基站中的无源交调(PIM)效应：了解挑战和解决方案

简介
众所周知，有源器件会在系统中产生非线性效应。人们已开发出多种技术来改善此类器件在设计和运行阶段的性能。容易忽视的是，无源器件也可能引入非线性效应；虽然有时相对较小，但若不加以校正，这些非线性效应可能会严重影响系统性能。

PIM表示"无源交调"。它代表两个或更多信号通过一个具非线性特性的无源器件传输时产生的交调产物。机械连接部分的相互作用一般会引起非线性效应，这在两种不同金属的接合处尤为明显。实例包括：松动的电缆连接、不干净的连接器、性能糟糕的双工器或老化的天线等。

无源交调在蜂窝通信行业是一个重大问题，而且非常难以排解。在蜂窝通信系统中，PIM可能引起干扰，降低接收机灵敏度，甚至完全阻塞通信。这种干扰可能影响产生它的蜂窝以及附近的其他接收机。例如，在LTE频段2中，下行链路范围是1930 MHz至1990 MHz，上行链路范围是1850 MHz至1910 MHz。若有两个分别位于1940 MHz和1980 MHz的发射载波从具有PIM的基站系统发射信号，则其交调会产生一个位于1900 MHz的分量，该分量落入了接收频段，这会影响接收机。此外，位于2020 MHz的交调可能影响其他系统。

随着频谱变得越来越拥挤，并且天线共享方案变得越来越普遍，不同载波的交调产生PIM的可能性也在增加。利用频率规划避免PIM的传统方法变得越来越不可行。除上述挑战外，CDMA/OFDM等新型数字调制方案的采用意味着通信系统的峰值功率也在提高，使PIM问题"雪上加霜"。

对服务提供商和设备供应商而言，PIM是一个突出的严重问题。检测并尽可能解决该问题，可提高系统可靠性并降低运行成本。本文尝试评述PIM的来源和原因，以及予以检测和解决的技术。

PIM分类

初步的调查显示，PIM有三种不同类型，每类有不同的特点，需要不同的解决方案。我们选择按如下类型分类：设计引入PIM、装配PIM和锈体PIM。

设计引入PIM

我们知道，某些无源器件与其传输线路一起会产生无源交调。因此，当设计系统时，开发团队应根据器件制造商给出的规格，选择PIM最小或处于可接受水平的无源元件。环行器、双工器和开关特别容易产生PIM效应。设计人员若能接受较高水平的无源交调，那么可以选择成本较低、尺寸较小或性能较低的器件。

如果设计人员真的选择性能较低的器件，则相应的较高水平交调可能会落回到接收机频段内，导致接收机降敏。必须注意：在这种情况下，不良频谱辐射或功率效率损失可能不如PIM导致接收机降敏那样令人关注。在小型蜂窝无线电设计中，此问题尤其重要。ADI公司目前正在研发可从接收信号中检测、模拟、消除（抵消）双工器等静态无源元件PIM的技术（参见图3）。

该算法之所以有效，是因为它知晓载波信息，并且可以使用接收机相关性来确定交调伪像，然后从收到的信号中消除。

当不再能利用相关性确定交调伪像时，该算法的局限性便开始浮现。图4显示了一个实例。在该例中，两个不同的发射机共享一根天线。如果假设每条路径的基带处理是彼此独立的，那么算法便不太可能知晓二者信息，故而它能在接收机执行的相关性和抵消处理会受限。

加之于PIM挑战的复杂性

站点访问和成本给服务提供商带来了挑战，我们开始发现越来越多这样的事例：不同发射机共享单根宽带天线。其架构可以是各种频段和格式的混合：TDD + FDD；TDD：F + A + D，FDD：B3，等等。图5显示了这种配置的概貌。在这个例子中，客户试图实现一个复杂但现实的配置。一个分支是TDD双频，另一分支是FDD单频，采用一个双工器。信号汇合起来，共享单根天线。Tx1和Tx2信号之间的无源交调发生在来自合并器的路径中、到天线的传输线路中以及天线本身中。所得的交调伪像落回到FDD接收机频段Rx2。

(编辑：mao35  来源：网络整理)