في الغالب جهدًا يدويًا بدلاً من استخدام الآلي التكنلوجيا.

يمكن أن يكون تحديد موقع PIM الخارجي أكثر صعوبة. يحتاج الفنيون إلى البحث عن المصدر (أو المصادر) المسببة للتداخل وتحديده بدقة ، وقد لا يكون الحل واضحًا بسهولة. يمكن لمحلل الطيف المساعدة في تحديد المصدر بدقة ، وتكون عملية البحث عن التداخل يدوية للغاية وتتطلب عادةً خبرة في الترددات الراديوية. في الظروف القصوى ، قد يكون الحل الوحيد هو نقل الموقع بالكامل.

ومما يزيد من سوء الوضع سوءًا أنه ليس واضحًا على الفور عندما تكون المشكلة خارجية أو داخلية. يمكن أن يعني التحليل فصل الموقع عن الشبكة للتقييم ، وهو أبعد ما يكون عن المثالية لمشغل يسعى لإبقاء العملاء على اتصال. يمتلك الفنيون نافذة قصيرة لمحاولة حل المشكلات حتى لا يعاني العملاء كثيرًا من الاضطراب.

صيد أسهل PIM
طبيعة تداخل PIM تجعله مشكلة خاصة للمشغلين ، بالنظر إلى أنه أمر شائع ، ويصعب تحديده ، ويمكن أن يكون حله مكلفًا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب البحث المطول عن تداخل PIM في حدوث مشكلات أكثر مما يحلها. بينما يبحث المهندسون عن المشكلة ويغيرون الاتصالات والأجهزة ، يمكن أن ينتهي بهم الأمر بإدخال عناصر تجعل تداخل PIM أسوأ وليس أفضل. لحسن الحظ ، هناك طرق للتخفيف من هذه المشكلات.

تحليل الترددات الراديوية عبر واجهة الراديو العامة (CPRI)
قد يبدو من غير المنطقي في شبكة الهاتف المحمول أن تشخيص مشكلات PIM يمكن أن يشمل اختبار الترددات الراديوية عبر الألياف والألياف. في الواقع ، باستخدام تحليل طيف التردد اللاسلكي عبر بروتوكول الألياف أو بروتوكول CPRI ، يمكن للفنيين عزل ما إذا كانت المشكلة داخلية أو خارجية. لإجراء تحليل طيف التردد اللاسلكي على الألياف (أو CPRI) ، يقوم الفنيون بتوصيل مقسم ضوئي بالقرب من وحدة النطاق الأساسي في الجزء السفلي من برج الهوائي لتشخيص مشكلة PIM. يؤدي إجراء هذا التحليل من الأرض إلى تجنب الوقت والجهد اللذين يبذلهما الفني في تحجيم البرج لمعالجة التداخل.

تتمثل الميزة الرئيسية في أن تحليل طيف التردد اللاسلكي عبر الألياف هو تطبيق اختبار سلبي ، لذلك ستستمر وحدة النطاق الأساسي ورأس الراديو البعيد في معالجة المكالمات بشكل طبيعي ، مما يسمح للفنيين بتحليل طيف الوصلة الصاعدة أثناء التشغيل العادي للموقع - وأثناء فترات الانشغال عندما يكون PIM هو الأكثر نشاطا.

يتطلب هذا النوع من التحليل معدات متخصصة حيث يجب أن تكون متوافقة مع مكونات الشبكة المختلفة - وتعني معدات الشبكة من بائعين مختلفين أو متعددين أن الإشارات المشفرة على طول الألياف ليست سهلة التحليل. تتوفر العمليات للكشف التلقائي عن إشارات الملكية الخاصة بالبائعين ، مما يقلل من التكوين عن طريق تطبيق الذكاء والأتمتة.

بطانيات PIM
طريقة واحدة لاكتشاف ما إذا كان قفل أو مسمار معين يسبب تداخل PIM خارجي هو إصلاحه أو استبداله. هذا ليس مثاليًا دائمًا - إذا استمرت المشكلة ، فقد أمضى مهندس أو فني وقتًا ثمينًا وموارد لإصلاح شيء لم يحل المشكلة. طريقة واحدة للتغلب على هذا بسيطة للغاية: قم برمي بطانية PIM فوق العنصر المسيء (الشكل 2). يعمل هذا على منع إشارة التردد اللاسلكي ، مما يعني أنه لم يعد يتداخل مع الموقع. بهذه الطريقة تكون عملية الإزالة أسرع ويمكن إجراء إصلاحات على العناصر التي تستحق بالفعل الإصلاح.

محللات الطيف
في الحالات التي لا يتم فيها تشخيص PIM الداخلي أو الخارجي بسهولة في موقع معين ، يمكن لمحللي الطيف عبر الهواء مع مطاردة التداخل المتصل بمسبار PIM أو هوائي اتجاهي تمكين أي شخص من تعقب أسباب تداخل PIM المستمر (الشكل 3). تستخدم العديد من الحلول لمشاكل PIM أدوات متعددة وهي معقدة للغاية لاستخدامها بدون خبرة متقدمة ، لكن الاستثمار في المعدات الذكية يعني أن الفنيين الميدانيين يمكنهم اكتشاف المشكلات بسرعة أكبر.

نظرًا لأن تداخل PIM يتسبب في بطء معدلات البيانات وانخفاض المكالمات ، فمن المحتمل أن يكون أي عميل يستخدم الموقع بشكل منتظم يعاني بالفعل من مشكلات. ستؤدي فترة التوقف الطويلة أثناء تحديد المشكلة إلى تفاقم هذا الأمر ، لذا من المهم ضمان حل سريع.

لن يختفي PIM أبدًا
أينما كانت لدينا تقنية لاسلكية ، لدينا PIM لأنه من المستحيل التخلص منها تمامًا. وبالتالي ، فهو اعتبار يجب على المشغلين أخذه على محمل الجد. ستصبح الشبكات أكثر ازدحامًا لأن التقنيات الجديدة تزيد من سرعة نقل البيانات ويتم إنشاء المزيد من المواقع الخلوية للتعامل مع الطلب.

يحتاج المشغلون إلى التعامل مع هذا بطريقة استباقية وتفاعلية. سيكون النهج التفاعلي ضروريًا دائمًا ، بالطبع. تم إنشاء العديد من المواقع لدعم التقنيات القديمة وتمت ترقيتها إلى LTE والآن 5G. عندما كانت هذه الترقيات في مكانها الصحيح ، أصبحت مشاكل PIM واضحة. نظرًا لأن PIM غالبًا ما يكون نتيجة لتدهور البنية التحتية ، فإن التعامل مع PIM هو ببساطة جزء من الصيانة المستمرة.

ولكن هناك خطوات يمكن أن يتخذها المشغلون لمنع حدوث مشكلات في إدارة المعلومات الشخصية. نظرًا لأن التوصيلات المعدنية على المعدن غالبًا ما تكون مشكلة كبيرة ، يمكن للمواقع استخدام أدوات التثبيت والوصلات البلاستيكية حتى لا تظهر هذه المشكلات - قد يكون الفولاذ المقاوم للصدأ متينًا ، لكن هذا لا يهم إذا تسبب في حدوث تداخل. يمكن للمشغلين اتخاذ خطوات أخرى لمنع تآكل المواد. يمكن تحديد مصادر PIM المحتملة والتخفيف من حدتها قبل أن تصبح مشكلة.

يجب تنفيذ جميع عمليات التخطيط والبناء والصيانة للشبكة مع مراعاة التخفيف PIM ، ليس فقط مع الأخذ في الاعتبار تكنولوجيا اليوم ولكن الغد أيضًا. كشف التحول إلى 5G عن بعض مشكلات PIM الكبيرة ، فماذا عن 6G؟ أو أبعد من ذلك؟ ماذا عن وقت إتاحة الفرق الموسيقية الجديدة؟ إن الحماية الكاملة للمستقبل ضد تداخل PIM أمر مستحيل ، ولكن يمكن تقليل التأثير السلبي لـ PIM من خلال النهج الصحيح.