室内分布系统干扰问题和解决方案研究

张 涛（中国联通网络技术研究院，北京100048）

0 前言

随着移动网络的发展和室内语音、数据业务流量的高速增长，室内分布系统已成为吸收话务、解决深度覆盖并提升用户感知的主要手段。随着室内分布系统载波数量和话务量的增加，室内分布系统的干扰情况也越来越严重，严重影响室内用户的网络体验。室分分布系统的干扰来源有多种，包括外部干扰和分布系统自身产生的干扰，本文主要针对室内分布系统自身干扰进行研究。

1 室内分布系统干扰原因定位

室内分布系统产生干扰主要有以下几类原因。

a）随着系统制式不断增多，系统不断扩容，室分系统中输入的系统载波数量大大增加，室分系统承载的功率变大，超出原有室内分布系统器件的功率容限，从而产生宽带杂散干扰。

b）系统制式的不断增加，室内分布系统中合路的频段和载波增多，造成了新的互调干扰，影响部分系统的上行性能。

c）其他工程问题造成的干扰，如器件或接头不紧或老化产生的驻波比问题等。

前2类干扰问题多由室内分布系统升级扩容中产生，诱发原因是系统制式、频段和功率不断增多，但根本原因还是室内分布系统中的无源器件无法满足多制式、多频段和高功率的要求。而目前很多室内分布系统都存在建设年限较长、设备老化严重等问题，在新系统合路后出现系统底噪抬升的状况，严重影响了室分系统的性能；对于一些建设年限不长的室内分布系统也存在无源器件质量低下，在多系统环境下产生严重干扰的问题。

图1是某运营商某地统计的室分站点干扰原因分类图，其中无源器件干扰占比达到40%，是第一大类干扰。

中国联通LTE室分建设中，大多通过在原有的室分系统中扩容接入，全国各地（市）LTE 室分系统在开通过程中，发现干扰问题严重影响系统性能。无源器件对室内分布系统产生干扰影响，主要由互调抑制与功率容限2个指标引起。

图1 室分系统干扰原因比例统计

2 互调干扰分析

2.1 无源互调产生的机理

无源互调（PIM——Passive Inter modulation）是射频信号路径中2 个或多个射频信号，因各种无源器件（例如天线、电缆或连接器）的非线性特性引起的混频干扰信号。

在大功率、多信道系统中，铁磁材料、异种金属焊接点、金属氧化物接点和松散的射频连接器都会产生信号的混频，这些混频产生的频率分量和工作频率混合在一起进入工作系统，如果这些无用的频率分量足够大，就会影响通信系统的正常工作。互调是无源器件本身的非线性引起的，因此，只要有无源器件存在的射频系统，就必然有互调的产生，互调失真是影响射频系统正常工作的干扰之一。

如2 个信号f1、f2互调，可产生2f1，3f1，4f1……；2f2，3f2，4f2……；f1±f2，2f1±f2，2f1±2f2，3f1±f2，3f1±2f2，3f1±3f2……，如图2 所示。通常所说的三阶、五阶、七阶互调是指落入f1、f2频段的2f1-f2、2f2-f1、3f1-2f2、3f2-2f1、4f1-3f2、4f2-3f1的互调产物。

图2 2个信号f1、f2产生的无源互调

干扰带宽取决于参与互调的信号带宽和调制的阶数。设参与互调的中心频率为f1，f2，…，fN的信号带宽分别为△f1，△f2，…，△fN，则中心频率fIM的互调产物的带宽为：

可见，互调信号带宽因参与互调的信号带宽和调制的阶数而展宽，因此，宽带信号参与互调和更高阶的互调产物可能对更宽频率范围的信号形成干扰。

2.2 无源互调对室分网络干扰原理

室分无源器件互调表现为反射互调干扰电平，直接落入上行通带，无法通过滤波器进行抑制，对网络干扰产生直接的影响，互调值随输入功率变化而变化，在相同的互调抑制度情况下，输入功率越大，互调产物越大。

现网的室内分布系统多是在小功率传输模型下的组网应用模型，指标为-130 dBc@2×43 dBm 的无源器件可以满足大部分室内分布系统的应用场景要求，但是随着现网微蜂窝信源发射功率的加大，应用在信源前端的器件承受功率越来越大，产生的互调干扰也就越发明显。

互调产物的大小还取决于器件的互调抑制度，互调抑制度越差，互调产物越大；互调抑制度越好，互调产物越小。对无源互调指标要求越高，对网络产生的干扰影响就越低。表1 示出的是输入功率为43 dBm时，不同互调抑制值的反射干扰电平值。

表1 不同互调抑制值的反射干扰电平值

2.3 无源互调对室内分布系统的干扰影响

无源互调产生的干扰直接落入系统的上行通带内，无法通过滤波设备解决互调干扰，会抬升系统的上行底噪，严重影响系统的性能。下面的案例是CDMA和LTE之间的二阶互调造成的干扰。

此室内分布系统由3 个小区完成覆盖，每个小区合路的系统包括中国联通GSM900、LTE、WCDMA 与中国电信CDMA 系统，其中二小区出现LTE 中间频点干扰较为严重，底噪在-84 dBm，提升了15 dB以上，产生了严重的干扰。

通过LTE 后台数据查询，43—51 号RB 频点底噪在-100 dBm 以上，其他两侧频点正常，全带宽底噪平均值为-84 dBm，提升15 dB 左右，严重影响LTE 网络的性能（见表2）。

通过对受干扰的RB 频段分析，发现此干扰属于CDMA 系统二阶互调信号导致LTE 的中间频点干扰，通过加衰减降低CDMA系统的方法可以大幅降低干扰水平。

表2 LTE底噪后台统计数据

此外GSM900、LTE1800 和CDMA850 合路还会产生三阶互调，造成对LTE的上行干扰，图3分别是三阶互调和二阶互调干扰频谱图，可以看到系统满功率发射时可以造成20 dB 的系统上行底噪提升，造成严重的系统干扰。

3 功率容限干扰分析

3.1 功率容限干扰的机理

众所周知，由于射频能量传输的“趋肤效应”，使得阻抗变化，从而引起信号的反射，以及传输介质温度变化转化为热能，而器件由电阻和介质损耗所产生的热能又将导致器件的老化、变形以及电压飞弧现象。而每个无源器件均有一个功率容限指标来定义器件所能够承受的功率输入，一般超出系统的功率容限就可能造成系统的击穿使器件损坏或产生内部打火使系统指标下降，因此，为了保证室内分布系统中无源器件的正常工作，有必要合理制定器件的功率容限，保证系统最大输入信号所引起的热能不会引起问题。

图3 三阶和二阶互调干扰底噪抬升图

通常来说，厂家器件的标称功率指标包含平均功率和峰值功率2 种。其中，平均功率是指信号持续不断加到器件上的功率，该功率容量受限将导致器件的过度发热、老化、变形以及飞弧现象；而峰值功率是指信号短时间内能达到的最大功率，该功率容量受限会导致器件打火，一般情况下将使器件氧化，缩短器件使用寿命；严重时造成基站断站，并将信号进行全反射形成驻波告警等影响。

总的来看，当无源器件所承受的功率超过其功率容限时，其对于网络的影响如图4所示，具体如下。

图4 功率容限对网络性能的影响

a）器件会出现打火烧坏，驻波比变大，信源的发射信号会全反射，而信号的全反射严重时会导致信源烧坏。

b）器件局部微放电，造成频谱扩张，产生宽带干扰，造成整个系统底噪抬升，从而使上行接收灵敏度下降。

c）器件因烧坏击穿，引起网络通信中断。

3.2 中国联通室内分布系统输入功率评估

系统平均功率和峰值功率的计算公式如下：系统平均功率=单载波平均功率+10lg N系统峰值功率=单载波平均功率+10lg N+系统峰均比

其中N为载波数。

根据前期对5 个主设备厂家的GSM、WCDMA 和LTE设备RRU的峰均比进行调研，调研结果如下。

a）目前GSM设备的峰均比随载波数变化而变化，四载波时峰均比在6～7.4 dB。

b）目前WCDMA 的峰均比没有随载波数变化而变化，在5.5～8 dB。最大发射功率随总平均功率增加而增加。

c）目前LTE的峰均比没有随载波数变化而变化，在6.7～8 dB。最大发射功率随总平均功率增加而增加。

针对目前中国联通GSM900、DCS1800、WCDMA和1.8 GHz FDD LTE，以及后续的2.3 GHz TD-LTE 系统，考虑最大配置和现网典型配置情况下的功率容量，配置结果如下所示。

a）在最大配置情况下，多系统合路的平均功率为300 W，峰值功率高达1 751.5 W。

b）LTE 1 载波+WCDMA 2 载波+GSM 2 载波情况下，平均功率容量为100 W，峰值功率容量为535.5 W。

c）LTE 1 载波+WCDMA 3 载波+GSM 2 载波情况下，平均功率容量为120 W，峰值功率容量为664.5 W。

d）LTE 1 载波+WCDMA 4 载波+GSM 2 载波情况下，平均功率容量为140 W，峰值功率容量为784.5 W。

e）LTE 2载波+TD-LTE 1载波+WCDMA 4载波+GSM 2 载波情况下，平均功率容量为220 W，峰值功率容量为1 208 W。

3.3 功率容限对系统的干扰影响

目前在中国联通现网中对无源器件的功率容限要求是平均功率200 W，没有峰值功率要求，而测试方法也是采用单载波GSM信号200 W平均功率进行测试，判断是否出现严重的打火而导致驻波比指标不合格为标准，无法验证峰值功率对网络的干扰指标造成影响。在现有测试方法下受限于GSM 单载波信号的峰均比，实际测试峰值功率仅有400 W左右，即使测试合格也存在不能满足网络需求的情况，从而产生功率容限干扰。

由于现网无源器件功率容限不能满足日益增多的系统功率要求，也造成了中国联通在室内分布系统引入LTE系统后出现大量的干扰问题。

下面通过一个案例来说明功率容限的干扰，对于某小区引入LTE 系统造成了WCDMA 系统RTWP 抬升，引起了系统间干扰，通过在后台对LTE系统激活后分别进行加载25%、50%、100%，记录WCDMA 系统RTWP的变化（见表3）。

表3 WCDMA系统RTWP的变化（单位：dBm）

通过表3 得出WCDMA 系统的RTWP 值从LTE 未开通的-102.3 dBm 逐渐变化至加载到100%的-94.2 dBm，与LTE的功率加载情况有直接关系，可以判断是器件功率容限不足引起的干扰。

图5是功率容限干扰中测试到的上行频段的底噪值，可以看到整体底噪呈现大幅度抬升，其干扰信号是宽带造成干扰，也证实了是功率容限造成的宽带干扰。

图5 功率容限干扰上行底噪抬升图

4 室内分布系统干扰排查方法

室分系统干扰问题可通过网管和现场来逐级定位排查，具体流程如图6所示。

5 室内分布系统干扰解决方案

图6 室分干扰问题改造流程

经过前期研究和测试发现，功率容量和互调产生的干扰均与无源器件指标不足相关，可以通过提升器件的品质及功率和互调指标的方式来解决，即通过定制高性能无源器件解决干扰问题。通过合理定制高性能无源器件的性能要求使得高性能无源器件即使应用于最前端（最高功率），其产生的干扰也在可接受范围内，可以解决室内分布系统中的干扰问题。

利用高性能无源器件来解决室内分布系统的干扰问题，需要在互调抑制、功率容限等指标方面进行严格的要求，同时对于器件的工艺和材质进行严格的要求，从而保证室内分布系统的性能，表4以耦合器为例给出高性能无源器件和一般无源器件的指标要求差异。

表4 耦合器性能指标

根据实验结果，根据表4 指标定制的无源器件可以满足中国联通室内分布系统的干扰抑制要求，即使应用于最前端，其产生的干扰也在可接受范围内。

高性能器件虽能解决干扰问题，但带来建设成本大幅提升，可以基于室分系统中干扰与功率强相关的特性制定出高低搭配的解决方案，即“高功率节点高性能器件，低功率节点低性能器件”的建设方案，将高性能器件应用于前端（高功率），一般器件应用于末端（低功率），实现性能与成本的平衡。