5G 室內分布系統互調干擾解決方案

夏 天，杜發輝，來 平，董永鋒

(中國鐵塔股份有限公司青海省分公司，青海 西寧 810001)

0 引言

隨著移動互聯網業務的飛速發展，室內場景已經成為流量消費的重要場所。在3G 時代，NTT DoCoMo 公司統計大約70%的業務發生在室內，4G 時代室內業務流量占比增長到90%[1]，5G 時代仍將不斷提高。5G 室內覆蓋面臨建設成本高、運營成本高等挑戰，未來3～5 年內室內場景仍以無源室分為主要建設方式，為此通信運營企業推進室分共享，切實降低5G 室分覆蓋投資，積極探索無源5G 室分解決方案。前人已對2G/3G/4G 傳統室內分布DAS(Distribute Antenna System)中頻段間隔較小的1.8 GHz、1.9～2.1 GHz 兩個區間的互調干擾研究了很多，隨著無線網絡的演進，2G/3G 系統逐步退網，國家已經批復三個基礎通信運營企業對2G/3G/4G 網絡進行頻率重耕，今后室內分布系統主要網絡制式將是4G 和5G，而針對5G 頻段互調干擾研究較少[2]。5G 時代基礎通信運營企業用于室分系統內的頻段為2 515～2 675 MHz和3 300～3 400 MHz 兩個范圍，因此4G/5G 無源室分系統并存情況下，如何解決互調干擾，實現理想覆蓋，是本文研究重點。

1 互調干擾影響

互調干擾產物隨信號源功率增大而明顯增加，一般信號功率每增加1 dB，互調產物將要增加3 dB。當小區業務量較小時，此時因為發射功率較低，互調產物電平低，上行干擾不明顯；當小區業務量較大時，互調產物隨發生功率升高而明顯抬升，小區出現嚴重上行干擾，即體現出上行干擾帶變化隨小區業務量變化而隨之改變的特征。互調干擾作為一類上行干擾，對用戶感知和無線接通率、上行語音質量、掉話率、切換成功率等重要KPI 指標產生嚴重影響。圖1 中F1 和F2 為兩個射頻信號源。

圖1 互調產物示意圖

從圖1 中可以看出，離載波頻率越近，互調干擾幅度越大，對接收機性能指標越不利，需要重點考慮。由于接入POI 的各系統互調指標差異，各系統發射功率隨業務量各有變化，噪聲被抬升程度各不相同，干擾信號強度呈波動性。從互調干擾產生的原因可以知道，天饋系統線性度不好的小區容易產生互調干擾，而其受到干擾的大小又是隨業務量而變化的，業務量越大，載波發射功率就越大，互調干擾就越大。當小區天饋系統的非線性達到一定程度，小區忙時，業務量很高的情況下，極易出現小區干擾掉話、上行通話質量差、上行誤碼率高等現象。給客戶的直觀體驗就是信號質量差，通話聽不清楚，上網時延長、反應慢。

2 5G 室分頻段互調分析

由于通信運營商系統間頻率和制式的不同，使得系統間干擾影響分析成為多網絡室內分布系統建設的先決條件[3]，其中三階互調影響最大。現行傳統分布系統建設主要是4G、5G 的合路，因此下述討論主要考慮4G、5G 系統進行合路的場景。目前傳統三大基礎通信運營企業和新晉的中國廣電在室分建設上用到的主要頻段和承載網絡制式統計如表1 所示。

表1 通信運營企業在室分中所選用制式及頻段表

基波信號F1(移動5G(2 515～2 675 MHz))和基波信號F2(4G FDD-LTE(1 850～1 860 MHz))在分布系統中進行合路，產生了三階互調信號：((2F1±F2)，(2F2±F1))[4]，這時三階互調信號(3 170～3 500 MHz) 會落入電信、聯通5G(3 400～3 600 MHz)的頻段，造成了對電信5G(3 400～3 500 MHz)的互調干擾，若不加以控制，將會影響設備性能、工程質量。頻率交疊情況如圖2 所示。

圖2 4G/5G 互調干擾原理圖

3 解決方案

為降低4G/5G 共用分布系統互調干擾風險，應在規劃設計階段，對方案選擇、信源功率、POI 合路、天線點位等方面進行設計；在施工階段，對工程質量和系統間干擾、其他外界干擾等方面充分考慮，從而降低非線性因素，提升系統互調抑制度指標，減少互調干擾產生的概率及對室分系統的影響。

3.1 規劃設計

為規避系統間干擾，在規劃和設計階段，需充分結合場景特點，了解擬覆蓋無線系統制式、MIMO 需求、系統覆蓋指標要求及通信運營企業擬合路系統制式頻段等，并根據不同建設場景，選擇傳統室分或新型廣角漏纜等方式，采用空間隔離、頻率調整、增加濾波器、降低天線傳輸功率和提高裝置性能等有效手段規避干擾。

(1)方案選擇：傳統無源室分系統結構簡單，器件生產工藝成熟度高，施工工藝技術、系統運行和維護難度低，若設計合理、器件質量過硬、施工質量得當，則故障問題相對較少[5]。對狹長型、空間開闊區域(如停車場、公路鐵路隧道、城市地下立交隧道等場景)，適合采用新型廣角漏纜進行覆蓋，可大幅減少天線、接頭和器件使用量，減少系統連接點，從而有效規避系統間互調干擾影響，同時，還能達到降低建設成本、降低維護成本、優化覆蓋效果的目的。結合覆蓋區域特點，綜合考慮建設成本和維護方便，采用低功耗、多天線方案，合理設計支路數量和長度，合理分配不同路由，減少系統間干擾[6]。

(2)信源功率：要求通信運營企業采用的信源有效無線功率不超過20 W(43 dBm)，隨著輸入載波的功率超過20 W，導致互調產物增加，互調干擾增強；對于樓宇類室分場景，當采用高功率器件時，也應先把高功率信源采用功分器先分為不大于43 dBm 的信號輸入源，再輸入至POI 的合路點[7]。圖3 是高功率信源接入方案圖。

圖3 高功率信源接入方案圖

(3)POI 合路器：POI 端口連接器類型應與相關連接器件相匹配，避免因使用轉接頭導致增加插入損耗，并影響系統互調指數[7]。POI 信源輸入端口每個系統輸入功率不得超過43 dBm，POI 源端口必須滿足高功率和低互調負載(互調指數<-150 dbc@2×43 dbm，平均功率>200 W)這兩項技術指標。

(4)天線輻射的方向不應有金屬器件，天線與金屬管、監測探頭、顯示器、照明燈具、防火噴頭、煙霧探頭之間的水平距離應大于1 m，條件受限情況下至少0.5 m；天線連接處需纏繞絕緣膠帶，以避免與金屬直接接觸；饋線與電源線之間具有空間絕緣，條件有限情況下應避免纏繞。

3.2 器件性能

使用符合企業標準的高性能無源器件和增強型連接器可以有效避免無源器件性能惡化，提升抗干擾指標。與普通連接器相比，增強型連接器可提升單根饋線的三階互調抑制度指標，從而提升整個無源分布系統互調指標，最大程度地降低多系統接入無源分布后的互調干擾[8]。增強型連接器通過改變連接器結構，并使用專用的自動或手動工具，將其壓接于饋線之上，使連接器與饋線的固定更加穩固耐用。前三級使用500 W/-150 dBc@2×43 dBm、增強型連接器產品和無源器件，三級以后可使用300 W/-140 dBc@2×43 dBm 產品[9]。POI器件隔離度是衡量合路器性能的重要指標，指標不合格會導致無法有效消除各類干擾。5G POI 合路器需支持各通信運營企業2G/3G/4G/5G 系統全面接入，靈活支持通信運營企業間的共享建設、獨立建設。表2 是對室分系統所選用器件指標的一般要求。

表2 室分無源器件規格

3.3 施工要求

由于5G 頻段高，三階互調、系統駐波、鏈路平衡、鏈路損耗、天線口功率等指標對信號指標影響較大，當接頭工藝質量差，饋線接頭與無源器件連接不緊，或無源器件質量差，或饋線發生彎折等情況均會導致駐波比數值偏大，一旦安裝就不可逆，因此要做好施工工程測試驗收工作[10]。駐波比和互調值是和互調干擾指標密切相關的工程質量驗收指標，駐波比較好的室分系統互調指標不一定好，但駐波比不好的室分系統互調值一般都不會很好[11]。通過互調測試和駐波比測試及時發現接頭制作、器件連接、天線安裝等問題，降低系統非線性度，鐵塔公司要求載波功率27 dBm 輸出的前提下整體互調值不低于-130 dBc，要求駐波比低于1.5。需使用合適的力矩扳手對無源器件進行緊固，在符合相關電磁輻射要求下盡量提高天線射頻功率，減小鏈路損耗，保證隱蔽工程質量，提高系統抗干擾性[12]。圖4 是實際工程中測試互調干擾的儀表接入點示意圖。

圖4 互調儀測試連接示意圖

4 案例分析

某辦公大樓共13 層，東西長34 m，南北寬25 m，建筑面積共計1.1 萬m2；移動4G/5G 頻段：2 515 MHz～2 675 MHz；聯通、電信4G 頻段：2 100 MHz；聯通、電信5G使用頻段：3 300 MHz～3 400 MHz。部分樓層采用無源DAS 雙通道室分，部分樓層使用廣角漏纜方式，單天線覆蓋面積140m2，天線間距22 m，方案前三級采用500 W無源器件，三階互調<-150 dBc；其余采用300 W 無源增強型連接器，器件<-140 dBc。工作實施流程如圖5 所示。

圖5 工作實施流程圖

通過提升單根饋線的三階互調抑制度指標，從而提升整個無源分布系統互調指標，最大程度地降低多系統接入無源分布系統后的互調干擾。施工過程中通過測試及時發現饋線布放、接頭制作工藝中的問題，降低系統非線性度，避免隱蔽工程后期整改困難[13]。

工程網絡質量測試統計結果如下(隨機選取部分樓層測試結果展示)：

(1)不同輸入功率條件下上行噪聲指標如表3 所示。

表3 多系統間干擾測試表

(2)駐波測試：本次測試整體駐波比均小于1.5，滿足施工規范要求，如表4 所示。

表4 駐波比測試記錄表

(3)多路平衡性測試：本次測試A 路和B 路路損最大差異為1.35 dB，兩路插損基本一致，如表5 所示。

表5 雙路系統平衡性測試記錄表

(4)PIM 測試：本次測試的4 路天饋系統互調值在-132 dBc～-128 dBc(@2×43 dBm 1 800 MHz)均滿足要求。測試點如圖6 所示，測試結果如表6 所示。

圖6 互調測試合路點選取位置示意

互調測試驗證：把待測天線系統用軟跳線連接到互調儀上，在27 dBm 輸出功率的前提下，互調值低于-130 dBc，整個系統滿足多系統合路要求。下行100%加載，所有4G 系統上行RB 噪聲低于-110 dBm，所有5G系統上行RB 噪聲低于-108 dBm，POI 上行噪聲測試指標滿足現網標準要求[14]。

表6 合路點互調測試記錄表

5 結論

本文通過對互調干擾原理和4G/5G 共址合路互調干擾分析，闡述了5G 室分存在互調干擾的風險，并為降低互調干擾帶來的不利影響，減少互調干擾概率及對通信系統的影響，從室分工程建設的規劃、設計、器件質量、施工保證等方面系統性地提出了一套抑制互調干擾的有效方法。并以某5G 室分項目為案例，證明了解決方案的可行性，為目前逐漸增加5G 室分建設工程項目提供工程建設經驗[15]。