Выявление, устранение и устранение проблем с PIM в беспроводных сетях.

5G привлек внимание к проблемам пассивной интермодуляции. Теперь инженеры и технические специалисты должны определить и устранить ухудшение сигнала, чтобы свести к минимуму количество потерянных вызовов и другие проблемы.

By Дэнни Сулейман, EXFO

Неплотное соединение; металлическая крыша; линии электропередач. Даже ржавый болт. По оценкам, в период с 1.1 по 2020 год операторы мобильной связи потратят 2025 триллиона долларов на капиталовложения, большая часть которых будет направлена ​​на создание, улучшение и обслуживание своих передовых сетей — небольшая коррозия может привести к снижению скорости передачи данных или обрыву вызовов.

Пассивные интермодуляционные (PIM) помехи не являются новой проблемой для мобильной индустрии, но их число растет. PIM стала актуальной проблемой в связи с быстрым внедрением новых технологий, использованием частотных диапазонов, расположенных близко друг к другу, которые особенно подвержены этой проблеме, и увеличением числа абонентов. Эти факторы в совокупности создали сложную среду, в которой PIM может привести к значительным нарушениям и снижению производительности беспроводных сетей.

Что такое ПИМ?
PIM — это генерация мешающих сигналов, вызванная нелинейностью пассивных компонентов беспроводной сети. Взаимодействие механических компонентов, таких как незакрепленные кабели, грязные или корродированные соединения или соединения металла с металлом, такие как крепежные детали, может привести к PIM. Когда два сигнала проходят через эти компоненты, они могут мешать друг другу, создавая гармоники, которые попадают непосредственно в диапазон восходящей линии связи. Сети могут передавать и получать сигналы 4G/5G без каких-либо проблем. Однако в загруженных сетях с несколькими частотными диапазонами вероятность возникновения радиопомех возрастает.

Мобильные сети стремятся наилучшим образом использовать частоты, которые они лицензируют, а это означает, что это проблема, особенно в переполненных нижних диапазонах от 450 МГц до 1 ГГц и средних диапазонах от 1 ГГц до 6 ГГц, используемых многими операторами для услуг 5G. Более высокие частоты и менее загруженные сети могут быть менее подвержены помехам PIM.

Третья гармоника часто является самой сильной в PIM, потому что она является результатом нелинейного смешивания второго порядка двух входных сигналов, которое генерирует продукт интермодуляции с частотой, в три раза превышающей частоту одного из входных сигналов (см. Рисунок 1 и Таблица 1). В результате повышается уровень шума, влияющий на полезные сигналы, что приводит к сбросу вызовов и снижению пропускной способности. Чтобы компенсировать это, уровни мощности узла сотовой связи увеличатся, чтобы сигнал можно было отделить от шума. Этот всплеск мощности является большим сигналом для сети о том, что проблема существует, но также создает свои собственные проблемы.

PIM становится более очевидным, когда сотовые сайты испытывают высокий уровень активности с многочисленными пользовательскими устройствами, подключенными к сети. Поскольку сайт пытается преодолеть шум и помехи в сети, ему может потребоваться увеличить уровни мощности, что может еще больше усугубить PIM. Примером компенсации шума в людном месте является громкая речь, чтобы слушатель мог услышать ваше сообщение. В ситуациях, когда уровень шума высок, мы естественным образом регулируем громкость голоса, чтобы обеспечить эффективную передачу нашего сообщения. Точно так же сотовые узлы, пытающиеся преодолеть шумовые помехи, увеличивают свои уровни мощности, чтобы компенсировать это, что может повлиять на близлежащие сотовые узлы.

Обнаружение источников помех PIM
Узнать, что в сети существует проблема помех, несложно. Вышеупомянутое повышенное энергопотребление является важной подсказкой, и многие сети имеют программное обеспечение для обнаружения неисправностей, которое может указать, где существуют помехи. К сожалению, идентификация сайтов, где существуют помехи PIM, и знание того, что вызывает помехи на этих сайтах, представляют собой совершенно разные задачи. Происхождение помех PIM может быть чрезвычайно трудно точно определить.

Во-первых, есть два типа PIM. Внутренний PIM вызван внутренними радиочастотными элементами в инфраструктуре, такими как ослабленные разъемы, поврежденные кабели и разъемы и неисправные элементы в антеннах. Эти проблемы обычно возникают между передатчиком и антенной, и наиболее распространенной причиной является поврежденный или неисправный коаксиальный кабель. Внешний PIM вызывается объектами, расположенными рядом с узлами сотовой связи. Примеры включают металлические предметы (обычно ржавые) рядом с антенной, металлические крыши или даже цифровые рекламные щиты. Помехи от любого из этих доменов трудно идентифицировать.

Для решения внутреннего PIM часто может потребоваться, чтобы бригада специалистов поднялась на вышку сотовой связи или залезла на крышу, чтобы выяснить, что может быть причиной проблемы. Такие ситуации влекут за собой расходы и риск, особенно при использовании громоздкого анализатора PIM. Даже в этом случае нет никакой гарантии выявления проблемы с первого раза, поэтому может потребоваться несколько выездов грузовика, чтобы найти и обнаружить каждый потенциальный источник ПИМ. Хотя наиболее вероятным подозрением является коррозия коаксиального разъема, это не гарантируется; Весь процесс поиска и решения внутренней проблемы PIM может занять несколько недель. Частично это связано с необходимым анализом, который может выполняться в основном вручную, а не с использованием автоматизированных средств. technology.

Внешний PIM может быть еще сложнее обнаружить. Техническим специалистам необходимо выследить и точно определить источник (или источники), вызывающий помехи, и решение может быть не так просто очевидно. Анализатор спектра может помочь точно определить источник, а процесс поиска помех выполняется вручную и обычно требует специальных знаний в области радиочастот. В крайних случаях единственным решением может быть полный перенос сайта.

Делая эту плохую ситуацию еще хуже, не сразу становится очевидным, является ли проблема внешней или внутренней. Анализ может означать отключение сайта от сети для оценки, что далеко не идеально для оператора, стремящегося поддерживать связь с клиентами. У технических специалистов есть короткое окно, чтобы попытаться решить проблемы, чтобы клиенты не страдали от слишком больших сбоев.

Упрощенный поиск PIM
Природа помех PIM создает особую головную боль для операторов, учитывая, что они распространены, их трудно определить, а их устранение может быть дорогостоящим. Кроме того, продолжительный поиск помех PIM может создать больше проблем, чем решить. По мере того, как инженеры ищут проблему и меняют соединения и оборудование, они могут в конечном итоге ввести элементы, которые ухудшают, а не улучшают помехи PIM. К счастью, есть способы смягчить эти проблемы.

РЧ-анализ через Common Public Radio Interface (CPRI)
В мобильной сети может показаться нелогичным, что диагностика проблем PIM может включать в себя как оптоволоконные, так и радиочастотные испытания. Фактически, используя анализ радиочастотного спектра по волокну или протоколу CPRI, технические специалисты могут определить, является ли проблема внутренней или внешней PIM. Чтобы выполнить анализ радиочастотного спектра по оптоволокну (или CPRI), технические специалисты прикрепляют оптический разветвитель рядом с блоком основной полосы частот в нижней части антенной башни, чтобы диагностировать проблему PIM. Выполнение этого анализа с земли позволяет избежать затрат времени и усилий техника, взбирающегося на вышку для устранения помех.

Основным преимуществом является то, что анализ РЧ-спектра по оптоволокну является пассивным тестовым приложением, поэтому модуль основной полосы частот и удаленная радиоголовка будут продолжать нормально обрабатывать вызовы, позволяя техническим специалистам анализировать спектр восходящего канала во время нормальной работы объекта — и в периоды занятости, когда PIM является наиболее активным.

Для этого типа анализа требуется специальное оборудование, поскольку оно должно быть настроено на различные сетевые компоненты, а сетевое оборудование от разных или нескольких поставщиков означает, что зашифрованные сигналы, передаваемые по волокну, непросто анализировать. Доступны процессы для автоматического обнаружения проприетарных сигналов поставщиков, что упрощает настройку за счет применения интеллектуальных функций и автоматизации.

Одеяла ПИМ
Один из способов определить, вызывает ли конкретный крепеж или болт внешние помехи PIM, — исправить или заменить его. Это не всегда идеально — если проблема остается, значит, инженер или технический специалист потратил драгоценное время и ресурсы на ремонт чего-то, что не решило проблему. Один из способов обойти это довольно просто: накиньте одеяло PIM на вызывающий нарушение предмет (Рисунок 2). Они подавляют радиочастотный сигнал, что означает, что он больше не мешает сайту. Таким образом, процесс устранения будет быстрее, и можно будет отремонтировать элементы, которые действительно стоит исправить.

Анализаторы спектра
В ситуациях, когда внутренний или внешний PIM не может быть легко диагностирован в конкретном месте, беспроводные анализаторы спектра с поиском помех, подключенные к датчику PIM или направленной антенне, могут позволить любому выследить причины продолжающихся помех PIM (Рисунок 3). Многие решения проблем PIM используют несколько инструментов и слишком сложны, чтобы их можно было использовать без специальных знаний, но инвестиции в интеллектуальное оборудование означают, что выездные специалисты могут быстрее обнаруживать проблемы.

Учитывая, что помехи PIM приводят к снижению скорости передачи данных и прерыванию вызовов, любой клиент, регулярно использующий сайт, скорее всего, уже страдает от проблем. Продолжительное время простоя, пока проблема обнаружена, только усугубит ситуацию, поэтому важно обеспечить быстрое решение.

ПИМ никогда не исчезнет
Везде, где у нас есть беспроводная технология, у нас есть PIM, потому что полностью избавиться от нее невозможно. Таким образом, это соображение, к которому операторы должны отнестись серьезно. Сети будут становиться все более загруженными по мере того, как новые технологии увеличивают пропускную способность и создается больше сотовых станций, чтобы справиться со спросом.

Операторы должны подходить к этому как с упреждающим, так и с реактивным подходом. Конечно, реактивный подход всегда будет необходим. Многие сайты были созданы для поддержки старых технологий и были модернизированы для LTE, а теперь и для 5G. Когда эти обновления были установлены, проблемы с PIM стали очевидны. Поскольку PIM часто является результатом деградации инфраструктуры, работа с PIM — это просто часть текущего обслуживания.

Но есть шаги, которые операторы могут предпринять, чтобы предотвратить проблемы с PIM. Поскольку соединения металла с металлом часто представляют собой большую проблему, на объектах можно использовать пластиковые крепления и соединения, чтобы не возникало этих проблем — нержавеющая сталь может быть долговечной, но это не имеет значения, если она вызывает помехи. Операторы могут предпринять другие шаги для предотвращения коррозии материалов. Потенциальные источники PIM могут быть идентифицированы и устранены до того, как они станут проблемой.

Все сетевое планирование, построение и обслуживание должны выполняться с учетом снижения риска PIM, принимая во внимание не только сегодняшние технологии, но и технологии завтрашнего дня. Переход на 5G выявил некоторые большие проблемы с PIM, так что насчет 6G? Или еще дальше? Как насчет того, когда появятся новые группы? Полная защита от помех PIM в будущем невозможна, но негативное влияние PIM можно уменьшить при правильном подходе.