5G puso de relieve los problemas de intermodulación pasiva. Ahora depende de los ingenieros y técnicos identificar y mitigar la degradación de la señal para minimizar las llamadas caídas y otros problemas.
By Danny Sleiman, EXFO
Una conexión suelta; un techo de metal; líneas eléctricas. Incluso un perno oxidado. Se estima que los operadores móviles gastarán $ 1.1 billones en gastos de capital entre 2020 y 2025, gran parte de los cuales se asignarán a la creación, mejora y mantenimiento de sus redes avanzadas; un poco de corrosión puede resultar en tasas de datos más bajas o llamadas caídas.
La interferencia de intermodulación pasiva (PIM) no es un problema nuevo para la industria móvil, pero está creciendo. PIM se ha convertido en un problema apremiante debido al rápido despliegue de nuevas tecnologías, el uso de bandas de frecuencia ubicadas cerca unas de otras que son particularmente susceptibles a este problema y el creciente número de suscriptores. Estos factores se han combinado para crear un entorno desafiante donde PIM puede causar una interrupción y degradación significativas en el rendimiento de las redes inalámbricas.
¿Qué es PIM?
PIM es la generación de señales de interferencia causadas por no linealidades en los componentes pasivos de una red inalámbrica. La interacción de componentes mecánicos, como cables sueltos, conexiones sucias o corroídas, o conexiones de metal sobre metal, como sujetadores, puede producir PIM. Cuando dos señales pasan a través de estos componentes, las señales pueden interferir entre sí, creando armónicos que caen directamente en la banda de enlace ascendente. Las redes pueden transmitir y recibir señales 4G/5G sin ver ningún problema. Sin embargo, en redes ocupadas con múltiples bandas de frecuencia transmitidas, aumentan las posibilidades de causar interferencia de RF.
Las redes móviles tienen como objetivo hacer el mejor uso de las frecuencias que licencian, lo que significa que esto es un problema, especialmente en las bandas de 450 MHz a 1 GHz de banda inferior y de espectro medio de 1 GHz a 6 GHz que utilizan muchos operadores para servicios 5G. Las frecuencias más altas y las redes menos pobladas pueden ser menos propensas a la interferencia PIM.
El tercer armónico suele ser el más fuerte en PIM porque es el resultado de la mezcla no lineal de segundo orden de dos señales de entrada, lo que genera un producto de intermodulación a tres veces la frecuencia de una de las señales de entrada (ver Figura 1 y XNUMX y Tabla 1). El resultado es un aumento en el nivel de ruido que afecta las señales deseadas, lo que provoca llamadas interrumpidas y disminución de la capacidad. Para compensar, los niveles de potencia del sitio celular aumentarán para que la señal pueda separarse del ruido. Este aumento en el poder es una gran señal para la red de que existe un problema, pero también crea sus propios problemas.
Tabla 1. Las matemáticas detrás de IMD y PIM muestran
donde se producen los productos de distorsión.
| Orden (IMx) | frecuencias | Tono 1 | Tono 2 | |
| 1er orden | f1 | f2 | 100 MHz | 101 MHz |
| 2nd orden | f1 +f2 | f1 -2 | 201 MHz | 1 MHz |
| 3rd orden | 2f1 -2 | 2f2 -1 | 99 MHz | 102 MHz |
| 2f1 +f2 | 2f2 +f1 | 301 MHz | 302 MHz | |
| 4th orden | 2f2 + 2f1 | 2f2 – 2f1 | 402 MHz | 2 MHz |
| 5th orden | 3f1 – 2f2 | 3f2 – 3f1 | 98 MHz | 103 MHz |
| 3f1 + 2f2 | 3f2 + 2f1 | 502 MHz | 503 MHz | |
| 7th orden | 4f1 + 3f2 | 4f2 – 3f1 | 97 MHz | 104 MHz |
| 4f1 + 3f2 | 4f2 + 3f1 | 703 MHz | 704 MHz | |
| 9th orden | 5f1 – 4f2 | 5f2 – 4f1 | 96 MHz | 105 MHz |
| 5f1 + 4f2 | 5f2 – 4f1 | 904 MHz | 905 MHz | |
PIM se vuelve más evidente cuando los sitios celulares experimentan altos niveles de actividad con numerosos dispositivos de usuario conectados a la red. A medida que el sitio intenta superar el ruido y la interferencia dentro de la red, es posible que deba aumentar los niveles de potencia, lo que puede exacerbar aún más la PIM. Un ejemplo de cómo compensar el ruido en un entorno lleno de gente es hablar más fuerte para que el oyente pueda escuchar su mensaje. En situaciones donde el nivel de ruido es alto, ajustamos naturalmente nuestro volumen vocal para asegurarnos de que nuestro mensaje se comunique de manera efectiva. De manera similar, los sitios celulares que intentan superar la interferencia del ruido aumentan sus niveles de potencia para compensar, lo que puede afectar los sitios celulares cercanos.
Detección de las fuentes de interferencia PIM
Saber que existe un problema de interferencia en una red puede ser sencillo. El aumento del uso de energía mencionado anteriormente es una gran pista, y muchas redes tienen software de detección de fallas que pueden señalar dónde existe la interferencia. Desafortunadamente, identificar los sitios donde existe interferencia PIM y saber qué está causando la interferencia en estos sitios son desafíos muy diferentes. Los orígenes de la interferencia PIM pueden ser extremadamente difíciles de precisar.
Figura 1. La intermodulación (IMD) crea distorsión que degrada la calidad de la señal y provoca PIM. El tercer armónico suele ser el peor infractor.
Primero, hay dos tipos de PIM. El PIM interno es causado por elementos de RF internos en la infraestructura, como conectores sueltos, cables y conectores dañados y elementos defectuosos en las antenas. Estos problemas generalmente ocurren entre el transmisor y la antena, y el culpable más común es un cable coaxial dañado o defectuoso. PIM externo es causado por objetos ubicados cerca de los sitios celulares. Los ejemplos incluyen objetos metálicos (generalmente oxidados) cerca de la antena, techos de metal o incluso vallas publicitarias digitales. La interferencia de cualquiera de estos dominios es difícil de identificar.
Lidiar con el PIM interno a menudo puede requerir que un equipo de especialistas suba a una torre de telefonía móvil o acceda a un tejado para buscar qué podría estar causando el problema. Esas situaciones implican gastos y riesgos, especialmente llevar un analizador PIM voluminoso. Incluso entonces, no hay garantía de identificar el problema la primera vez, por lo que pueden ser necesarios varios recorridos para encontrar y detectar todas las fuentes potenciales de PIM. Si bien el sospechoso más probable es un conector coaxial corroído, esto no está garantizado; Todo el proceso de encontrar y resolver un problema interno de PIM puede tardar semanas en completarse. Esto se debe en parte al análisis requerido, que puede ser un esfuerzo mayoritariamente manual en lugar de utilizar métodos automatizados. la tecnología.
El PIM externo puede ser aún más difícil de localizar. Los técnicos deben buscar e identificar la fuente (o fuentes) que causan la interferencia, y es posible que la solución no sea evidente. Un analizador de espectro puede ayudar a identificar la fuente, y el proceso de búsqueda de interferencias es muy manual y generalmente requiere experiencia en RF. En circunstancias extremas, la única solución puede ser mover el sitio por completo.
Para empeorar aún más esta mala situación, no es inmediatamente obvio cuándo el problema es externo o interno. El análisis puede significar desconectar el sitio de la red para su evaluación, lo que está lejos de ser ideal para un operador que se esfuerza por mantener a los clientes conectados. Los técnicos tienen una ventana corta para tratar de resolver problemas para que los clientes no sufran demasiadas interrupciones.
Búsqueda de PIM más fácil
La naturaleza de la interferencia PIM la convierte en un dolor de cabeza particular para los operadores, dado que es común, difícil de precisar y resolverla puede ser costoso. Además, una búsqueda prolongada de interferencias PIM puede causar más problemas de los que resuelve. A medida que los ingenieros buscan el problema y cambian las conexiones y el hardware, pueden terminar introduciendo elementos que empeoran la interferencia del PIM, en lugar de mejorarla. Afortunadamente, hay maneras de mitigar estos problemas.
Análisis de RF sobre interfaz de radio pública común (CPRI)
Puede parecer contradictorio en una red móvil que el diagnóstico de problemas de PIM pueda implicar pruebas de RF tanto de fibra como inalámbricas. De hecho, al utilizar el análisis de espectro de RF sobre la fibra o el protocolo CPRI, los técnicos pueden aislar si el problema es PIM interno o externo. Para realizar el análisis de espectro de RF sobre la fibra (o CPRI), los técnicos conectan un divisor óptico cerca de la unidad de banda base en la parte inferior de una torre de antena para diagnosticar el problema de PIM. Realizar este análisis desde el suelo evita el tiempo y el esfuerzo de un técnico que escala una torre para abordar la interferencia.
Un beneficio importante es que el análisis del espectro de RF sobre la fibra es una aplicación de prueba pasiva, por lo que la unidad de banda base y el cabezal de radio remoto continuarán procesando las llamadas con normalidad, lo que permitirá a los técnicos analizar el espectro del enlace ascendente durante el funcionamiento normal del sitio, y durante los períodos ocupados cuando PIM es el más activo.
Este tipo de análisis requiere equipo especializado, ya que debe estar en sintonía con los diferentes componentes de la red, y el equipo de red de diferentes o múltiples proveedores significa que las señales cifradas a lo largo de la fibra no son fáciles de analizar. Los procesos están disponibles para detectar automáticamente las señales de propiedad de los proveedores, lo que reduce la configuración al aplicar inteligencia y automatización.
Figura 2. PIM cubre antenas de protección y otros componentes pasivos, lo que ayuda a aislar las fuentes de PIM (Imagen: ConcealFab).
Mantas PIM
Una forma de detectar si un sujetador o perno en particular está causando una interferencia PIM externa es arreglarlo o reemplazarlo. Esto no siempre es ideal: si el problema persiste, entonces un ingeniero o técnico ha invertido un tiempo y recursos valiosos reparando algo que no ha resuelto el problema. Una forma de evitar esto es bastante simple: arroje una manta PIM sobre el elemento ofensivo (Figura 2 y XNUMX). Estos suprimen la señal de RF, lo que significa que ya no interfiere con el sitio. De esta forma el proceso de eliminación es más rápido y se pueden realizar reparaciones en elementos que realmente merecen la pena.
Analizadores de espectro
Para situaciones en las que el PIM interno o externo no se diagnostica fácilmente en un sitio en particular, los analizadores de espectro por aire con búsqueda de interferencias conectados a una sonda PIM o una antena direccional pueden permitir que cualquier persona busque las causas de la interferencia PIM en curso (Figura 3 y XNUMX). Muchas soluciones a los problemas de PIM utilizan múltiples herramientas y son demasiado complejas para usar sin experiencia avanzada, pero invertir en equipos inteligentes significa que los técnicos de campo pueden detectar problemas más rápidamente.
Figura 3. Esta configuración de prueba utiliza un analizador de espectro conectado a la interfaz óptica CPRI de un sitio celular para detectar problemas de PIM.
Dado que la interferencia de PIM causa velocidades de datos más lentas y llamadas caídas, es probable que cualquier cliente que haga uso regular de un sitio ya esté sufriendo problemas. El tiempo de inactividad prolongado mientras se localiza el problema solo empeorará esto, por lo que es importante garantizar una resolución rápida.
PIM nunca desaparecerá
Dondequiera que tengamos tecnología inalámbrica, tenemos PIM porque es imposible eliminarlo por completo. Por lo tanto, es una consideración que los operadores deben tomar en serio. Las redes solo se llenarán más a medida que las nuevas tecnologías aumenten el rendimiento de datos y se construyan más sitios celulares para hacer frente a la demanda.
Los operadores deben abordar esto con un enfoque proactivo y reactivo. El enfoque reactivo siempre será necesario, por supuesto. Muchos sitios se crearon para admitir tecnologías más antiguas y se actualizaron para LTE y ahora 5G. Cuando se implementaron estas actualizaciones, los problemas con PIM se hicieron evidentes. Dado que PIM suele ser el resultado de la degradación de la infraestructura, tratar con PIM es simplemente parte del mantenimiento continuo.
Pero hay pasos que los operadores pueden tomar para evitar problemas de PIM. Como las conexiones de metal sobre metal suelen ser un gran problema, los sitios pueden usar sujetadores y conexiones de plástico para que no surjan estos problemas: el acero inoxidable puede ser duradero, pero eso no importa si está causando interferencia. Los operadores pueden tomar otras medidas para evitar la corrosión de los materiales. Las posibles fuentes de PIM se pueden identificar y mitigar antes de que se conviertan en un problema.
Toda la planificación, construcción y mantenimiento de la red debe llevarse a cabo teniendo en cuenta la mitigación de PIM, no solo teniendo en cuenta la tecnología actual sino también la del mañana. El cambio a 5G reveló algunos problemas importantes de PIM, entonces, ¿qué pasa con 6G? ¿O incluso más lejos? ¿Qué pasa cuando las nuevas bandas están disponibles? Es imposible estar completamente protegido contra la interferencia de PIM en el futuro, pero el impacto negativo de PIM se puede reducir con el enfoque correcto.