多模设备PIM 干扰和消除方案的分析和应用

中国联合网络通信有限公司山东省分公司 马丹 张巾莹

随着5G 网络在全国的规模建设部署，为节省设备费用、设备安装和天面空间等，采用UNL 多模设备对原有3G、4G 站点的替换工作逐步展开，各地市UNL 设备越来越多，在多模共设备场景下，会存在一定的无源互调干扰的可能性。本文以PIM 产生的理论研究入手，通过在设备内在PIM 消除上的方案分析，介绍了适用于PIM消除的实现原理、关键技术等，并在山东菏泽联通进行了实际的PIM 消除方案的验证测试，这为后续多模设备的性能提升提供了有力指导。

1 多模设备PIM 消除需求背景

多模设备PIM 是指在同一设备内开启如NR、LTE、UMTS 多种模式、多种频点时出现的内部互调干扰，随着开通模式的不同、频点的不同，产生的互调干扰也不尽相同，但从技术层面来说，PIM 消除技术对于各类场景都是适用的，只是对于不同运营商来说不同的无线制式、无线频点频段对互调产物存在影响，所以存在细微差异但不影响PIM 消除方案的普适性。下面以联通常见ULN 共模设备开通小区的制式、频点频段配置为主要介绍对象。山东联通一直致力于用户感知的研究和提升，为了消除设备内PIM，做了大量理论分析，积累了丰富的优化经验。

2 多模设备PIM 分析和消除方案

多模设备在开启多制式、多频点情况下，设备内部自身会产生一定的互调干扰，从理论来说，需要一种可行的理论方案实现在设备内部消除互调干扰的目的。

2.1 PIM 产生根因分析

PIM（无源互调）是指两个或更多信号通过一个具有非线性特性的无源器件传输时产生的交调产物。无源互调产生的根因是天馈系统存在非线性。对于一个线性的系统，输入2 个信号，输出也是2 个信号，不会有新的频率分量出现；但若系统存在非线性，则输入2 个信号后在系统内会产生新的频率分量，叫做“无源互调产物”。若互调产物落入了接收带并导致上行干扰带抬升就是“无源互调干扰”。输入f1 和f2 两个信号，若通道存在非线性，则在通道内部会产生出2×f1-f2、2×f2-f1这两个三阶互调产物(红色)。五阶互调公式是3f1-2f2，或者3f2-2f1。调制信号的互调产物带宽将被展宽，原因输入信号的频谱也有一定的带宽，从而形成一定带宽的干扰信号，当该干扰信号恰好于某个上行频段重合时，则明显影响用户的上行业务体验。

2.2 多模设备PIM 三阶互调分析

根据上述无源互调产生的根因，当使用多模RRU配置多种制式小区时，会产生无源互调干扰信号，从而导致对用户造成干扰，影响用户体验。下面以当前联通常见的GUL 三模设备的频点和带宽配置，说明多模小区在同一RRU 内是如何产生无源互调干扰。如表1 所示为标准的UNL 三模频段和天线端口配置。

表1 联通常用UNL 多模设备频点和天线端口配置Tab.1 Commonly used UNL multimode equipment frequency and antenna port configuration

PA1：该端口配置了B4、B66 两个20M 带宽的LTE 小区和一个B2 频段5M 带宽的UMTS 小区，B2&B4 和B2&B66两个非线性信号分别产生以下两个无源互调干扰。B2&B4 两个非线性信号产生的干扰信号带宽（1751.8 ～1780.2）与B66 上行频段（1760 ～1780）重合。B2&B66 两个非线性信号产生的干扰信号带宽（1701.8 ～1730.2）与B4 上行频段（1710 ～1730）重合。同理，可以分别算出其他PA在B4 和B66 两个上行频段的PIM3 干扰，从理论结果看，B66 的干扰要比B4 干扰更严重。来规避无源互调信号的产生，但随着通信带宽的增加以及多天线技术的应用，这种方法越来越难以实现，宽频多模设备从设计基础就反其道行之，所以对宽频多模设备无法从系统设计层面解决该问题；（2）硬件设计层面，可选择不易产生无源互调信号的材料，比如尽可能避免使用铁磁性材料，或者从设计上以及提高加工工艺来降低无源互调信号产生的可能性，但随之也会带来硬件成本的提高；（3）软件设计层面，有两个方向可供选择：1）利用基站内部强大的数字信号处理技术来对无源互调干扰信号进行预估进而进行实时抵消；2）基站可通过对上下行信号的灵活调度来减弱无源互调对上行信号的干扰。从软件设计层面，解决PIM 的可能性更高，所以PIM 消除的具体方案应着手在RRU 内部对上行接收信号中的无源互调干扰进行抵消。

基于上述分析，最终方案是通过RRU 内部增加实时工作的PIMC 模块实现PIM 消除方案。通过PIMC 不仅可以消除单/双/三频带产生的PIM 干扰，还可提高接收灵敏度。

2.3 PIM 消除方案原理

3 多模设备PIM 消除方案应用验证

对于运营商来说，最关心的就是如何降低无源互调对通信系统的影响。当前主要有三个方向：

（1）系统设计层面，可通过收发隔离或者频率规划

为了检验PIM 消除方案效果，2022 年1 月山东联通携手中兴通讯，在山东菏泽使用PIMC 功能模块进行实际测试，实际测试验证了联通共模条件开极限多频点时上行干扰改善情况，与理论分析比较。这为后续多模设备采用PIMC 功能商用实施提供了基础数据支撑。

3.1 测试采用的多模站点和设备

本次测试站点是菏泽市定陶交警考场东基站，位于菏泽市定陶县。本次测试站点使用的RRU 设备是ZXRAN R9224H M1821 宽频RRU，该产品是当前山东联通采用较多的支持UNL 的共模设备，该RRU 具有几点特点：（1）支持UMTS/LTE/NR 多模配置；（2）1800MHz 和2100MHz 超带宽；（3）支持4T4R，支持4×4 MIMO；（4）支持4×120W 大功率输出功率。

3.2 85MHz 带宽测试方案和测试结果

85MHz 带宽配置信息：1.8G 使用40M(L20/L20)+2.1G 使用45M(NR/L20/L5)。

各制式和频点信息（MHz）：NR 2100 SSB：2114.65；NR2100 POINTA：2110.66；NR2100 中心频点：1930.2/2120.2；LTE1800 20M 中心频点：1755/1850；LTE1800 20M 中心频点：1775/1870；LTE2100 20M 中心频点：1950/2140；LTE2100 5M 中心频点：1962.5/2152.5。

模拟加载100%情况下各频点小区开启PIMC 功能前后的上行干扰测试结果如图1 ～图5 所示。

图1 NR2100 干扰变化图Fig.1 NR2100 interference change chart

图2 L1800 的1850MHz 中心频点小区干扰变化图Fig.2 1850MHz center frequency cell interference change diagram of L1800

图3 L1800 的1870MHz 中心频点小区干扰变化图Fig.3 1870MHz center frequency cell interference change diagram of L1800

图4 L2100 的2140MHz 中心频点小区干扰变化图Fig.4 2140MHz center frequency cell interference change diagram of L2100

图5 L2100 的2152.5MHz 中心频点小区干扰变化图Fig.5 2152.5MHz center frequency cell interference change diagram of L2100

3.3 测试总结

从以上测试结果看，在使用PIMC 功能后，模拟100%加载情况下，L1800 的1850MHz 中心频点小区、L2100 的2140MHz 中心频点小区、L2100 的2152.5MHz 中心频点小区上行干扰明显下降，L1800 的1870MHz 中心频点小区的上行干扰基本呈下降趋势，说明降低PIM 有效果，NR2100 小区的上行干扰前后整体变化不大，和理论分析一致，而统计开启PIMC 前后的基站KPI 指标情况看，也保持了稳定，说明PIMC 功能对用户感知无负面影响。整体效果看PIMC 功能达到了降低PIM 三阶互调干扰的目标。

4 结语

随着5G 网络的规模建设部署，UNL 多模设备在城区、县城、农村不断拓展增加，对多模设备内部的PIM干扰消除技术的需要也越来越迫切。本文对多模设备的PIM 生成和消除进行了研究分析，并基于消除技术的理论分析也给出了在山东菏泽的实际验证测试，通过理论联系实际为多模设备PIM 消除提供了有效的可实施方案，使得运营商可以利用较少的资源和投资就可以实现多模站点共模设备的替换，节省大量建设和维护费用，起到提效作用。接下来山东联通愿与合作伙伴一起用5G为国家无线通信技术振兴战略添砖加瓦。

引用

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