做室内分布系统的人,这几年应该都有一个直观感受:4G时代不太当回事的PIM(无源互调),到了5G突然变成了验收的硬门槛。 很多以前能过的器件,现在过不了;以前能用的方案,现在不能用。
这篇说说PIM到底是什么、为什么5G时代它变得这么要命、以及工程上怎么控制。
一、PIM是什么,用大白话解释
PIM全称无源互调,指的是两个或多个不同频率的射频信号通过无源器件(功分器、耦合器、合路器、天线、电缆、连接器)时,因为这些器件内部存在非线性,产生了新的频率分量。
听起来复杂,举个例子就明白了。
假设一个DAS系统里同时传输两个下行信号,频率分别是1940MHz和1960MHz(联通LTE Band 1的典型载波配置)。这两个信号通过功分器、耦合器、馈线、接头的时候,如果器件质量不过关,就会产生新的频率:
- 2×1940 − 1960 = 1920MHz
- 2×1960 − 1940 = 1980MHz
1920MHz正好落在联通的上行接收频段(1920-1940MHz)里。 这个新产生的信号就是PIM产物,它会直接抬高基站的上行底噪,导致远端手机的信号基站解调不出来。
PIM的根源在于器件内部的非线性——材料不对(用了铁磁材料)、接触不良(接头没拧紧、氧化)、结构设计不合理(电流密度集中),都会产生PIM。
二、4G时代PIM不重要,5G时代为什么成了刚需
4G时代PIM指标也有要求,但没到卡脖子的程度。到了5G,情况完全变了。
第一个原因:频段更高,互调产物更容易落入上行
5G用的频段比4G高——3.5GHz、4.9GHz,未来还有毫米波。频段越高,互调产物的阶数分布越密,落入上行频段的概率越大。
第二个原因:多系统共存,互调产物呈指数增长
4G时代一个DAS系统通常只服务一到两个运营商。5G时代移动、联通、电信、广电四家可能同时合路。 信号数量多了,互调产物的组合数量呈指数级上升。原来只有两个载波的时候,三阶互调产物就两个。四个载波的时候,三阶互调产物有12个。
第三个原因:上行信号更弱,对干扰更敏感
5G的上行链路预算比4G紧张。高频段路径损耗大,手机发射功率有限,基站接收到的上行信号本来就弱。这时候哪怕有一点点PIM产物抬升底噪,都可能让上行链路失效。
第四个原因:MIMO和载波聚合放大了PIM问题
5G要求MIMO(多输入多输出)和载波聚合。更多的通道、更多的频段组合,意味着更多的互调产物来源。一根天线里的两路信号如果隔离度不够,PIM问题会比单路严重得多。
三、PIM在工程上到底会造成什么后果
后果一:上行底噪抬升,覆盖收缩
正常基站接收机的噪声基底大约-120dBm/100kHz。PIM产物进来之后,底噪可能被抬升到-110dBm甚至-100dBm。底噪每抬高3dB,覆盖半径大约收缩10%。底噪抬高10dB,覆盖半径缩到原来的三分之一。
后果二:SINR恶化,速率下降
RSRP(参考信号接收功率)显示-85dBm,信号看着挺好,但SINR(信号与干扰加噪声比)从15dB掉到5dB。64QAM用不了,调制方式掉到QPSK,下行速率从150Mbps直接掉到30Mbps以下。
后果三:掉话率上升,用户投诉
PIM导致的掉话有个典型特征:白天业务忙的时候掉话多,晚上没人了就好了。 因为用户越多,下行功率越大,PIM产物越强。这种故障最难排查,因为“白天坏晚上好”很容易让人往温度、供电方向想。
四、哪些器件最容易产生PIM问题
根据工程统计,PIM故障的出现频率从高到低:
第一:连接器和跳线(约占40%)
接头没拧紧、内导体氧化、镀层磨损,是最常见的PIM来源。N型接头扭矩要求1.2-1.5N·m,4.3-10型1.0-1.2N·m。 很多人凭手感拧,差得远。
第二:耦合器(约占20%)
耦合器内部有多个接触面——主线到耦合端的探针接触、腔体与端盖的接触。这些地方稍微有点氧化或镀层不均,PIM就上去了。
第三:天线(约占15%)
天线内部的振子焊接点、馈电点、接地接触,都是潜在的PIM来源。很多天线厂家不标PIM值,采购的时候要主动问。
第四:功分器(约占10%)
腔体功分器本身PIM性能好,但端口负载缺失会导致反射,间接引发PIM问题。
第五:负载和合路器(各占约10%和5%)
低质量负载内部电阻焊点非线性,合路器多信号同腔传输时互调产物叠加。
五、采购无源器件时,PIM指标怎么看
第一,看测试条件。 PIM值和测试功率强相关。同一个器件,2×33dBm下测可能是-160dBc,2×43dBm下测可能只有-140dBc。采购时要确认测试功率是2×43dBm(行业标准) ,不是低功率下测的“好看数据”。
第二,要求每只器件独立测试报告。 批次抽检不够——抽检合格不代表你手里那只合格。每只器件出厂都应该有独立的PIM测试报告,报告上要有型号、序列号、测试日期、测试频点、测试功率、实测PIM值。
第三,确认材料。 低PIM器件的腔体应该是镀银或镀铜的,内导体是铜或铍铜的,不能含铁磁材料(镀镍、不锈钢、铁氧体等)。采购合同里写一句“所有内部结构件不得含有铁磁材料,提供材质证明”。
第四,不同器件的PIM要求不一样。 功分器、耦合器、合路器、滤波器要求≤-155dBc@2×43dBm;天线要求≤-150dBc;负载要求≤-165dBc。
六、现场PIM问题怎么排查
如果现场已经出现了PIM问题(上行底噪高、掉话多、速率慢),按这个顺序排查:
第一步:确认是PIM问题还是外部干扰
在无业务时段(深夜)测一次底噪,白天业务忙时再测一次。如果白天高、晚上低,基本可以确定是PIM——因为用户多→下行功率大→PIM产物强。
第二步:分段排查
从RRU输出端开始,逐级往后接器件,每接一级测一次PIM。接入某个器件后PIM突然劣化超过5dB,问题就出在这一级。
第三步:检查所有接头
用扭矩扳手把所有接头重新拧到标准扭矩。很多时候PIM问题就是接头扭矩不够造成的。N型1.2-1.5N·m,4.3-10型1.0-1.2N·m。
第四步:查“隐形”PIM源
施工遗留的金属碎屑、铁锈、包装扎带;固定天线的金属吊杆没有做绝缘处理;墙上不用的螺钉。这些都可能成为PIM源。经验表明,超过30%的PIM故障来自施工杂质。
安徽禄讯成立于2002年,专注于射频无源器件与天线的研发与制造。全系列产品(功分器、耦合器、合路器、滤波器、负载、天线、跳线)覆盖698-3800MHz,PIM≤-155dBc@2×43dBm,每只出厂附带独立PIM测试报告。公司在深圳设有现代化生产基地,拥有完善的自动化产线与严格的质量检测体系。



