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3-2013

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HF-Praxis 3/2013

Messtechnik

Messtechnik Leistungsstarker PIM-Handtester - äußerst vielseitig für Installation und Wartung von RRH und DAS Anritsu entwickelte eine batteriebetriebene und leistungsstarke PIM-Testlösung für nahezu alle Mobilfunkstandards. PIM ist eine Störform, die durch passive, i.d.R. als linear angesehene Komponenten wie Stecker, Kabelbaugruppen, Filter und Antennen erzeugt wird. Bild 1: Die Minimierung von Passiver Intermodulation ist unmittelbar in den Statistiken der Netzbetriebszentrale (OMC) sichtbar . Ferdinand Gerhardes Anritsu Deutschland ferdinand.gerhardes@anritsu. com Werden diese Komponenten extremer Hochfrequenzenergie von Mobilfunkanlagen ausgesetzt, können sie störende Signale erzeugen, die den Rauschpegel im Empfänger erhöhen und die Performance des Mobilfunkstandortes wesentlich beeinträchtigen. Was ist Passive Intermodulation (PIM)? PIM ist eine Form der Intermodulationsverzerrung, die bei herkömmlich als linear angesehenen Komponenten wie Filtern, Duplexern, Diplexern, Überspannungsableitern, Kabeln, Steckern und Antennen auftritt. Zwar verfügt jedes Mobilfunksendesignal an sich über keine wesentlich hohe Leistung (typisch 10 bis 50 W), jedoch kann die phasenrichtige Addition von mehreren Signalen auf derselben Leitung zu außerordentlich hohen Leistungen führen, die dann in den als linear angesehenen Komponenten Störsignale erzeugen. PIM wird als Reihe unerwünschter Signale erkennbar, die durch die Mischung von mindestens zwei oder mehreren starken HF- Signalen in einem nicht linearen Gerät entstehen (z. B. lockerer oder korrodierter Stecker). PIM wird auch als „Diodeneffekt“ oder „Rostschraubeneffekt“ bezeichnet. PIM-Tests — wozu? Der PIM Master ist Quelle und Empfänger in einem. Er erzeugt ein Hochleistungssignal, das zu PIM führt. Diese Signale werden vom integrierten Empfänger aufgezeichnet und ausgewertet. Anritsu hat den PIM Master zur Prüfung und Problemlokalisierung im Rahmen der begleitenden oder präventiven Qualitätssicherung entwickelt. Der PIM Master erzeugt zwei Hochleistungstöne – i.d.R. im betreffenden Sendeband und misst parallel dazu die resultierenden Intermodulationsprodukte dritter, fünfter oder siebter Ordnung. (Die Intermodulationsprodukte dritter, fünfter und siebter Ordnung können nur dann gemessen werden, wenn sie im Bereich des PIM-Master-Empfängerbands liegen.) Darüber hinaus kann der PIM Master die Entfernung mehrerer PIM-Quellen relativ zum Messpunkt bestimmen („Distance-to-PIM“). Dieses Feature ist wesentlich, da die Kenntnis über den Entstehungsort der PIM wesentlich den Zeitansatz für die Problembehebung und damit die Kosten (Stichwort OPEX) bestimmt. Darüber hinaus kann mit dem DTP-Feature nicht nur die Stelle der PIM innerhalb der Sendeanlage, sondern auch außerhalb bestimmt werden. Dies ist außerordentlich wichtig, da häufig rostige Absturzgitter oder Mastbauteile, Dachkantenverkleidungen aus Blech, montierte Klimaanlagen oder abgehängte Leichtbau decken innerhalb von Gebäuden PIM erzeugen können. Der aktuelle PIM-Teststandard (IEC 62037-2 Ed. 1 07.11.2012, Passive RF and microwave devices, intermodulation level measurement - Part 2: Measurement of passive intermodulation in coaxial cable assemblies) schreibt einen Zweitontest mit einer Mindestleistung von 2 x 43 dBm vor und nutzt den Messwert einer berechneten PIM-Frequenz dritter Ordnung als Anhalt für eine Aussage über die Linearität des Stecker-Kabel- Antennensystems (bzw. dessen Umgebung). Wenn zusätzliche TRX‘n, das heißt Sendesignale eines Netzbetreibers, oder mehrere Signale unterschiedlicher Netzbetreiber 16 hf-praxis 3/2013

Messtechnik Bild 2: In diesem Beispiel erzeugen zwei TRX bei 930 und 958 MHz ein PIM-Produkt Dritter Ordnung bei 902 MHz, d.h. im GSM Empfangsband. innerhalb eines Co-Locationoder Co-Siting-Scenarios zu einem Standort hinzukommen und dadurch die Sendeleistung erhöht wird, steigt die Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung von PIM und damit die Gefahr, dass die Performancedaten des Standortes negativ beeinflusst werden. Dabei spielt die sogenannte Verkehrslast am Standort eine wichtige Rolle, da hierdurch die gemittelte Sendeleistung deutlich ansteigt (Hotspot, z.B. Sportereignis). An einem relativ ruhigen Standort (z.B. Vorstadtbereich) sind meist nicht die gleichen PIM-Probleme wie an einem voll ausgelasteten Standort zu beobachten. Return Loss und PIM-Tests Return-Loss-Messung, häufig in der Fachsprache auch als Line Sweep Test bezeichnet, und PIM-Test sind vollkommen unterschiedliche Messverfahren, die keinesfalls gegeneinander ausgetauscht werden können. Beide sind sehr wichtig und messen präzise die Fähigkeit des Sendestandortes im Hinblick auf optimierte Leistungsabstrahlung. PIM-Messungen erlauben eine Aussage über die Gesamtlinearität eines „Stecker-Kabel- Antennensystems“. Bei den Line Sweep Tests wird die Reflektionsdämpfung des Gesamtsystems vom Messort aus gesehen bestimmt. Hieraus lassen sich Aussagen ableiten, ob die erzeugte Hochfrequenzleistung optimal transportiert und abgestrahlt werden kann. Es müssen beide Tests durchgeführt werden, um die Qualität eines Standorts insgesamt beurteilen zu können. Bevor ein System auf PIM hin getestet werden kann, muss sichergestellt sein, dass die Reflektions- und Transmissionsdämpfung innerhalb der spezifizierten Werte liegt. Eine schlechte Anpassung könnte Anteile der PIM-Testsignale mehr als erwünscht zurück in die Quelle reflektieren, zu phasenabhängigen Auslöschungen des Messsignals führen und so das Ergebnis verfälschen. Mit anderen Worten kann eine schlechte Line Sweep Performance zu fehlerhaften PIM-Messergebnissen und damit zu einer falschen Einschätzung der Standortqualität führen. Wenn Sie vor dem PIM-Test den Line Sweep Test durchführen, haben Sie die Gewissheit, dass Durchgangs- und Rückflussdämpfung im zulässigen Bereich liegen. Diese Daten gewährleisten darüber hinaus, dass die PIM- Testsignale die Komponenten tatsächlich mit maximaler Signalstärke erreichen und so die wahre PIM-Leistung äußerst präzise anzeigen. Werden Sendestandorte von vorn herein im Hinblick auf PIM vermessen, wird die Gefahr auf ein Minimum beschränkt, dass die Übertragungsanlage zu einem späteren Zeitpunkt erneut angefahren werden muss, um augenscheinlich „unsichtbare“ Fehler zeitintensiv zu lokalisieren. Grundsätzlich sollten Koaxialleitungen nach Reparatur oder Reinigung eines Steckverbinders erneut im Hinblick auf Rückflussdämpfung und PIM hin vermessen werden. Gleiches gilt für den Austausch von Filtern, TMA’s, TMD’s, TMT’s oder Antennen, also eigentlich allen Komponenten einer Sendeanlage. PIM-Ursachen Die PIM entsteht, wenn sich zwei oder mehr starke HF- Signale an einer nicht linearen Kennlinie mischen. Die nicht linearen Eigenschaften entstehen zum Beispiel, wenn HF- Steckverbinder nicht mit dem korrekten Drehmoment montiert worden sind oder Korrosion bzw. mechanische Beschädigungen vorliegen. Rostige Bauteile wie Befestigungen und Schrauben sollten bei der Suche nach PIM-Quellen ebenfalls überprüft werden. Die Frequenzkombinationen der ungeraden Mischprodukte können zu PIM-Pegeln im eigenen Empfangsband führen, oder stören sogar benachbarte Funkdienste. Die Auswirkungen sind vielfältig und zahlreiche Symptome könnten auf PIM-Probleme hindeuten, wie z. B.: • Empfänger-Desensibilisierung (erhöhtes Rauschen) • Erhöhte Bitfehlerrate • Vorzeitige Übergabe in eine andere Funkzelle • Rx-Diversity-Alarmmeldungen • Erhöhte Spektralanteile innerhalb der erlaubten Sendermaske • Hohe Anzahl unterbrochener und/oder blockierter Anrufe • Erhöhte Anzahl vorzeitig beendeter Anrufe • Abnehmende Funkzellenreichweite • Handys im Zellbereich müssen ihre Sendeleistung erhöhen (schnelleres Entladen des Akkus) • Beschwerden von Co-Locatedoder Co-Sited-Netzbetreibern Besonders kritisch wird es, wenn PIM durch höherwertige, breitbandige Modulationsverfahren wie z.B. UMTS und LTE erzeugt wird. Dabei haben Produkte Dritter Ordnung die dreifache Bandbreite wie das Ursprungssignal, bzw. die Fünffache bei den IM5-Produkten. Damit ist klar, dass durch Passive Intermodulation ganze Bandbereiche ggf. verrauscht werden können und so teuer erkaufte Frequenzen unbrauchbar werden. Die Minimierung von Passiver Intermodulation ist unmittelbar in den Statistiken der Netzbetriebszentrale (OMC) sichtbar und führt zu einem erhöhten Verkehrsdurchsatz und damit zu einer Gewinnmaximierung des Sendestandortes. Einige Beispiele aus der Praxis Die Grafik in Bild 2 zeigt ein typisches Beispiel aus dem Bereich GSM 900. In der Vergangenheit konnte die Funknetzplanung die Sendekanäle in ihrer Lage leicht variieren, um so PIM-Problemen im Uplinkbereich ausweichen zu können. Heut zu Tage sind die Frequenz- hf-praxis 3/2013 17

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel