5G는 수동 상호변조 문제를 주목하게 했습니다. 이제 통화 끊김 및 기타 문제를 최소화하기 위해 신호 저하를 식별하고 완화하는 것은 엔지니어와 기술자에게 달려 있습니다.
By 대니 슬레이먼, EXFO
느슨한 연결; 금속 지붕; 전력선. 녹슨 볼트도요. 이동 통신 사업자는 1.1년에서 2020년 사이에 자본 지출에 2025조 XNUMX천억 달러를 지출할 것으로 추산되며, 이 중 상당 부분은 고급 네트워크를 생성, 개선 및 유지 관리하는 데 할당됩니다. 약간의 부식으로 인해 데이터 속도가 감소하거나 통화가 끊길 수 있습니다.
PIM(Passive Intermodulation) 간섭은 모바일 산업에서 새로운 문제는 아니지만 증가하고 있습니다. PIM은 신기술의 급속한 전개, 특히 이 문제에 취약한 서로 가까운 주파수 대역의 사용, 증가하는 가입자 수로 인해 시급한 문제가 되었습니다. 이러한 요인들이 결합되어 PIM이 무선 네트워크의 성능을 크게 중단하고 저하시킬 수 있는 까다로운 환경을 만들었습니다.
PIM이란 무엇입니까?
PIM은 무선 네트워크 수동 부품의 비선형성으로 인한 간섭 신호 생성입니다. 느슨한 케이블, 더럽거나 부식된 연결 또는 패스너와 같은 금속 간 연결과 같은 기계적 구성 요소의 상호 작용으로 인해 PIM이 발생할 수 있습니다. 두 신호가 이러한 구성 요소를 통과하면 신호가 서로 간섭하여 업링크 대역으로 직접 떨어지는 고조파를 생성할 수 있습니다. 네트워크는 문제를 보지 않고 4G/5G 신호를 송수신할 수 있습니다. 그러나 여러 주파수 대역이 전송되는 바쁜 네트워크에서는 RF 간섭을 일으킬 가능성이 높아집니다.
모바일 네트워크는 라이선스 주파수를 최대한 활용하는 것을 목표로 합니다. 즉, 특히 450G 서비스를 위해 많은 사업자가 사용하는 혼잡한 저대역 1MHz ~ 1GHz 및 중간 스펙트럼 6GHz ~ 5GHz 대역에서 문제가 발생합니다. 더 높은 주파수와 덜 혼잡한 네트워크는 PIM 간섭에 덜 취약할 수 있습니다.
XNUMX차 고조파는 입력 신호 중 하나 주파수의 XNUMX배에서 상호 변조 곱을 생성하는 두 입력 신호의 XNUMX차 비선형 혼합의 결과이기 때문에 PIM에서 가장 강한 경우가 많습니다(참조: 그림 1 와 표 1). 그 결과 원하는 신호에 영향을 미치는 잡음 수준이 증가하여 통화가 끊기고 용량이 감소합니다. 이를 보상하기 위해 셀룰러 사이트의 전력 수준이 증가하여 신호가 잡음과 분리될 수 있습니다. 이 전력 급증은 문제가 존재한다는 네트워크에 대한 큰 신호이지만 자체 문제도 생성합니다.
표 1. IMD 및 PIM의 이면에 있는 수학이 보여줍니다.
왜곡 제품이 발생하는 곳.
| 주문(IMx) | 주파수 | 톤 1 | 톤 2 | |
| 1 차 주문 | f1 | f2 | 100 MHz | 101 MHz |
| 2nd 주문 | f1 + 에프2 | f1 – 에프2 | 201 MHz | 1 MHz |
| 3차 | 2f1 – 에프2 | 2f2 – 에프1 | 99 MHz | 102 MHz |
| 2f1 + 에프2 | 2f2 + 에프1 | 301 MHz | 302 MHz | |
| 4차 | 2f2 + 2F1 | 2f2 – 2층1 | 402 MHz | 2 MHz |
| 5차 | 3f1 – 2층2 | 3f2 – 3층1 | 98 MHz | 103 MHz |
| 3f1 + 2F2 | 3f2 + 2F1 | 502 MHz | 503 MHz | |
| 7차 | 4f1 + 3F2 | 4f2 – 3층1 | 97 MHz | 104 MHz |
| 4f1 + 3F2 | 4f2 + 3F1 | 703 MHz | 704 MHz | |
| 9차 | 5f1 – 4층2 | 5f2 – 4층1 | 96 MHz | 105 MHz |
| 5f1 + 4F2 | 5f2 – 4층1 | 904 MHz | 905 MHz | |
셀 사이트가 네트워크에 연결된 수많은 사용자 장치로 높은 수준의 활동을 경험할 때 PIM이 더욱 분명해집니다. 사이트가 네트워크 내에서 잡음과 간섭을 극복하려고 시도함에 따라 PIM을 더욱 악화시킬 수 있는 전력 수준을 높여야 할 수 있습니다. 혼잡한 환경에서 소음을 보상하는 예는 듣는 사람이 메시지를 들을 수 있도록 더 크게 말하는 것입니다. 소음 수준이 높은 상황에서는 메시지가 효과적으로 전달될 수 있도록 자연스럽게 음성 볼륨을 조정합니다. 마찬가지로 노이즈 간섭을 극복하려는 셀 사이트는 보상을 위해 전력 수준을 높이며, 이는 인근 셀 사이트에 영향을 미칠 수 있습니다.
PIM 간섭 소스 감지
네트워크에 간섭 문제가 있음을 아는 것은 간단할 수 있습니다. 앞에서 언급한 전력 사용 증가는 큰 단서이며 많은 네트워크에는 간섭이 있는 위치를 가리킬 수 있는 오류 감지 소프트웨어가 있습니다. 불행하게도 PIM 간섭이 존재하는 사이트를 식별하는 것과 이러한 사이트에서 간섭을 일으키는 원인을 아는 것은 매우 다른 문제입니다. PIM 간섭의 원인은 정확히 찾아내기가 매우 어려울 수 있습니다.
그림 1. 상호 변조(IMD)는 신호 품질을 저하시키는 왜곡을 생성하여 PIM을 유발합니다. 세 번째 고조파는 일반적으로 최악의 범죄자입니다.
먼저 PIM에는 두 가지 유형이 있습니다. 내부 PIM은 느슨한 커넥터, 손상된 케이블 및 커넥터, 안테나의 결함 요소와 같은 인프라의 내부 RF 요소로 인해 발생합니다. 이러한 문제는 일반적으로 송신기와 안테나 사이에서 발생하며 가장 일반적인 원인은 손상되거나 결함이 있는 동축 케이블입니다. 외부 PIM은 셀 사이트 근처에 있는 물체로 인해 발생합니다. 안테나, 금속 지붕 또는 디지털 광고판에 가까운 금속 물체(보통 녹슨 물체)를 예로 들 수 있습니다. 이러한 도메인 중 하나의 간섭은 식별하기 어렵습니다.
내부 PIM을 처리하려면 전문 직원이 기지국을 오르거나 옥상에 접근하여 문제의 원인을 찾아야 하는 경우가 많습니다. 이러한 상황에서는 특히 부피가 큰 PIM 분석기를 휴대하는 경우 비용과 위험이 수반됩니다. 그렇더라도 처음에 문제를 식별할 수 있다는 보장은 없으므로 PIM의 모든 잠재적 소스를 찾아 감지하려면 여러 차례의 트럭 롤이 필요할 수 있습니다. 부식된 동축 커넥터가 의심될 가능성이 가장 높지만 이것이 보장되는 것은 아닙니다. 내부 PIM 문제를 찾고 해결하는 전체 프로세스를 완료하는 데 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 이는 부분적으로 필요한 분석에 기인하며, 자동화된 분석을 사용하기보다는 대부분 수동 노력이 필요할 수 있습니다. technology.
외부 PIM은 찾기가 훨씬 더 어려울 수 있습니다. 기술자는 간섭을 일으키는 소스(들)를 추적하고 정확히 찾아내야 하며 솔루션이 쉽게 명확하지 않을 수 있습니다. 스펙트럼 분석기는 소스를 정확히 찾는 데 도움이 될 수 있으며 간섭 찾기 프로세스는 매우 수동적이며 일반적으로 RF 전문 지식이 필요합니다. 극단적인 상황에서는 사이트를 완전히 이전하는 것이 유일한 해결책일 수 있습니다.
이 나쁜 상황을 더욱 악화시키는 것은 문제가 외부에 있는지 내부에 있는지 즉시 명확하지 않다는 것입니다. 분석은 평가를 위해 사이트를 네트워크에서 분리하는 것을 의미할 수 있으며, 이는 고객 연결을 유지하기 위해 노력하는 운영자에게 이상적이지 않습니다. 기술자는 고객이 너무 많은 혼란을 겪지 않도록 문제를 시도하고 해결할 수 있는 시간이 짧습니다.
더 쉬운 PIM 헌팅
PIM 간섭의 특성은 일반적이고 파악하기 어렵고 해결하는 데 많은 비용이 들 수 있다는 점에서 운영자에게 특히 골칫거리입니다. 또한 PIM 간섭에 대한 확장된 검색은 해결하는 것보다 더 많은 문제를 유발할 수 있습니다. 엔지니어가 문제를 찾고 연결 및 하드웨어를 변경함에 따라 결국 PIM 간섭을 개선하는 것이 아니라 악화시키는 요소를 도입하게 될 수 있습니다. 다행히도 이러한 문제를 완화할 수 있는 방법이 있습니다.
CPRI(Common Public Radio Interface)를 통한 RF 분석
모바일 네트워크에서 PIM 문제를 진단하는 데 파이버 및 OTA(over-the-air) RF 테스트가 모두 포함될 수 있다는 것이 직관에 어긋나는 것처럼 보일 수 있습니다. 실제로 광섬유 또는 CPRI 프로토콜에 대한 RF 스펙트럼 분석을 사용하여 기술자는 문제가 내부 또는 외부 PIM인지 여부를 구분할 수 있습니다. 파이버(또는 CPRI)를 통해 RF 스펙트럼 분석을 수행하기 위해 기술자는 PIM 문제를 진단하기 위해 안테나 타워 하단의 베이스밴드 장치 근처에 광학 스플리터를 부착합니다. 지상에서 이 분석을 수행하면 기술자가 간섭을 해결하기 위해 타워를 확장하는 데 드는 시간과 노력을 피할 수 있습니다.
주요 이점은 광섬유를 통한 RF 스펙트럼 분석이 수동 테스트 응용 프로그램이므로 기저대역 장치와 원격 무선 헤드가 계속 정상적으로 호출을 처리하여 기술자가 정상적인 사이트 작동 중에 업링크 스펙트럼을 분석할 수 있도록 합니다. 가장 활동적입니다.
이러한 유형의 분석에는 다양한 네트워크 구성 요소에 맞춰야 하는 전문 장비가 필요하며, 서로 다른 공급업체 또는 여러 공급업체의 네트워크 장비는 광섬유를 따라 암호화된 신호를 분석하기가 쉽지 않음을 의미합니다. 인텔리전스와 자동화를 적용하여 구성을 줄이는 공급업체의 독점 신호를 자동 감지하는 프로세스를 사용할 수 있습니다.
그림 2. PIM 블랭킷 쉴드 안테나 및 기타 수동 부품은 PIM 소스를 격리하는 데 도움이 됩니다(이미지: ConcealFab).
PIM 담요
특정 패스너나 볼트가 외부 PIM 간섭을 일으키는지 감지하는 한 가지 방법은 이를 고정하거나 교체하는 것입니다. 이것이 항상 이상적인 것은 아닙니다. 문제가 계속되면 엔지니어나 기술자가 문제를 해결하지 못한 부분을 수리하는 데 귀중한 시간과 자원을 소비한 것입니다. 이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 매우 간단합니다. 문제가 되는 항목 위에 PIM 담요를 던지는 것입니다(그림 2). 이는 RF 신호를 억제하므로 더 이상 사이트를 방해하지 않습니다. 이렇게 하면 제거 프로세스가 더 빨라지고 실제로 고칠 가치가 있는 항목에 대해 수리를 수행할 수 있습니다.
스펙트럼 분석기
특정 사이트에서 내부 또는 외부 PIM을 쉽게 진단할 수 없는 상황의 경우 PIM 프로브 또는 지향성 안테나에 연결된 간섭 찾기 기능이 있는 무선 스펙트럼 분석기를 사용하면 누구나 진행 중인 PIM 간섭의 원인을 찾을 수 있습니다.그림 3). PIM 문제에 대한 많은 솔루션은 여러 도구를 사용하고 고급 전문 지식 없이는 사용하기에는 너무 복잡하지만 지능형 장비에 투자하면 현장 기술자가 문제를 더 빨리 감지할 수 있습니다.
그림 3. 이 테스트 설정은 PIM 문제를 찾기 위해 셀 사이트의 CPRI 광 인터페이스에 연결된 스펙트럼 분석기를 사용합니다.
PIM 간섭으로 인해 데이터 속도가 느려지고 통화가 끊긴다는 점을 감안할 때 사이트를 정기적으로 사용하는 모든 고객은 이미 문제를 겪고 있을 가능성이 높습니다. 문제가 발견되는 동안 가동 중지 시간이 길어지면 문제가 악화될 뿐이므로 빠른 해결이 중요합니다.
PIM은 결코 사라지지 않을 것입니다
무선 기술이 있는 곳이면 어디든지 PIM이 있습니다. 완전히 제거하는 것은 불가능하기 때문입니다. 따라서 운영자가 심각하게 고려해야 할 고려 사항입니다. 새로운 기술이 데이터 처리량을 증가시키고 수요에 대처하기 위해 더 많은 셀 사이트가 구축됨에 따라 네트워크는 더욱 혼잡해질 것입니다.
운영자는 능동적 접근 방식과 사후 대응 방식으로 이에 접근해야 합니다. 물론 반응적 접근 방식은 항상 필요합니다. 많은 사이트가 이전 기술을 지원하도록 구축되었으며 LTE 및 현재 5G용으로 업그레이드되었습니다. 이러한 업그레이드가 시행되었을 때 PIM 문제가 명백해졌습니다. PIM은 종종 인프라 저하의 결과이므로 PIM을 처리하는 것은 단순히 지속적인 유지 관리의 일부입니다.
그러나 운영자가 PIM 문제를 방지하기 위해 취할 수 있는 조치가 있습니다. 금속 대 금속 연결은 종종 큰 문제이므로 현장에서 플라스틱 패스너와 연결을 사용하여 이러한 문제가 발생하지 않도록 할 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 내구성이 있을 수 있지만 간섭을 일으키는지 여부는 중요하지 않습니다. 작업자는 재료의 부식을 방지하기 위해 다른 조치를 취할 수 있습니다. 잠재적인 PIM 소스는 문제가 되기 전에 식별하고 완화할 수 있습니다.
모든 네트워크 계획, 구축 및 유지 관리는 현재의 기술뿐만 아니라 미래의 기술도 고려하여 PIM 완화를 염두에 두고 수행해야 합니다. 5G로 전환하면서 몇 가지 큰 PIM 문제가 드러났습니다. 그렇다면 6G는 어떻습니까? 아니면 더? 새로운 밴드가 출시되면 어떻게 됩니까? PIM 간섭에 대한 완전한 미래 보장은 불가능하지만 올바른 접근 방식으로 PIM의 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다.