5G הביא לאור הזרקורים בעיות אינטרמודולציה פסיביות. עכשיו זה תלוי במהנדסים וטכנאים לזהות ולצמצם את השפלת האות כדי למזער שיחות שנפלו ובעיות אחרות.
By דני סלימן, אקספו
חיבור רופף; גג מתכת; קווי חשמל. אפילו בורג חלוד. ההערכה היא שמפעילי הסלולר יוציאו 1.1 טריליון דולר על הוצאות הון בין 2020 ל-2025, חלק גדול מהן מוקצה ליצירה, שיפור ותחזוקה של הרשתות המתקדמות שלה - מעט קורוזיה עלולה לגרום לירידה בקצבי הנתונים או להורדת שיחות.
הפרעות אינטרמודולציה פסיביות (PIM) אינן בעיה חדשה עבור תעשיית הסלולר, אך היא הולכת וגדלה. PIM הפכה לבעיה דחופה עקב פריסה מהירה של טכנולוגיות חדשות, שימוש ברצועות תדרים הממוקמים קרוב זה לזה ורגישים במיוחד לנושא זה, והגדלת מספר המנויים. גורמים אלה חברו יחד ויצרו סביבה מאתגרת שבה PIM יכול לגרום להפרעה והידרדרות משמעותית בביצועים של רשתות אלחוטיות.
מה זה PIM?
PIM הוא יצירת אותות מפריעים הנגרמים על ידי אי-לינאריות ברכיבים הפסיביים של רשת אלחוטית. האינטראקציה של רכיבים מכניים - כגון כבלים רופפים, חיבורים מלוכלכים או אכולים, או חיבורי מתכת על מתכת כגון מחברים - יכולה לייצר PIM. כאשר שני אותות עוברים דרך רכיבים אלה, האותות עלולים להפריע זה לזה, וליצור הרמוניות הנופלות ישירות לרצועת העלייה. רשתות יכולות לשדר ולקבל אותות 4G/5G מבלי לראות בעיה. עם זאת, ברשתות עמוסות עם רצועות תדר מרובים המשודרים, הסיכוי לגרום להפרעות RF עולה.
רשתות סלולריות שואפות לנצל בצורה הטובה ביותר את התדרים שהן מעניקות רישיון, כלומר זו בעיה - במיוחד בפס התחתון הצפוף של 450 מגה-הרץ עד 1 ג'יגה-הרץ והטווחים הבינוניים של 1 גיגה-הרץ עד 6 גיגה-הרץ המשמשים מפעילים רבים עבור שירותי 5G. תדרים גבוהים יותר ורשתות צפופות פחות עשויות להיות פחות מועדות להפרעות PIM.
ההרמונית השלישית היא לרוב החזקה ביותר ב-PIM מכיוון שהיא תוצאה של ערבוב לא ליניארי מסדר שני של שני אותות כניסה, אשר יוצר תוצר אינטרמודולציה בתדירות פי שלושה מאחד מאותות הכניסה (ראה איור 1 ו לוח 1). התוצאה היא עלייה ברמת הרעש המשפיעה על האותות הרצויים, מה שמוביל לניתוק שיחות וירידה בקיבולת. כדי לפצות, רמות ההספק של האתר הסלולרי יגדלו כך שניתן יהיה להפריד את האות מהרעש. הזינוק הזה בכוח הוא דגל גדול לרשת שקיימת בעיה, אבל גם יוצר בעיות משלה.
טבלה 1. המתמטיקה מאחורי IMD ו-PIM מציגה
שבו מתרחשים תוצרי עיוות.
| הזמנה (IMx) | תדרים | צליל 1 | צליל 2 | |
| סדר ראשון | f1 | f2 | 100 MHz | 101 MHz |
| סדר 2 | f1 + ו2 | f1 - ו2 | 201 MHz | 1 MHz |
| כדי 3rd | 2f1 - ו2 | 2f2 - ו1 | 99 MHz | 102 MHz |
| 2f1 + ו2 | 2f2 + ו1 | 301 MHz | 302 MHz | |
| סדר 4th | 2f2 + 2f1 | 2f2 – 2ו1 | 402 MHz | 2 MHz |
| סדר 5th | 3f1 – 2ו2 | 3f2 – 3ו1 | 98 MHz | 103 MHz |
| 3f1 + 2f2 | 3f2 + 2f1 | 502 MHz | 503 MHz | |
| סדר 7th | 4f1 + 3f2 | 4f2 – 3ו1 | 97 MHz | 104 MHz |
| 4f1 + 3f2 | 4f2 + 3f1 | 703 MHz | 704 MHz | |
| סדר 9th | 5f1 – 4ו2 | 5f2 – 4ו1 | 96 MHz | 105 MHz |
| 5f1 + 4f2 | 5f2 – 4ו1 | 904 MHz | 905 MHz | |
PIM הופך בולט יותר כאשר אתרי סלולר חווים רמות גבוהות של פעילות עם מכשירי משתמשים רבים המחוברים לרשת. ככל שהאתר מנסה להתגבר על הרעש וההפרעות בתוך הרשת, ייתכן שיהיה צורך להגביר את רמות הכוח, מה שעלול להחמיר עוד יותר את ה-PIM. דוגמה לפיצוי על רעש בסביבה צפופה היא דיבור חזק יותר כדי שהמאזין יוכל לשמוע את ההודעה שלך. במצבים בהם רמת הרעש גבוהה, אנו מתאימים באופן טבעי את עוצמת הקול שלנו כדי להבטיח שהמסר שלנו מועבר בצורה יעילה. באופן דומה, אתרים סלולריים המנסים להתגבר על הפרעות רעש מגדילים את רמות הכוח שלהם כדי לפצות, מה שעלול להשפיע על אתרי הסלולר הסמוכים.
זיהוי מקורות הפרעות PIM
הידיעה שקיימת בעיית הפרעות ברשת יכולה להיות פשוטה. השימוש המוגבר בחשמל שהוזכר קודם לכן הוא רמז גדול, ולרשתות רבות יש תוכנות לזיהוי תקלות שיכולות להצביע על המקום שבו קיימת הפרעה. למרבה הצער, זיהוי האתרים שבהם קיימת הפרעות PIM ולדעת מה גורם להפרעה באתרים אלו הם אתגרים שונים מאוד. קשה מאוד לאתר את המקורות של הפרעות PIM.
איור 1. אינטרמודולציה (IMD) יוצרת עיוות הפוגע באיכות האות, מה שגורם ל-PIM. ההרמונית השלישית היא בדרך כלל העבריין הגרוע ביותר.
ראשית, ישנם שני סוגים של PIM. PIM פנימי נגרם על ידי רכיבי RF פנימיים בתשתית כגון מחברים רופפים, כבלים ומחברים פגומים ואלמנטים פגומים באנטנות. בעיות אלה מתרחשות בדרך כלל בין המשדר לאנטנה, והגורם הנפוץ ביותר הוא כבל קואקסיאלי פגום או פגום. PIM חיצוני נגרם על ידי אובייקטים הממוקמים ליד אתרי תאים. דוגמאות כוללות חפצים מתכתיים (בדרך כלל חלודים) קרובים לאנטנה, גגות מתכת, או אפילו שלטי חוצות דיגיטליים. קשה לזהות הפרעות מכל אחד מהתחומים הללו.
התמודדות עם PIM פנימי עשויה לעתים קרובות לדרוש צוות מומחה לטפס על מגדל סלולרי או גישה לגג כדי לחפש מה עלול לגרום לבעיה. מצבים אלה כרוכים בהוצאות וסיכון, במיוחד נשיאת מנתח PIM מגושם. גם אז, אין ערובה לזהות את הבעיה בפעם הראשונה, כך שייתכן שיהיה צורך במספר גלילים של משאית כדי למצוא ולזהות כל מקור פוטנציאלי ל-PIM. בעוד מחבר קואקסיאלי פגום הוא החשוד הסביר ביותר, זה לא מובטח; כל התהליך של מציאת ופתרון בעיית PIM פנימית עשוי להימשך שבועות. זה נובע בין השאר מהניתוח הנדרש, שיכול להיות בעיקר מאמץ ידני ולא שימוש אוטומטי טֶכנוֹלוֹגִיָה.
PIM חיצוני יכול להיות אפילו קשה יותר לאיתור. טכנאים צריכים לחפש ולאתר את המקור (או המקורות) שגורמים להפרעה, וייתכן שהפתרון לא יהיה ברור. מנתח ספקטרום יכול לעזור באיתור המקור, ותהליך ציד ההפרעות הוא מאוד ידני ודורש בדרך כלל מומחיות RF. בנסיבות קיצוניות, הפתרון היחיד עשוי להיות העברת האתר לחלוטין.
מה שהופך את המצב הרע הזה לגרוע עוד יותר, זה לא ברור מיד מתי הבעיה היא חיצונית או מתי היא פנימית. ניתוח יכול להיות ניתוק האתר מהרשת לצורך הערכה, וזה רחוק מלהיות אידיאלי עבור מפעיל השואף לשמור על קשר בין לקוחות. לטכנאים יש חלון קצר לנסות ולפתור בעיות כדי שהלקוחות לא יסבלו יותר מדי הפרעות.
ציד PIM קל יותר
טבעה של הפרעות PIM הופך אותה לכאב ראש מסוים עבור מפעילים, בהתחשב בכך שהיא נפוצה, קשה להצמיד אותה, והפתרון שלה עשוי להיות יקר. בנוסף, ציד ממושך אחר הפרעות PIM יכול לגרום ליותר בעיות ממה שהוא פותר. כאשר מהנדסים מחפשים את הבעיה ומשנים חיבורים וחומרה, הם יכולים בסופו של דבר להציג אלמנטים שהופכים את הפרעות ה-PIM לגרועות יותר, לא טובות יותר. למרבה המזל, יש דרכים למתן את הבעיות הללו.
ניתוח RF באמצעות ממשק רדיו ציבורי משותף (CPRI)
זה עשוי להיראות מנוגד לאינטואיציה ברשת סלולרית שאבחון בעיות PIM יכול לכלול בדיקות RF הן בסיבים והן באוויר. למעשה, על ידי שימוש בניתוח ספקטרום RF על גבי פרוטוקול הסיבים או ה-CPRI, טכנאים יכולים לבודד אם הבעיה היא PIM פנימי או חיצוני. כדי לבצע את ניתוח ספקטרום ה-RF על הסיב (או CPRI), טכנאים מחברים מפצל אופטי ליד יחידת פס הבסיס בתחתית מגדל אנטנה כדי לאבחן את בעיית ה-PIM. ביצוע ניתוח זה מהקרקע מונע את הזמן והמאמץ של טכנאי המרחיב מגדל כדי לטפל בהפרעות.
יתרון גדול הוא שניתוח ספקטרום RF על גבי הסיב הוא יישום בדיקה פסיבי, כך שיחידת פס הבסיס וראש הרדיו המרוחק ימשיכו לעבד שיחות כרגיל, מה שיאפשר לטכנאים לנתח את ספקטרום הקישור במהלך פעולת האתר הרגילה - ובתקופות עמוסות כאשר PIM הוא הפעיל ביותר.
סוג זה של ניתוח מצריך ציוד מומחה מכיוון שהוא חייב להיות מותאם לרכיבי רשת שונים - וציוד רשת של ספקים שונים או מרובים אומר שהאותות המוצפנים לאורך הסיבים אינם פשוטים לניתוח. תהליכים זמינים לזיהוי אוטומטי של אותות קנייניים של ספקים, מה שמפחית את התצורה על ידי יישום אינטליגנציה ואוטומציה.
איור 2. שמיכות PIM מגנות על אנטנות ורכיבים פסיביים אחרים, מה שעוזר לבודד מקורות PIM (תמונה: ConcealFab).
שמיכות PIM
אחת הדרכים לזהות אם מחבר או בורג מסוים גורמים להפרעות PIM חיצוניות היא לתקן או להחליף אותו. זה לא תמיד אידיאלי - אם הבעיה נשארת אז מהנדס או טכנאי השקיעו זמן ומשאבים יקרים בתיקון משהו שלא פתר את הבעיה. דרך אחת לעקוף את זה היא די פשוטה: לזרוק שמיכת PIM על הפריט הפוגע (איור 2). אלה מדכאים את אות ה-RF, כלומר אינו מפריע יותר לאתר. כך תהליך החיסול מהיר יותר וניתן לבצע תיקונים בפריטים שבאמת כדאי לתקן.
מנתחי ספקטרום
במצבים שבהם ה-PIM הפנימי או החיצוני אינו מאובחן בקלות באתר מסוים, מנתחי ספקטרום-אוויר עם ציד הפרעות המחוברים לבדיקת PIM או אנטנה כיוונית יכולים לאפשר לכל אחד לאתר את הגורמים להפרעות PIM מתמשכות (איור 3). פתרונות רבים לבעיות PIM משתמשים במספר כלים והם מורכבים מדי לשימוש ללא מומחיות מתקדמת, אך השקעה בציוד חכם פירושה שטכנאי שטח יכולים לזהות בעיות מהר יותר.
איור 3. מערך בדיקה זה משתמש בנתח ספקטרום המחובר לממשק האופטי CPRI של אתר סלולרי כדי לחפש בעיות PIM.
בהתחשב בכך שהפרעות PIM גורמות לקצבי נתונים איטיים יותר ולניתוק שיחות, סביר להניח שכל לקוח שעושה שימוש קבוע באתר כבר סובל מבעיות. זמן השבתה ממושך בזמן שהבעיה ממוקמת רק יחמיר את המצב, ולכן חשוב להבטיח פתרון מהיר.
PIM לעולם לא ייעלם
בכל מקום שבו יש לנו טכנולוגיה אלחוטית, יש לנו PIM כי זה בלתי אפשרי לחסל לחלוטין. לפיכך, זה שיקול שמפעילים צריכים לקחת ברצינות. הרשתות רק יהפכו צפופות יותר ככל שטכנולוגיות חדשות מגדילות את תפוקת הנתונים ועוד אתרי סלולר נבנים כדי להתמודד עם הביקוש.
המפעילים צריכים לגשת לזה בגישה פרואקטיבית כמו גם בגישה תגובתית. הגישה התגובתית תמיד תהיה הכרחית, כמובן. אתרים רבים נבנו כדי לתמוך בטכנולוגיות ישנות יותר ושודרגו עבור LTE וכעת 5G. כאשר שדרוגים אלה היו מופעלים, התבררו בעיות עם PIM. מכיוון ש-PIM הוא לעתים קרובות תוצאה של השפלת התשתית, אז התמודדות עם PIM היא פשוט חלק מתחזוקה שוטפת.
אבל ישנם צעדים שמפעילים יכולים לנקוט כדי למנוע בעיות PIM. מכיוון שחיבורי מתכת-על-מתכת הם לעתים קרובות בעיה גדולה, אתרים יכולים להשתמש במחברים וחיבורים מפלסטיק כדי שבעיות אלו לא יתעוררו - נירוסטה עשויה להיות עמידה, אבל זה לא משנה אם היא גורמת להפרעה. מפעילים יכולים לנקוט בצעדים אחרים כדי למנוע קורוזיה של חומרים. ניתן לזהות ולהפחית מקורות PIM פוטנציאליים לפני שהם הופכים לבעיה.
כל התכנון, הבנייה והתחזוקה של הרשת צריכים להתבצע תוך התחשבות בהפחתת PIM, לא רק תוך התחשבות בטכנולוגיה של היום אלא גם בטכנולוגיה של מחר. המעבר ל-5G חשף כמה בעיות PIM גדולות, אז מה לגבי 6G? או אפילו רחוק יותר? מה קורה כשלהקות חדשות יהיו זמינות? הגנת עתיד מוחלטת מפני הפרעות PIM היא בלתי אפשרית, אך ניתן להפחית את ההשפעה השלילית של PIM עם הגישה הנכונה.