5G により、受動的相互変調の問題が脚光を浴びるようになりました。 現在、エンジニアや技術者は、信号の劣化を特定して軽減し、通話の切断やその他の問題を最小限に抑える必要があります。
By ダニー・スレイマン、EXFO
接続が緩い。 金属屋根。 電力線。 錆びたボルトでも。 携帯電話会社は 1.1 年から 2020 年の間に設備投資に 2025 兆 XNUMX 億ドルを費やすと推定されており、その多くは高度なネットワークの構築、改善、維持に充てられます。わずかな腐食により、データ レートの低下や通話の切断が発生する可能性があります。
受動相互変調 (PIM) 干渉はモバイル業界にとって新しい問題ではありませんが、増加傾向にあります。 PIM は、新技術の急速な展開、特にこの問題の影響を受けやすい互いに近接した周波数帯域の使用、および加入者数の増加により、差し迫った問題となっています。 これらの要因が組み合わさって、PIM がワイヤレス ネットワークのパフォーマンスに重大な中断や低下を引き起こす可能性がある困難な環境を作り出しています。
PIMとは何ですか？
PIM は、ワイヤレス ネットワークの受動コンポーネントの非線形性によって引き起こされる干渉信号の生成です。 ケーブルの緩み、汚れや腐食した接続、ファスナーなどの金属同士の接続など、機械コンポーネントの相互作用によって PIM が発生する可能性があります。 4 つの信号がこれらのコンポーネントを通過すると、信号が相互に干渉し、アップリンク帯域に直接入る高調波が発生する可能性があります。 ネットワークは問題なく 5G/XNUMXG 信号を送受信できます。 ただし、複数の周波数帯域が送信される混雑したネットワークでは、RF 干渉が発生する可能性が高くなります。
モバイル ネットワークは、ライセンスを取得した周波数を最大限に活用することを目的としています。つまり、特に多くの通信事業者が 450G サービスに使用する混雑した低帯域 1 MHz ～ 1 GHz および中帯域 6 GHz ～ 5 GHz の帯域では、これが問題となります。 周波数が高く、ネットワークが混雑していない場合は、PIM 干渉が発生しにくい可能性があります。
XNUMX 次高調波は、XNUMX つの入力信号の XNUMX 次非線形ミキシングの結果であるため、多くの場合、PIM で最も強くなります。これは、入力信号の XNUMX つの周波数の XNUMX 倍の相互変調積を生成します (「XNUMX 次高調波」を参照)。 図1 & テーブル1）。 その結果、必要な信号に影響を与えるノイズ レベルが増加し、通話の切断や容量の減少につながります。 それを補うために、信号をノイズから分離できるように、携帯電話サイトの電力レベルが増加します。 この電力の急増は、ネットワークにとって問題が存在することを示す大きな信号ですが、ネットワーク自体の問題も引き起こします。
表 1. IMD と PIM の背後にある計算は次のとおりです
歪み生成物が発生する場所。
| 注文 (IMx) | 頻度 | トーン1 | トーン2 | |
| 一次 | f1 | f2 | 100 MHz | 101 MHz |
| 2オーダー | f1 +f2 | f1 - f2 | 201 MHz | 1 MHz |
| 3次 | 2f1 - f2 | 2f2 - f1 | 99 MHz | 102 MHz |
| 2f1 +f2 | 2f2 +f1 | 301 MHz | 302 MHz | |
| 4次 | 2f2 +2f1 | 2f2 – 2f1 | 402 MHz | 2 MHz |
| 5次 | 3f1 – 2f2 | 3f2 – 3f1 | 98 MHz | 103 MHz |
| 3f1 +2f2 | 3f2 +2f1 | 502 MHz | 503 MHz | |
| 7次 | 4f1 +3f2 | 4f2 – 3f1 | 97 MHz | 104 MHz |
| 4f1 +3f2 | 4f2 +3f1 | 703 MHz | 704 MHz | |
| 9次 | 5f1 – 4f2 | 5f2 – 4f1 | 96 MHz | 105 MHz |
| 5f1 +4f2 | 5f2 – 4f1 | 904 MHz | 905 MHz | |
PIM は、セル サイトがネットワークに接続された多数のユーザー デバイスで高レベルのアクティビティを経験すると、より顕著になります。 サイトがネットワーク内のノイズや干渉を克服しようとすると、電力レベルを上げる必要が生じる場合があり、これにより PIM がさらに悪化する可能性があります。 混雑した環境での騒音を補う例としては、聞き手にメッセージが聞こえるように、より大きな声で話すことが挙げられます。 騒音レベルが高い状況では、メッセージが効果的に伝わるように、私たちは自然に声の音量を調整します。 同様に、ノイズ干渉を克服しようとするセル サイトは、補償するために電力レベルを増加させるため、近隣のセル サイトに影響を与える可能性があります。
PIM 干渉の原因の検出
ネットワークに干渉の問題が存在することを知るのは簡単です。 前述の電力使用量の増加は大きな手がかりであり、多くのネットワークには、干渉が存在する場所を指摘できる障害検出ソフトウェアが搭載されています。 残念ながら、PIM 干渉が存在するサイトを特定することと、これらのサイトでの干渉の原因を知ることは、まったく異なる課題です。 PIM 干渉の原因を特定するのは非常に困難です。
図 1. 相互変調 (IMD) は信号品質を低下させる歪みを生じさせ、PIM を引き起こします。 通常、第 XNUMX 高調波が最も悪影響を及ぼします。
まず、PIMにはXNUMX種類あります。 内部 PIM は、コネクタの緩み、ケーブルやコネクタの損傷、アンテナ内の要素の故障など、インフラストラクチャ内の内部 RF 要素によって発生します。 これらの問題は通常、送信機とアンテナの間で発生し、最も一般的な原因は同軸ケーブルの損傷または欠陥です。 外部 PIM は、セルサイトの近くにある物体によって引き起こされます。 例としては、アンテナの近くの金属物体 (通常は錆びている)、金属屋根、さらにはデジタル看板などが挙げられます。 これらのドメインのいずれかからの干渉を特定するのは困難です。
内部 PIM に対処するには、多くの場合、専門スタッフが携帯電話の塔に登ったり、屋上にアクセスして問題の原因を探す必要があります。 このような状況では、特にかさばる PIM アナライザーを持ち運ぶ場合、出費とリスクが伴います。 それでも、最初に問題を特定できる保証はないため、PIM の潜在的な原因をすべて見つけて検出するには、複数回のトラックロールが必要になる場合があります。 同軸コネクタの腐食が最も疑われますが、これが保証されるわけではありません。 内部 PIM の問題を発見して解決するプロセス全体が完了するまでに数週間かかる場合があります。 これは、必要な分析が自動化されたものではなく、ほとんどが手動で行われることが原因の XNUMX つです。 テクノロジー.
外部 PIM を見つけるのはさらに難しい場合があります。 技術者は干渉の原因となっているソースを探し出して特定する必要がありますが、解決策は簡単には見つからない場合があります。 スペクトラム アナライザは発生源を正確に特定するのに役立ちますが、干渉探索のプロセスは非常に手動で行われ、通常は RF の専門知識が必要です。 極端な状況では、唯一の解決策はサイトを完全に移動することかもしれません。
この悪い状況をさらに悪化させるのは、問題が外部にあるのか内部にあるのかがすぐには分からないことです。 分析とは、評価のためにサイトをネットワークから切断することを意味する場合がありますが、これは顧客の接続を維持しようと努めているオペレーターにとって理想とは程遠いものです。 顧客が大きな混乱を被らないように、技術者は短い時間で問題の解決を試みます。
より簡単な PIM ハンティング
PIM 干渉はその性質上、一般的で特定が難しく、解決には多額の費用がかかる可能性があるため、オペレータにとって特に頭の痛い問題となっています。 さらに、PIM 干渉の探索を延長すると、解決するよりも多くの問題が発生する可能性があります。 エンジニアが問題を調査し、接続やハードウェアを変更すると、PIM 干渉を改善するどころか悪化させる要素が導入されてしまう可能性があります。 幸いなことに、これらの問題を軽減する方法があります。
Common Public Radio Interface (CPRI) を介した RF 解析
モバイル ネットワークでは、PIM の問題の診断にファイバーと無線の RF テストの両方が必要になる可能性があるというのは直感に反するように思えるかもしれません。 実際、技術者は、ファイバーまたは CPRI プロトコルで RF スペクトル分析を使用することにより、問題が内部 PIM にあるのか外部 PIM にあるのかを特定できます。 ファイバー (または CPRI) 上で RF スペクトル分析を実行するには、技術者はアンテナ塔の下部にあるベースバンド ユニットの近くに光スプリッターを取り付け、PIM の問題を診断します。 この解析を地上から実行すると、技術者が干渉に対処するためにタワーを拡張する時間と労力が回避されます。
主な利点は、ファイバ上の RF スペクトル分析が受動的なテスト アプリケーションであるため、ベースバンド ユニットとリモート ラジオ ヘッドが通常通りにコールを処理し続けるため、技術者は通常のサイト運用中、および PIM が使用されている繁忙期中にアップリンク スペクトルを分析できることです。が最も活発です。
このタイプの分析には、さまざまなネットワーク コンポーネントに合わせて調整する必要があるため、専門の機器が必要です。また、ネットワーク機器が異なるベンダーまたは複数のベンダーから提供されているため、ファイバー上の暗号化された信号の分析は簡単ではありません。 ベンダー独自の信号を自動検出するプロセスが利用可能であり、インテリジェンスと自動化を適用することで構成を削減します。
図 2. PIM はアンテナやその他の受動部品をシールドし、PIM 発生源の隔離に役立ちます (画像: ConcealFab)。
PIMブランケット
特定のファスナーまたはボルトが外部 PIM 干渉を引き起こしているかどうかを検出する XNUMX つの方法は、それを修理または交換することです。 これは常に理想的であるとは限りません。問題が解決しない場合は、エンジニアまたは技術者が貴重な時間とリソースを費やして、問題が解決していないものを修復していることになります。 これを回避する方法の XNUMX つは非常に簡単です。問題のあるアイテムの上に PIM ブランケットをかぶせることです (図2）。 これらは RF 信号を抑制します。これは、RF 信号がサイトに干渉しなくなることを意味します。 こうすることで、削除のプロセスがより速くなり、実際に修理する価値のある項目を修理できるようになります。
スペクトラムアナライザ
特定のサイトで内部または外部 PIM を容易に診断できない状況では、PIM プローブまたは指向性アンテナに接続された干渉ハンティング機能を備えた無線スペクトラム アナライザを使用すると、誰でも進行中の PIM 干渉の原因を突き止めることができます (図3）。 PIM 問題に対するソリューションの多くは複数のツールを使用しており、複雑すぎて高度な専門知識がなければ使用できませんが、インテリジェントな機器に投資することで、現場の技術者が問題をより迅速に検出できるようになります。
図 3. このテスト セットアップでは、セル サイトの CPRI 光インターフェイスに接続されたスペクトラム アナライザを使用して、PIM の問題を追跡します。
PIM 干渉がデータ レートの低下や通話の切断を引き起こすことを考えると、サイトを定期的に使用している顧客はすでに問題に悩まされている可能性があります。 問題が特定されている間にダウンタイムが延長されると事態はさらに悪化するため、迅速な解決を確保することが重要です。
PIMは決して消えることはありません
ワイヤレス テクノロジーがあるところには必ず PIM が存在します。これは、完全に排除することは不可能であるためです。 したがって、オペレーターはこれを真剣に考慮する必要があります。 新しいテクノロジーによりデータ スループットが向上し、需要に対応するためにより多くのセル サイトが構築されるため、ネットワークはさらに混雑する一方です。
オペレータは、事後的なアプローチだけでなく、積極的なアプローチでもってこれに取り組む必要があります。 もちろん、事後対応的なアプローチは常に必要です。 多くのサイトは古いテクノロジーをサポートするように構築され、LTE にアップグレードされ、現在は 5G に対応しています。 これらのアップグレードが実施されると、PIM の問題が明らかになりました。 PIM はインフラストラクチャの劣化の結果であることが多いため、PIM への対処は継続的なメンテナンスの一部にすぎません。
ただし、PIM の問題を防ぐためにオペレータが実行できる手順はあります。 金属と金属の接続は大きな問題となることが多いため、現場ではプラスチック製の留め具と接続を使用して、これらの問題が発生しないようにすることができます。ステンレス鋼は耐久性があるかもしれませんが、干渉を引き起こすかどうかは問題ではありません。 オペレータは材料の腐食を防ぐために他の措置を講じることができます。 潜在的な PIM の原因を特定し、問題になる前に軽減できます。
すべてのネットワークの計画、構築、メンテナンスは、PIM の軽減を念頭に置いて実行する必要があり、今日のテクノロジーだけでなく将来のテクノロジーも考慮に入れる必要があります。 5G への移行により、いくつかの大きな PIM 問題が明らかになりましたが、6G ではどうなるでしょうか? それともさらに先ですか？ 新しいバンドが利用可能になった場合はどうなりますか? PIM 干渉を将来にわたって完全に防ぐことは不可能ですが、適切なアプローチをとれば PIM の悪影響を軽減することができます。