5G membawa masalah intermodulasi pasif menjadi sorotan. Sekarang tergantung pada insinyur dan teknisi untuk mengidentifikasi dan memitigasi degradasi sinyal untuk meminimalkan panggilan terputus dan masalah lainnya.
By Danny Sleiman, EXFO
Koneksi yang longgar; atap logam; saluran listrik. Bahkan baut berkarat. Diperkirakan bahwa operator seluler akan menghabiskan $1.1 triliun untuk belanja modal antara tahun 2020 dan 2025, sebagian besar dialokasikan untuk membuat, meningkatkan, dan memelihara jaringan canggihnya — sedikit korosi dapat mengakibatkan penurunan kecepatan data atau panggilan terputus.
Gangguan intermodulasi pasif (PIM) bukanlah masalah baru bagi industri seluler, tetapi terus berkembang. PIM menjadi masalah yang mendesak karena penyebaran teknologi baru yang cepat, penggunaan pita frekuensi yang terletak berdekatan satu sama lain yang sangat rentan terhadap masalah ini, dan meningkatnya jumlah pelanggan. Faktor-faktor ini telah digabungkan untuk menciptakan lingkungan yang menantang di mana PIM dapat menyebabkan gangguan dan penurunan kinerja jaringan nirkabel yang signifikan.
Apa itu PIM?
PIM adalah pembangkitan sinyal interferensi yang disebabkan oleh ketidaklinieran dalam komponen pasif jaringan nirkabel. Interaksi komponen mekanis — seperti kabel yang longgar, sambungan yang kotor atau berkarat, atau sambungan logam-ke-logam seperti pengencang — dapat menghasilkan PIM. Ketika dua sinyal melewati komponen ini, sinyal dapat mengganggu satu sama lain, menciptakan harmonik yang langsung masuk ke pita uplink. Jaringan dapat mengirim dan menerima sinyal 4G/5G tanpa pernah mengalami masalah. Namun, dalam jaringan sibuk dengan beberapa pita frekuensi yang ditransmisikan, kemungkinan menyebabkan interferensi RF meningkat.
Jaringan seluler bertujuan untuk memanfaatkan frekuensi yang mereka lisensikan dengan sebaik-baiknya, yang berarti ini adalah masalah — terutama pada pita frekuensi rendah 450 MHz hingga 1 GHz dan frekuensi menengah 1 GHz hingga 6 GHz yang digunakan oleh banyak operator untuk layanan 5G. Frekuensi yang lebih tinggi dan jaringan yang kurang ramai mungkin kurang rentan terhadap interferensi PIM.
Harmonik ketiga seringkali yang terkuat di PIM karena merupakan hasil pencampuran nonlinier orde kedua dari dua sinyal input, yang menghasilkan produk intermodulasi pada tiga kali frekuensi salah satu sinyal input (lihat Gambar 1 dan Tabel 1). Hasilnya adalah peningkatan tingkat kebisingan yang memengaruhi sinyal yang diinginkan, menyebabkan panggilan terputus dan kapasitas menurun. Untuk mengimbanginya, level daya situs seluler akan meningkat sehingga sinyal dapat dipisahkan dari derau. Lonjakan kekuatan ini adalah tanda besar bagi jaringan bahwa ada masalah, tetapi juga menciptakan masalahnya sendiri.
Tabel 1. Perhitungan di balik tampilan IMD dan PIM
di mana produk distorsi terjadi.
| Pesan (IMx) | Frekuensi | Nada 1 | Nada 2 | |
| Urutan pertama | f1 | f2 | 100 MHz | 101 MHz |
| Urutan 2nd | f1 +f2 | f1 - f2 | 201 MHz | 1 MHz |
| urutan ke-3 | 2f1 - f2 | 2f2 - f1 | 99 MHz | 102 MHz |
| 2f1 +f2 | 2f2 +f1 | 301 MHz | 302 MHz | |
| Urutan 4th | 2f2 + 2f1 | 2f2 – 2f1 | 402 MHz | 2 MHz |
| Urutan 5th | 3f1 – 2f2 | 3f2 – 3f1 | 98 MHz | 103 MHz |
| 3f1 + 2f2 | 3f2 + 2f1 | 502 MHz | 503 MHz | |
| Urutan 7th | 4f1 + 3f2 | 4f2 – 3f1 | 97 MHz | 104 MHz |
| 4f1 + 3f2 | 4f2 + 3f1 | 703 MHz | 704 MHz | |
| Urutan 9th | 5f1 – 4f2 | 5f2 – 4f1 | 96 MHz | 105 MHz |
| 5f1 + 4f2 | 5f2 – 4f1 | 904 MHz | 905 MHz | |
PIM menjadi lebih jelas ketika situs seluler mengalami aktivitas tingkat tinggi dengan banyak perangkat pengguna yang tersambung ke jaringan. Karena situs berusaha mengatasi derau dan interferensi dalam jaringan, mungkin perlu meningkatkan tingkat daya, yang selanjutnya dapat memperburuk PIM. Contoh mengkompensasi kebisingan di lingkungan yang ramai adalah berbicara lebih keras sehingga pendengar dapat mendengar pesan Anda. Dalam situasi di mana tingkat kebisingan tinggi, kami secara alami menyesuaikan volume suara kami untuk memastikan bahwa pesan kami dikomunikasikan secara efektif. Demikian pula, situs sel mencoba untuk mengatasi gangguan kebisingan meningkatkan tingkat kekuatan mereka untuk mengkompensasi, yang dapat mempengaruhi situs sel terdekat.
Mendeteksi sumber gangguan PIM
Mengetahui bahwa masalah interferensi ada di jaringan bisa langsung. Peningkatan penggunaan daya yang disebutkan sebelumnya adalah petunjuk besar, dan banyak jaringan memiliki perangkat lunak pendeteksi kesalahan yang dapat menunjukkan di mana ada gangguan. Sayangnya, mengidentifikasi situs di mana ada interferensi PIM dan mengetahui apa yang menyebabkan interferensi di situs tersebut merupakan tantangan yang sangat berbeda. Asal-usul interferensi PIM bisa sangat sulit ditentukan.
Gambar 1. Intermodulasi (IMD) menciptakan distorsi yang menurunkan kualitas sinyal, menyebabkan PIM. Harmonik ketiga biasanya merupakan pelanggar terburuk.
Pertama, ada dua jenis PIM. PIM internal disebabkan oleh elemen RF internal di infrastruktur seperti konektor yang longgar, kabel dan konektor yang rusak, dan elemen antena yang rusak. Masalah ini biasanya terjadi antara pemancar dan antena, dan penyebab paling umum adalah kabel koaksial yang rusak atau rusak. PIM eksternal disebabkan oleh objek yang terletak di dekat situs sel. Contohnya termasuk benda logam (biasanya berkarat) di dekat antena, atap logam, atau bahkan papan reklame digital. Interferensi dari salah satu domain ini sulit diidentifikasi.
Berurusan dengan PIM internal sering kali memerlukan kru spesialis yang memanjat menara seluler atau mengakses atap untuk mencari penyebab masalahnya. Situasi tersebut memerlukan biaya dan risiko, terutama jika membawa alat analisa PIM yang besar. Meski begitu, tidak ada jaminan untuk mengidentifikasi masalah pada kali pertama, sehingga beberapa truk roll mungkin diperlukan untuk menemukan dan mendeteksi setiap sumber potensial PIM. Meskipun konektor koaksial yang terkorosi kemungkinan besar menjadi penyebabnya, hal ini tidak dijamin; seluruh proses untuk menemukan dan menyelesaikan masalah internal PIM dapat memakan waktu berminggu-minggu untuk diselesaikan. Hal ini sebagian disebabkan oleh analisis yang diperlukan, yang sebagian besar merupakan upaya manual dibandingkan menggunakan otomatisasi teknologi.
PIM eksternal bahkan lebih sulit ditemukan. Teknisi perlu memburu dan menentukan sumber (atau beberapa sumber) yang menyebabkan gangguan, dan solusinya mungkin tidak mudah terlihat. Penganalisis spektrum dapat membantu menentukan sumbernya, dan proses pencarian interferensi sangat manual dan biasanya memerlukan keahlian RF. Dalam keadaan ekstrim, satu-satunya solusi adalah memindahkan situs sepenuhnya.
Membuat situasi buruk ini menjadi lebih buruk, tidak segera terlihat jelas ketika masalahnya eksternal atau internal. Analisis dapat berarti memutuskan lokasi dari jaringan untuk penilaian, yang jauh dari ideal bagi operator yang berusaha untuk menjaga agar pelanggan tetap terhubung. Teknisi memiliki jendela pendek untuk mencoba dan menyelesaikan masalah sehingga pelanggan tidak mengalami terlalu banyak gangguan.
Perburuan PIM lebih mudah
Sifat interferensi PIM membuatnya memusingkan bagi operator, mengingat hal itu umum terjadi, sulit dijabarkan, dan menyelesaikannya bisa mahal. Selain itu, pencarian interferensi PIM yang diperpanjang dapat menyebabkan lebih banyak masalah daripada penyelesaiannya. Saat para insinyur mencari masalah dan mengubah koneksi dan perangkat keras, mereka akhirnya dapat memperkenalkan elemen yang membuat interferensi PIM menjadi lebih buruk, bukan lebih baik. Untungnya, ada cara untuk mengurangi masalah ini.
Analisis RF melalui Common Public Radio Interface (CPRI)
Ini mungkin tampak berlawanan dengan intuisi dalam jaringan seluler yang mendiagnosis masalah PIM dapat melibatkan pengujian serat dan RF over-the-air. Faktanya, dengan menggunakan analisis spektrum RF melalui protokol serat atau CPRI, teknisi dapat mengisolasi apakah masalahnya adalah PIM internal atau eksternal. Untuk melakukan analisis spektrum RF pada serat (atau CPRI), teknisi memasang pembagi optik di dekat unit pita dasar di bagian bawah menara antena untuk mendiagnosis masalah PIM. Melakukan analisis ini dari tanah menghindari waktu dan tenaga teknisi yang memanjat menara untuk mengatasi gangguan.
Manfaat utama adalah bahwa analisis spektrum RF melalui serat adalah aplikasi uji pasif, sehingga unit pita dasar dan kepala radio jarak jauh akan terus memproses panggilan secara normal, memungkinkan teknisi untuk menganalisis spektrum uplink selama operasi situs normal — dan selama periode sibuk ketika PIM paling aktif.
Jenis analisis ini memerlukan peralatan khusus karena harus disesuaikan dengan komponen jaringan yang berbeda — dan peralatan jaringan dari vendor yang berbeda atau banyak berarti bahwa sinyal terenkripsi sepanjang serat tidak mudah dianalisis. Proses tersedia untuk mendeteksi sinyal milik vendor secara otomatis, yang mengurangi konfigurasi dengan menerapkan kecerdasan dan otomatisasi.
Gambar 2. Antena pelindung selimut PIM dan komponen pasif lainnya, yang membantu mengisolasi sumber PIM (Gambar: ConcealFab).
selimut PIM
Salah satu cara untuk mendeteksi apakah pengencang atau baut tertentu menyebabkan interferensi PIM eksternal adalah dengan memperbaiki atau menggantinya. Ini tidak selalu ideal — jika masalah tetap ada maka seorang insinyur atau teknisi telah menghabiskan waktu dan sumber daya yang berharga untuk memperbaiki sesuatu yang belum menyelesaikan masalah. Salah satu cara mengatasinya cukup sederhana: lemparkan selimut PIM ke atas barang yang menyinggung (Gambar 2). Ini menekan sinyal RF, artinya tidak lagi mengganggu situs. Dengan cara ini proses eliminasi menjadi lebih cepat dan perbaikan dapat dilakukan pada barang yang memang layak untuk diperbaiki.
Penganalisis spektrum
Untuk situasi di mana PIM internal atau eksternal tidak siap didiagnosis di lokasi tertentu, penganalisa spektrum over-the-air dengan pemburu interferensi yang terhubung ke probe PIM atau antena pengarah dapat memungkinkan siapa saja untuk memburu penyebab interferensi PIM yang sedang berlangsung (Gambar 3). Banyak solusi untuk masalah PIM menggunakan banyak alat dan terlalu rumit untuk digunakan tanpa keahlian tingkat lanjut, tetapi berinvestasi dalam peralatan cerdas berarti teknisi lapangan dapat mendeteksi masalah dengan lebih cepat.
Gambar 3. Penyiapan pengujian ini menggunakan penganalisis spektrum yang terhubung ke antarmuka optik CPRI situs sel untuk mencari masalah PIM.
Mengingat bahwa interferensi PIM menyebabkan kecepatan data lebih lambat dan panggilan terputus, setiap pelanggan yang menggunakan situs secara teratur kemungkinan besar sudah mengalami masalah. Waktu henti yang diperpanjang saat masalah ditemukan hanya akan memperburuk keadaan, jadi penting untuk memastikan penyelesaian yang cepat.
PIM tidak akan pernah hilang
Di mana pun kami memiliki teknologi nirkabel, kami memiliki PIM karena tidak mungkin untuk dihilangkan seluruhnya. Jadi, ini adalah pertimbangan yang perlu diperhatikan oleh operator dengan serius. Jaringan hanya akan menjadi lebih ramai karena teknologi baru meningkatkan throughput data dan lebih banyak situs sel dibangun untuk mengatasi permintaan.
Operator perlu mendekati ini dengan pendekatan proaktif dan juga reaktif. Pendekatan reaktif akan selalu diperlukan, tentu saja. Banyak situs dibangun untuk mendukung teknologi lama dan ditingkatkan untuk LTE dan sekarang 5G. Saat pemutakhiran ini dilakukan, masalah dengan PIM menjadi jelas. Karena PIM seringkali merupakan akibat dari degradasi infrastruktur, maka menangani PIM hanyalah bagian dari pemeliharaan berkelanjutan.
Namun ada beberapa langkah yang dapat dilakukan operator untuk mencegah masalah PIM. Karena sambungan logam-ke-logam sering menjadi masalah besar, situs dapat menggunakan pengencang dan sambungan plastik sehingga masalah ini tidak muncul — baja tahan karat mungkin tahan lama, tetapi tidak masalah jika menyebabkan gangguan. Operator dapat mengambil langkah lain untuk mencegah korosi material. Sumber PIM potensial dapat diidentifikasi dan dikurangi sebelum menjadi masalah.
Semua perencanaan, pembangunan, dan pemeliharaan jaringan perlu dilakukan dengan mempertimbangkan mitigasi PIM, tidak hanya mempertimbangkan teknologi saat ini tetapi juga masa depan. Pergeseran ke 5G mengungkap beberapa masalah PIM yang besar, lalu bagaimana dengan 6G? Atau bahkan lebih jauh? Bagaimana dengan band baru yang tersedia? Proteksi masa depan sepenuhnya terhadap gangguan PIM tidak mungkin dilakukan, tetapi dampak negatif PIM dapat dikurangi dengan pendekatan yang tepat.