無源互調（PIM）是一種發生在無源器件上的互調失真，比如濾波器，合路器，浪涌保護器，線纜，連接頭，天線等。這些器件通常被認為是線性的，但是他們受到高功率信號激勵時會產生雜散信號。基站的無源互調問題已經成為干擾網絡性能的最前沿問題，近年來越來越受到關注，怎樣定位與排查基站的無源互調故障也是令基站維護者困擾倍增。本文從無源互調的基本概念入手，解釋為什么無源互調干擾越來越受到重視，然后具體闡述基站現場的無源互調測試與定位解決方案，最后分享用安立公司PIM Master在基站現場測試中的一些典型案例與結果分析。
一、什么是無源互調（Passive Intermodulation， PIM）？
無源互調（PIM）是一種發生在無源器件上的互調失真，比如濾波器，合路器，浪涌保護器，線纜，連接頭，天線等。這些器件通常被認為是線性的，但是他們受到高功率信號激勵時會產生雜散信號。
無源互調（PIM）顯示一系列由兩個或多個強射頻信號在非線性器件（比如松散或腐蝕的連接頭，或附近生銹物）中混頻產生的不需要的信號， 無源互調（PIM）現象又稱為“環境二極管效應”或“銹門栓效應”。
下面這組方程可以精確描述兩個載波F1，F2的無源互調產物頻率：
IMn+m = nF1 – mF2
IMn+m = nF2 – mF1
F1 和 F2 是發射載波頻率，常數 n 和 m是正整數。當提到無源互調產物時， n + m 的和稱為互調階數。如果m等于2，n等于1，則他們的和 （2+1=3） 稱為3階交調 即 IM3。
典型的， 3階互調產物是最強的可能落在接收頻段內對接收信號造成危害的互調產物，因為無源互調產物的幅度隨著階數的增高而變低，高階的互調產物一般情況下不會強道直接導致頻率問題，但是他們通常會是導致近鄰的頻段噪底電平上升的原因。
一旦這些上升的噪底電平落入接收頻段，他們便進入到基站接收信號范圍內（有時候通過低噪放），會對基站信號接收造成影響。
要認識到，從調制信號引起的互調信號比從基波信號引起的互調信號的帶寬要寬。因此，互調產物可以有非常寬的頻帶，占用好幾個通頻帶。
二、為什么無源互調問題越來越受關注？
移動通信高速數據通信的發展增加了蜂窩系統內的網絡業務量，也在一定程度上影響了網絡性能。隨著額外新增的的移動通信發射機和調制信號添加到既有的或新的基站，統計到的基站性能可能大幅變化，這可能會導致基站性能變差、扇區性能惡化或者覆蓋率降低等等。
無源互調問題近來已經成為網絡性能的最前沿問題，基于以下一系列原因或幾個原因的組合：：
• 越來越高的射頻功率
• 相同的天線陣上多個頻段的系統
• 滿負荷的多載波系統
• 高負荷的高密度/業務量基站
• 寬帶接收濾波器
• 復用天線陣
• 越來越寬的信號帶寬5MHz， 10MHz， 20 MHz等
• 體系架構老化–主要是腐蝕的或松的連接頭
• 由周圍環境導致的環境二極管效應
• 由干濕天氣條件造成的間歇、時斷時續的環境二極管效應
• 鄰基站產生無源交通
天線的腐蝕銹濁可能導致無源互調現象 天饋線系統的各個組件可能成為導致互調的主要潛在源
一個現場的無源互調測量應當是一個線性度測量和建筑質量測量的綜合。這就是為什么必須要在現場測量無源互調的原因。
三、無源互調現場測試與定位方案：
為了測試基站的接收機干擾是否受到兩個或者多個發射頻率的無源互調干擾，安立公司開發專用于測量無源互調的無源互調分析儀PIM MasterTM。安立公司針對移動通信CDMA頻段，E-GSM頻段，PCS和AWS頻段推出了其第一代高性能無源互調測試系列解決方案PIM MasterTM ，包括MW8208A，MW8209A和MW8219A，分別覆蓋中國移動，中國聯通和中國電信運營頻段的無源互調測試。
安立公司具有40瓦發射功率和已獲得專利的無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術的PIM MasterTM是專為現場查找無源互調問題、快速定位無源互調問題的而設計的方案。
安立公司開發并發明的精確定位無源互調故障源的技術，稱為無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM，即DTP），已獲得美國專利，為安立無源互調分析儀PIM MasterTM的特色功能。工程維護人員不用再浪費時間敲擊鐵塔試圖定位無源互調故障源，如果無源互調來自于天線系統或者周圍環境也不用再猶豫不決，在幾秒鐘內，無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術可以測量天線系統內和天線系統外的所以的靜態無源互調故障問題的相對幅度大小和故障。只有無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術才能發現的無源互調故障包括： 污染了的連接頭，腐蝕的連接頭，扭矩過大的連接頭，存在微觀電弧的連接頭，天線系統外的無源互調問題。無源互調故障點定位測試相對于傳統的無源互調測試來說提供了更多的洞察力，這些獲得的定位信息可以加速問題源的修復，控制問題源的修復成本，幫助制定精確的預算計劃等等。比較不同時間PIM的測試值變化，可以觀察器件是否隨著老化而性能惡化，這可以使得PIM源在升級為導致掉話或阻塞的故障之前被修正。
無源互調是對功率敏感的。現今基站發射塔承載的功率越來越大，PIM Master對此專門為測量無源互調量身設計了2 x 40 瓦的射頻功率特色功能， 能發現更多的傳統20瓦無源互調測試儀發現不了的無源互調問題。無源互調問題對功率敏感且可能是間歇時斷時續的，無源互調問題剛剛開始出現并表征的時候經常就是這樣的情況。這可能是由于輕微的腐蝕，高業務量的負荷，或者天氣條件的變化導致了環境半導體等。使用高的功率電平經常可以使時斷時續的故障變得可以觀察。高的功率電平對發現多載波天線系統中的故障來說是必要的，對于發現連接頭中的在顯微鏡下看到的縫隙形成的微觀電弧也是必要的。
安立無源互調測試方案能完成測量功能可列舉如下：
（1）無源互調測試：發射信號的3階， 5階， 和7階互調產物絕對幅度和相對幅度
（2）噪底電平：基站的接收噪底電平
（3）無源互調故障點定位：系統內和系統外的多個無源互調問題故障源一次性定位（距離和相對幅度）
（4）配套的安立手持高性能儀表為可完成頻譜測量、基站信號質量監測、各種通信制式的信號解調/射頻測量/空中接口測量功能、基站系統內部單元故障排查、基站系統外部干擾排查與干擾定位、室內與室外信號覆蓋、多信道掃描、基站功率監測等功能。
四、典型測試案例與結果分析：
以下案例均來自于安立無源互調分析儀PIM Master在客戶外場測試中的實際現場測試結果。
1.線纜腐蝕受損引起的無源互調問題定位
在某基站外場的實際測試中，檢查某根饋線，其PIM值為-62.6dB如下：
采取安立專利特色功能DTP進行無源互調定位，定位在約22米，結果如下：
此處位于基站塔上，工程維護人員至約22米處尋找故障，發現如下線纜腐蝕破損，此故障系施工質量造成的線纜外皮劃痕，由于日曬雨淋腐蝕造成了線纜內部受損，造成的故障。
類似的線纜腐蝕受損問題，由于在基站塔上，如果不采取安立極具特色功能的無源互調故障定位技術手段，采取純敲擊人工手段，幾乎不可能定位和排查到。工程維護人員不用再浪費時間敲擊鐵塔試圖定位無源互調故障源，只有無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術才能發現的靜態無源互調故障包括： 污染了的連接頭，腐蝕的連接頭，扭矩過大的連接頭，存在微觀電弧的連接頭，天線系統外的無源互調問題。無源互調故障點定位測試相對于傳統的無源互調測試來說提供了更多的洞察力，這些獲得的定位信息可以加速問題源的修復，控制問題源的修復成本，幫助制定精確的預算計劃等等。
2. 天饋系統中無源器件質量不合格造成的無源互調問題定位
在某基站外場的實際測試中，檢查某根饋線，其PIM值為-76.8dB如下：
采取安立專利特色功能DTP進行無源互調定位，定位在約7.8米，結果如下：
此處位于饋線和掉線的連接處上，工程維護人員至約7.8米處尋找故障，發現如下避雷器，拆除該避雷器后，發現故障消失，如下。
類似的無源器件質量問題導致的無源互調故障還很多，在我們的實際現場測試中，存在有無源互調故障的器件有功分器、避雷器、3dB電橋、雙工器等等。這些器件的老化或者質量問題是實際基站無源互調故障的潛在來源，比較不同時間PIM的測試值變化，可以觀察器件是否隨著老化而性能惡化，這可以使得PIM源在升級為導致掉話或阻塞的故障之前被修正。
3. 天饋系統中各種連接接頭造成的無源互調問題定位及測量功率的大小
在某基站外場的實際測試中，檢查扇區1的某根饋線，若用20W功率測試其PIM值得到-85.8dBm，如下
但用40W功率進行測試，PIM值為-69.1dBm， 如下
采用DTP定位，結果又發現約2.84米處有故障，如下，遂到約2.84米處（連接饋線的接頭處）檢查故障，發現該接頭存在銹蝕現象，如下：
更換接頭后，再次測試，故障消失。
在本案例中還需特別注意，由于一開始是采用20W功率測試，檢測出來PIM值為-85.8dBm，看似正常；但其實由于未能采用基站真實的40W發射功率測量，因此測試出來的結果不真實。那么測量無源互調到底要采用多大的輸入功率呢？或者說多大的輸入功率能滿足對 基站測試的要求呢？從應用的角度，測試儀表的輸入功率應與被測實際應用的環境（即基站發射功率）相一致，即取實際應用中基站可能通過的最大功率，才可能測量得實際應用中真實的無源互調值。。
類似的連接器接頭問題導致的無源互調故障在實際現場測試環境中存在很多，有的是連接頭扭矩不對，有的是連接頭質量問題，有的是連接頭松動，還有的是連接頭存在打滑等，無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術能準確定位發現連接頭不好的情況造成的無源互調故障，便于調整連接頭的連接狀況或者更換連接頭。這些連接頭的老化或者質量問題是實際基站無源互調故障的潛在來源，很多連接頭的故障來源于不好的施工質量或者天長日久的松動及老化，比較不同時間PIM的測試值變化，可以觀察連接頭是否隨著老化而性能惡化或者是否隨著時間而松動。這可以使得PIM源在升級為導致掉話或阻塞的故障之前被修正。
六、小結：
安立無源互調測試解決方案具有以下獨特的特色：
1. 具有20瓦到40 瓦的射頻發射能力，可根據實際情況調節發射功率。使用高的功率電平經常可以使時斷時續的故障變得可以觀察。高的功率電平對發現多載波天線系統中的故障來說是必要的，這可以使得PIM源在升級為導致掉話或阻塞的故障之前被修正。
2. 無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術，能夠定位無源互調故障定位和相對幅度以及系統內部和外部的無源互調故障。無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術在運營商的現場測試中已經被廣泛的應用并取得了良好的結果，無源互調故障點定位測量結果顯示了天線系統內無源互調問題的定位，也顯示了天線外系統外部無源互調源的距離。這在從現場無源互調測試中獲得的信息質量來說已經取得了了難以置信的進步了。
3. 安立PIM MasterTM可由安立手持式儀表系列控制，在完成PIM干擾排查的同時建議先用手持儀表排除基站系統內外部干擾，安立高性能手持儀表可完成頻譜測量、基站信號質量監測、各種通信制式的信號解調/射頻測量/空中接口測量功能、基站系統內部單元故障排查、基站系統外部干擾排查與干擾定位、室內與室外信號覆蓋、多信道掃描、基站功率監測等功能，這些是已經被證實在基站現場測量中屢次獲得成功的現場應用功能
安立公司的具有40瓦發射功率和已獲得專利的無源互調故障點定位（Distance-to-PIMTM）技術的PIM MasterTM是現今查找無源互調問題、快速定位無源互調問題及解決基站現場干擾問題的最佳解決方案之一。