CN104756419B - 用于基站设备的内置无源互调检测器 - Google Patents

Abstract

公开了新的发明和该发明的优选实施例，其允许对蜂窝基站设备中的无源互调(PIM)进行连续现场测试。

Description

用于基站设备的内置无源互调检测器

背景技术

频分双工(FDD)无线蜂窝基站(BTS)使用相当高功率的发射机而同时检测系统的本底噪声附近的非常低电平的接收信号。由于新的频率带和更宽的发射带宽，接收带越来越多地位于来自发射带的互调信号的范围内。在这种情况下，在无源机电系统中通常可被忽略的低电平非线性可造成接收器去敏化，这可降低系统性能并且很难检测、识别及修复。

虽然存在检测并识别无源互调(PIM)的专用测试设备，但是该设备最容易在实验室和工厂环境中使用。便携版的设备可被带到实地中的BTS，但是只能在安装的初始检查期间被有效使用。在RF路径设备或环境改变中的后续恶化(例如，天线波束阵列内的生锈金属或添加的结构)可产生将不会被检测到的有害PIM。

图1a和图1b是示出了现有技术中的当前PIM检测系统的限制的框图。为了运行测试，用于馈送天线系统的同轴电缆必须从基站断开连接并被连接到测试设备。为了做出该变化，该系统可能已经被干扰，以防止该问题的进一步检测的方式改变了PIM性能。此外，该基站不再被消费者使用。该操作是非常不希望的，因为它需要在影响最少消费者的时间(例如，深夜)进行。最后，PIM测试仪使用窄带CW信号，该窄带CW信号通常扫过该带，以非常强的输出电平干扰该带中所有其他经许可的用户，并且该输出电平高到足以不仅干扰本小区中的用户，还干扰附近小区处的用户。这不仅是不希望的，而且可能违反经营者的监管许可。这导致了对于能够在不中断当前操作并且不使用特殊测试信号(因为特殊测试信号将导致干扰的风险)的情况下进行测试的需求。

发明内容

本公开涉及内置于基站设备中用于检测不想要的无源互调的系统和方法，其可现场操作以识别并向经营者警报该问题。在一个方面，获取所需的原始数据的硬件被实现于基站电子设备的RF部分内。该RF部分可被包括在基站电子设备中或者其可被包括在已被移动到离天线更近的基站的RF部分中以减小发射机的功率放大器与接收机的低噪声放大器之间引发的RF损耗。在一些示例中，整个基站被移动到靠近辐射天线的位置，例如在所谓的小型小区或微型小区中。除了用于收集原始信号的RF部分，数字信号处理元件被添加或重新使用(如果已经可用于实现PIM被识别并通告给网络经营者的方法)。进一步的实施例被说明。

附图说明

随着通过参考以下结合附图的详细描述使得本公开的以上方面和很多附加优势变得更好理解，本公开的以上方面和很多附加优势将更容易被认识到，其中：

图1a和图1b示出了由于BTS必须被断开连接并且外部测试信号和检测器必须被连接，从而现有技术PIM检测器如何只能被用在初始安装时刻；

图2示出了基站的远程无线电头(RRH)内的内置PIM检测器的框图；

图3a、图3b、图3c和图3d示出了图2的实施例可以多种方式被应用于相同硬件，因为RRH可被用作被称为具有集成RRH的天线的类型的活动天线3a，用作小型小区3b或有时被称为微型小区的小区，用作塔上安装的RRH 3c，或用作天线座的基底的标准基站3d；

图4示出了本发明的实施例，其中塔上安装的放大器(TMA)被修改以包括内置PIM检测器并且去往该检测器的功率和数据通信在天线接口标准组织(AISG)工业标准协议中被提供；

图5示出了本发明的实施例，其中无源天线被修改以包括内置PIM检测器，并且去往该检测器的功率和数据通信在AISG工业标准协议中被提供；

图6示出了用于使用硬件来检测PIM的系统和方法；以及

图7a-7e示出了从使用图6的方法的典型情境中得到的结果。

具体实施方式

一般而言，本公开涉及内置于基站设备的用于检测不想要的无源互调的系统和方法，其可现场操作以识别并向经营者警报该问题。参考图2，在一个方面，获取所需的原始数据的硬件被实现于基站电子设备的RF部分110内。该RF部分可被包括在基站电子设备中(图3d)，或者其可被包括在已被移动到离天线更近的基站的RF部分中以减小发射机的功率放大器和接收机的低噪声放大器之间所引起的RF损耗(图3a和图3c)。在一些情况下，整个基站被移动到靠近辐射天线的位置，例如，在所谓的小型小区或微型小区中(图3b)。除了用于收集原始信号的RF部分，数字信号处理元件112还被添加或重新使用(如果已经可用于实现PIM被识别并通告给网络经营者的方法)。

相关领域技术人员将认识到，所公开的实施例和示例实际上是示意性的。因此，所公开的实施例和示例不应被解释为限制性的。此外，虽然本公开的各方面已被标识并且可被一起描述，但是本公开不限于必须考虑所有被标识的方面或者应需要任意所述方面的组合的实施例。

图2示出了被用于收集为识别并量化可能在站点处产生的任意破坏性互调所必需的信号和信息的硬件的实施例。破坏性互调可发生在任何地方，从发射滤波器114的内部开始，跟随路径105到天线，然后在天线100内(例如，在天线分布式网络102或天线元件101中)，甚至通过天线波束内导致PIM的传导材料到天线外，该传导材料可产生反射，该反射将被天线接收回并出现在接收带中。

应该注意的是，如果新的附近结构被添加或者如果天线波束内现有的金属间连接以产生PIM的方式被氧化，则在天线站点的生命周期期间可能发生新的PIM源。

图2中的实施例是优选的，因为适用于正常基站操作的该系统的大部分可被重新使用以生成高功率源信号115并且适当地对其进行过滤114以消除活动的互调。该信号将被反射回接收机中，其中滤波器将拒绝该信号的线性部分，以使得足以无需降低接收机上的增益或不存在系统中的LNA以造成问题的等级再生活动的3阶互调的任意风险。

发射信号的样本和接收信号的样本在116中产生并且可以连续地用于112。这允许处理方法使用很长的相关时间来从在其他方面嘈杂的环境中提取敏感测量。

图3a、图3b、图3c和图3d示出了图2的优选实施例可以多种方式在多个地点使用，这些方式和地点通常被给予不同的名称但从本发明的角度来看本质上是相同的。在传统方法3d中，RF电子设备与基站的基带处理电子设备位于同一地点，通常是但不总是在封闭的机架式系统中。在这种情况下，RF的同轴电缆将从底部伸展到天线。在较新的设计中，损耗敏感组件(即，PA和LNA)被移动到离天线更近以改善系统的链路预算。在这种情况下，例如3c的系统可能更常见，通过该系统，同轴电缆只被用作到天线的跳线，并且基站与天线之间的距离的较大部分由光纤数字连接组成。进一步地，这造成了3a中的系统，通过该系统，RRH在物理上被附接到天线。该配置经常被称为活动天线(AA)或者有时被称为天线集成RRH。最后，基站基带处理电子设备有时被集成到3b所示的该活动天线中，在这种情况下，只有以太网连接需要从天线位置向下馈送。PIM是所有这些实现方式中的风险，因此PIM的内置现场检测是非常有利的。

图4是需要不同的硬件配置来收集PIM检查所需的原始信号的本发明的实施例。如果该系统被内置于TMA，则这是优选实施例。TMA通常是位于天线附近以最小化天线与RF头端LNA之间的电缆损耗的低噪声放大器(LNA)。在该拓扑中，双工器提供到接收路径的接入，然后该接收路径被放大并且被双工回到包含发射和接收信号的单个电缆中。在TMA中，为收集PIM数据所需的一些特征已存在于外壳中，例如，提供发射和接收之间的足够的带隔离以使信号可被有效分离并且重新组合的发射滤波器211、212，以及增强接收信号以阻止馈送电缆上的进一步损耗的LNA214，以及AISG电源和数据接口，以及使机电系统与元件隔离并且作为RF屏蔽的整个周围外壳210。

继续参考图4，示出了额外电路和组件需要被添加以提供PIM测试功能。发射参考信号由定向耦合器213进行采样以提供用于建模的参考。接收信号由定向耦合器215进行采样以提供用于评估落入接收带中的PIM的源。在该系统的一些实施例中，优选的是向发射路径耦合器213或接收路径耦合器215提供非定向耦合器或反向耦合器，使得在沿基站上的传输路径的各点处或TMA的天线侧生成的PIM的灵敏度可被加重或减弱。RF开关216被用于将多个天线系统中的不同输入路径(例如，接收分集、MIMO、时空分集)切换到单个捕获系统中。如果希望提高感知速度，则可添加额外的捕获系统并且移除一些或全部开关216，使得数据可被并行捕获并处理。为了克服来自采样处理的耦合损耗，较弱的接收信号被馈送到有损耗的滤波器级217之前的另一LNA 214中。经采样的发射信号处于很高的电平并且不需要进一步放大。实际上其需要被大大衰减以便与接收信号以类似的电平相结合以用于数字化。

为了简化处理并降低开销，发射和接收信号可与适用于不同频率的RF信号的任意通用信号加法器218相结合。该信号需要被本地振荡器(LO)219和混合器下变频到较低的IF以允许由当前可用的模数转换器(ADC)进行有效的数字化。在本设计的一些实施例中，可以不需要下变频，并且该信号可直接用ADC进行数字化。被适当滤波并放大的信号由ADC 220进行数字化，ADC 220可具有例如500 MSPS和12比特的速度和分辨率。但是，很多其他速度和分辨率在适当的情况下可被用于提供必要的输入以供处理。

来自单个ADC或多个ADC的采样信号被提供给数字信号处理(DSP)设备221，例如，用于PIM的识别的FPGA、DSP、ASIC或微处理器。该设备实现了稍后参考图6所述的方法的计算密集部分。在DSP221上处理之后的结果由微处理器检查。如果结果指示存在PIM，则幅度通过AISG协议被报告给经营者。该协议存在于标准TMA设备中，使得其可获得功率，并且还通过AISG协议中数据状态和警报消息来报告TMA的状态。其他专有和非专有的方法可被用于获得功率并且报告数据结果并且仍在本公开的范围内。

图5示出了用于无源天线中的本发明的实施例。在该实施例中，除了天线可用于在天线中通信并提供电倾斜功能的AISG数据和电源端口(如果存在)之外，不存在可重新使用的现有硬件。在该实施例中，小心地屏蔽周围和RF的外壳501被包括在天线外壳中。该外壳必须被小心设计使得敏感天线信号不被干扰。为此，对发射和接收信号502、503进行采样所需的耦合器通过足以防止任意不想要的信号耦合回到天线上的滤波器和衰减结构而被小心地馈送到外壳中。这是通过在接收路径上具有专用腔体梳状线滤波器504来实现的。这些滤波器提供了很多功能。它们支持在塔上安装的天线所必需的过载保护和保护电子设备的结构。它们以使得它们过滤进入或离开外壳的所有信号的方式被内置，使得没有带外信号能够漏入或漏出该结构。它们提供了将表示PIM要被检测的一些或所有接收带的通带中的低损耗，使得PIM灵敏度可被最大化。它们提供了对于如下非常强的发射信号的足够的拒绝，这些发射信号主要产生PIM，但是需要被衰减直到它们足够低以致于接收带电子设备既不饱和损耗其灵敏度，又不由于将模仿并掩饰试图被检测的PIM的IIP3而产生非线性。

在发射侧，耦合器503应该在不产生足够强以恶化样本的泄露路径的情况下提供尽可能多的衰减。这可以是大约50dB的衰减。进行特定分隔以保证这些信号将以足够低以致于它们不会漏入接收路径中并去敏感化或产生互调的电平进入RF外壳。该特定分隔可包括屏蔽，使得低开销表面声波(SAW)滤波器可被用于只通过在用于检查PIM的采样中感兴趣的发射带信号。在这种情况下，损耗是不重要的，因为信号非常强并且必须在进入外壳之前被衰减。在两个路径上的开关允许单个电子设备组处理所有多个天线RF路径。虽然两条路径是常见的并且被示于图2、图4和图5中，但是应该明显看出路径的数量可根据蜂窝系统的设计而变化。使用1、2、4、8条路径将是常见的，并且任意其他值也是可以的。

一旦信号被衰减并过滤，则它们可用加法器218组合到单个信号中，由发射和接收频率自然分开并由LO 219混合到较低的频率，使得它们可被ADC 220进行更适当地采样。在其他实施例中，DSP设备221使用识别PIM的方法处理信号，并且微处理器测量PIM的存在和幅度以向经营者报告警报和消息。这可通过现有AISG信道(如果存在)或通过一些其他专有或非专有替换协议来发射。

图6示出了用于现场识别PIM的方法。因为没有机会如图1的现有技术所示的将电缆断开连接并插入测试信号，所以使用的需信号实际上是发射数据。这些可以是使用的任意标准无线协议(例如，GSM/EDGE，WCDMA/HSPA、1XRTT/EVDO、LTE等)或它们的组合。细节是不重要的，因为信号的总和的样本由耦合器603收集并且将提供用于与接收样本进行比较的参考。在所提到的所有系统中，该合成发射信号被处理并放大以提供所需的蜂窝性能。该信号被过滤601以满足辐射掩蔽的需求，并且保证接收带中的任意活动的互调或噪声被衰减到足够低于热噪声的功率谱密度(PSD)的程度，所述热噪声的功率谱密度(PSD)在这种情况下为大约-174dBm/Hz。传送路径650的图示出了已被用于开发和验证用于检测PIM的方法的样本模型。其包括线性延迟元件651，在线性延迟元件651之间被表示为轻微非线性652的各种PIM源被建模。此外，实际存在的接收信号653被添加到接收路径中，因为它们将作为干扰者以检测PIM。建模的时间延迟非线性和线性接收信号与加性高斯白噪声(AWGN)654相加以表示由接收天线和组件捕获的热本底噪声。

接收信号像真实系统会做的那样被过滤602，以消除带外信号并且尤其是大幅降低发射信号功率的电平，如果该发射信号功率不被衰减则将导致活动互调和/或接收器去敏感化。接收信号604被放大并进行数字下变频。发射样本603被插补到足够高的采样率以包括3阶互调频率。然后发射样本通过3阶非线性模型605进行处理以生成与PIM中预期的非线性相同的非线性。虽然PIM包含具有多个未知延时的很多阶非线性，但是针对不同延时的可能PIM，PIM通过仅对发射信号的3阶部分进行相关来检测。这两个信号(采样的发射3阶非线性和接收的PIM样本)通过需要的任意进一步的数字频率变换在频率上对齐。基本时间对齐被实现以设置零延迟点以便校正如果生成非线性的PIM即刻位于发射器输出处，则所述相关将发生的地方。最后，互相关606在这两个复信号之间运行。该复互相关被描述为：

其中，*是复共轭操作符，

2N+1是用于互相关的序列长度，

x是修改的发射采样信号，以及

y是修改的接收采样信号。

输出被评估607，并且峰值被评估。如果检测到高于取决于测量的持续时间及所使用的平均值的预定噪声阈值的任意峰值，则它们被表示PIM值的幅度z和表示从用于所述相关的采样率的倒数来讲是到PIM生成源的距离的2倍的m来识别。该值和到各PIM源的距离的确定被提供给将把警报消息发射给经营者的警报消息处理软件。

图7a、图7b、图7c、图7d和图7e表示在图6的系统的某些点处的各信号的绘图。图7a示出了在类似于1XRTT的两个信号载波的情况下的样本发射信号，其中信号之间用若干空载波隔开。图7a表示603处的该示例性信号。图7b表示PIM被产生之后(例如紧接着652)的图7a的信号。PIM由远远低于发射信号的互调来表示。图7d示出了在603的发射样本通过仿真非线性被运行并用仿真的接收滤波器进行过滤并且被表示为进入互相关器606的发射样本之后的603的发射样本。图7e表示接收滤波器之后并添加了AWGN的接收样本。这表示进入互相关器606的接收样本。最后，图7c表示10ms内在1024点样本上的多个互相关的滑动平均输出。在图7c中显然存在类似振幅但延迟大约为1.5us的2个强PIM源。这与在该示例中用于产生非线性651、652的模型是一致的。评估器块607将周期性地评估该输入并提取有意义的峰值并将其分类为PIM。有意义的峰值是高于某一阈值的峰值，该阈值在每种情况下基于测量的平均、系统中的噪声、采样率和系统带宽来单独设置。

本领域技术人员将认识到本公开中所述的所有功能可在由所公开的组件和移动通信设备的一个或多个处理器执行的软件中实现。该软件可被永久存储在任意类型的非易失性存储设备中。

条件语句，例如，“能够”、“可能”或“可”等，除非另外特别说明，或者在所使用的环境内以其他方式理解，否则一般意为传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，该条件语句一般不意为暗示这些特征、元素和/或步骤具有一个或多个实施例所需的任意方式，或者一个或多个实施例必须包括用于在具有或不具有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或步骤是否被包括在任意特定实施例中或要在任意特定实施例中执行的逻辑。

这里所述和/或附图中所示的任意过程描述、元素或流程图中的块应被理解为可能表示代码的模块、片段或部分，所述代码的模块、片段或部分包括用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令。替换实现方式被包括在这里所述的实施例的范围内，其中取决于所涉及的功能，元件或功能可被删除，以与所示或所讨论的顺序不同的顺序执行(包括大体同时或以相反的顺序)，如本领域技术人员将理解的那样。还应认识到的是上述数据和/或组件可被存储在计算机可读介质上并且使用与计算机可读介质相关联的驱动机制来加载到计算设备的存储器中，计算机可读介质存储计算机可执行组件，例如，CD-ROM、DVD-ROM或网络接口，组件和/或数据可被包括在单个设备中或以任意方式分布。因此，通用计算设备可被配置为通过上述各种数据和/或组件的处理和/或执行来实现本公开的过程、算法和方法。

应该强调的是，对上述实施例可做出很多变化和修改，实施例的元素要被理解为在其他可接受的示例中。所有这样的修改和变化意为在这里被包括在本公开的范围内并被所附权利要求保护。

Claims (6)

1.一种用于与无线蜂窝基站相关联的无源互调(PIM)检测的系统，所述系统包括：

无源天线；

基站；以及

远程无线电头，在操作上耦合至所述天线和所述基站，

其中，所述远程无线电头包括识别并量化破坏性互调的配置，其中，所述远程无线电头被配置为基于从所述基站接收到的信号来生成高功率源信号以供PIM检测，并且将所生成的高功率源信号导向接收器，所述接收器中的滤波器被配置为过滤所述信号的线性部分使得足以降低在所述接收器上的增益。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述远程无线电头被配置为连续产生发射和接收信号的样本以使能使用长相关时间的信号处理。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述基站和所述远程无线电头共同位于所述天线的塔的基底处。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述基站位于所述天线的塔的基底处，而所述远程无线电头位于与所述天线和所述基站有间隔的塔上。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述基站位于所述天线的塔的基底处，并且所述远程无线电头与所述天线共同位于所述塔上。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述基站和所述远程无线电头与所述天线位于同一地点。