Mobilfunkstationen bequemer warten Bodentest für passive Intermodulation

Mobilfunk-Basisstationen in luftiger Höhe sind durch mobiler Technik vom Boden aus zu warten.
Mobilfunk-Basisstationen in luftiger Höhe sind durch mobiler Technik vom Boden aus zu warten.

Wartungstechniker von Mobilfunk-Basisstationen können sich einen Klettergang auf den Mobilfunkmast sparen. Die Prüfung auf Signalstörung durch passive Intermodulation, PIM, kann mit einem tragbaren Analysator über die CPRI-Schnittstelle vom Boden aus erfolgen.

Es sind Signalanalysatoren für 2G-, 3G- und 4G-Netze verfügbar, die die HF-Leistung und Modulationsqualität eines Funksignals testen können, um die Leistung jedes Subsystems im Sender einer Basisstation zu überprüfen. Immer häufiger wird der Downlink einer Basisstation über eine sogenannte Luftschnittstelle (Over the Air, OTA) getestet, da sich die Funkeinheit oft am Funkmast befindet. Eine direkte Verbindung per Kabel zu einem HF-Testport ist in diesem Fall unpraktisch.

OTA-Tests dienen zur Fehlerbehebung bei Reichweitenproblemen und werden außerdem genutzt, um bei LTE und TD-LTE Systemen zu prüfen, ob die MIMO-Konfiguration korrekt funktioniert. Einige Testgeräte haben eine CPRI-HF-Messfunktion. Solche Geräte erlauben dem Netzbetreiber ein bequemes Prüfen des Uplinks auf Störungen über die CPRI-Glasfaserverbindung (Common Public Radio Interference). Sie ist als Standard-Schnittstelle zwischen Steuerterminal und Antennenmodul in Mobilfunk-Basisstationen weit verbreitet.

Zentralisiertes Funkzugangsnetz RAN (C-RAN)

Um die Flexibilität der Basisstationen und die Betriebskosten zu senken, haben die Mobilfunkhersteller die Basisband- und Funkfunktionen in diskrete Hardwarekomponenten aufgeteilt. Die Basisbandeinheit (BBU) sendet IQ-Daten über eine Glasfaserverbindung mit Hilfe von CPRI- Protokollen an das ausgelagerte Antennenmodul, die auch als Remote Radio Head (RRH) bezeichnet wird. Dadurch konnte die Basisbandeinheit in einem Gebäude bis zu 15 Kilometer vom RRH entfernt aufgestellt werden. Die Funkeinheit kann am Mobilfunkmast ohne oder mit sehr kurzen HF-Kabeln zur Antenne installiert werden.

Passive Intermodulation

Passive Intermodulation (PIM) wird durch Nichtlinearitäten in der Sendeeinrichtung einer Basisstation verursacht, die Intermodulationprodukte erzeugen. Sie führen zu einer Verschlechterung der gesamten Systemleistung. Diese Effekte treten typischerweise auf, wenn die breitbandigen LTE-Downlink-Signale Intermodula-tionsprodukte der dritten oder fünften Ordnung erzeugen, die in den Uplink derselben Frequenz Division Duplex (FDD) Systeme fallen. Es ist auch möglich, Oberwellen-PIM in einem anderen Funk-Uplink zu erzeugen, wie zum Beispiel einem 850-MHz-Downlink, der wiederum Oberwellen-PIM in einem 1700-MHz-Uplink erzeugt.

Häufige Ursachen für PIM sind schwache oder beeinträchtigte HF-Einspeisungen von der Funksteuereinrichtung zu Antenne. Zum Beispiel, wenn sich Steckverbinder lösen oder metallischer Staub im Steckverbinder eingeschlossen ist. PIM kann auch durch Metallgegenstände entstehen, die das Signal der Senderantenne reflektieren, wie zum Beispiel ein Geländer an einem Dach, verzinkte Kabelbinder hinter der Antenne, die die HF-Kabelzuführung tragen, oder rostiges Dachmaterial an Gebäuden im Antenneneingang.

Allgemein beeinträchtigt PIM in einem Mobilfunknetz den Datendurchsatz zu einer Basisstation. Dies zeigt sich typischerweise zuerst in einer Verschlechterung der Standortleistung, wie sie von den Leistungskenndaten der Netzwerkmonitore angezeigt wird unf einer steigenden Anzahl von Gesprächsabbrüchen. Da das Frequenzspektrum mit der Einführung neuer Mobilfunkbänder immer dichter wird, steigt suvh die Wahrscheinlichkeit, dass PIM ein bestimmtes Netzwerk beeinträchtigt.

PIM-Tests über die CPRI-Schnittstelle

PIM-over-CPRI-Tests nutzen zur Messung der passiven Intermodulation den Datenverkehr in Echtzeit über die CPRI-Verbindung. Wo früher die Basisstation längere Zeit abgeschaltet werden musste, damit der Techniker auf den Antennenmast klettern und messen konnte, verlagert sich die Messung nun auf den Boden. Anritsu bietet dafür ein tragbares Mehrzweckmessgerät an.

Mit dem BTS Master MT8220T ist Leitungsabtastung, Signalanalyse mit MIMO-Tests, Spektrumanalyse und ein anspruchsvolle Störungssuche möglich (Bild 1). Mit den erhobenen Daten können relevante Leistungskennzahlen erstellt werden, wie zum Beispiel Gesprächsabbrüche, Anrufverweigerung oder Anrufsperren, die aufgrund einer Fehlfunktion an der Basisstation oder Interferenzen aufgetreten sind.

Das Messprinzip basiert auf der Überwachung des HF-Verkehrs. Ein Basisstationsanalysator Anritsu MT8220T kann die PIM-Desensibilisierung des LTE-Uplinks berechnen, indem er die CPRI-Daten auf dem Downlink und Uplink zwischen den Remote Radio Heads und der Basisbandeinheit vergleicht (Bild 2).

Dieser Messprozess testet reale PIM-Szenarien, wie selbst generierte PIM (entstanden durch mehrere 15-kHz-Subcarrier-Links, die ein LTE-Signal bilden; PIM verursacht durch Intermodulation), ebenso wie Oberwellen der zweiten und dritten Ordnung (zum Beispiel Störsignale des 850-MHz-Downlinks mit dem 1700/2100-AWS-Uplink oder Störsignale des 900-MHz-Downlinks mit dem 1800/2100-AWS-Uplink).

Da Datenverkehr in Echtzeit für diesen Prozess genutzt wird, gibt es grundlegende Unterschiede, die sich auf Standard HF-PIM-Tests beziehen. Zum Beispiel werden keine kalibrierten 43 oder 46 dBm Zwei-Ton-Dauerstrichsignale genutzt: nur LTE-Subcarriers und Ressource-Blöcke.

Statt eines dBc-Wertes, der durch zwei durchgehende Wellentesttöne errechnet wird, errechnet PIM over CPRI den PIM-Desensibilisierungswert – der als die Menge des Rauschens innerhalb des Uplink-Signals oder das Signal-PIM-Verhältnis in dB betrachtet werden kann – aus dem ermittelten korrelierten PIM-Signal. Bei dieser Messung werden alle verfügbaren Downlink-MIMO-Signale eines Sektors (bis zu 2 x MIMO) mit jedem einzelnen Uplink-Signal synchronisiert und verglichen. Die PIM over CPRI Messungen unterstützen SISO, 2x2 MIMO, und 2x4 MIMO (Bild 3). Außerdem wird ermittelt, ob der PIM Fund intern oder extern zum Antennensystem ist.

Die Ergebnisse liefern eine Entscheidungsgrundlage für das Anfordern einer Reparaturmannschaft, um PIM-Probleme am Antennenmast oder auf dem Dach zu reparieren.

 

Der Autor

 

Angus Robinson

ist Marketing Manager für tragbare Testgeräte bei Anritsu. Sein Schwerpunkt liegt in der Spezifizierung von Messtechnik- und Testausrüstung für die globale Wireless-Industrie. Zuvor war er rund 15 Jahre als Produktentwickler beim britischen Messtechnikhersteller Marconi Instruments (heute: Aeroflex) im Bereich Mobil- und Nahbereichsfunk tätig. Er ist Elektrotechnik-Ingenieur mit Abschluss an der University of Liverpool.
Angus.Robinson@anritsu.com