L’intermodulazione passiva nelle reti 4G

STRUMENTAZIONE –

La capacità di contrastare gli effetti negativi dell’intermodulazione passiva è di fondamentale importanza per gli operatori di telecomunicazioni che intendono sfruttare le tecnologie mobile di nuova generazione basate sui protocolli IP.

L’impatto del fenomeno dell’intermodulazione passiva, o Pim (Passive Inter-Modulation) sull’infrastruttura delle reti radiomobili sta creando crescenti preoccupazioni tra gli operatori. Sostanzialmente l’intermodulazione passiva ha luogo quando più segnali a radiofrequenza, provenienti da uno a più stazioni rado base, si miscelano tra loro in un sito che ospita una cella, dando luogo a un segnale che contiene un nuovo insieme di frequenze. Le armoniche delle frequenze interferenti possono aumentare il livello di rumore della stazione base, riducendo effettivamente le sue prestazioni complessive. Sebbene il fenomeno dell’intermodulazione passiva abbia costituito un problema da affrontare sin dall’installazione delle prime stazioni radiobase, è con la migrazione oggi in corso alle tecnologie mobile di nuova generazione basate sui protocolli IP che si ripresenta con una gravità e complessità ben più preoccupante.
L’aumento del livello di rumore causato dall’intermodulazione passiva sarà molto più impattante sulle reti Lte (Long Term Evolution) e Hdspa+ (High Speed Downlink Packet Access) oggi in corso di installazione rispetto a quanto avvenuto con le infrastrutture wireless utilizzate precedentemente, in quanto la quantità di dati trasportati dalle reti più moderne è di gran lunga superiore. L’intermodulazione passiva, pertanto, può potenzialmente degradare notevolmente la qualità del servizio che queste nuove reti possono supportare.

Fonti di intermodulazione passiva
I segnali indesiderati dovuti all’intermodulazione passiva si generano a causa di qualche forma di non linearità meccanica. Una delle maggiori cause è l’inconsistenza dei contatti tra metallo e metallo nelle zone interessate ad elevate intensità di corrente, come quelle all’interno delle linee di trasmissione o all’interno dei componenti a radiofrequenza. Ciò può essere dovuto all’imperfetta preparazione delle terminazioni RF, a causa dell’utilizzo di strumenti di lavoro non appropriati oppure da procedure di assemblaggio non ottimali, allentamento di viti o rivetti all’interno dei componenti RF, superfici contaminate o ossidate dei connettori o da connettori RF non adeguatamente serrati.

Misure di intermodulazione passiva
Ci sono delle differenze sostanziali tra le procedure di misura dell’intermodulazione passiva e le tradizionali tecniche per la misura delle riflessioni (return loss) o del rapporto di onde stazionarie (ROS o VSWR), in quanto per ottenere risultati significativi è necessario stimolare meccanicamente il sistema (picchiettando le strutture o flettendo i cavi) durante il processo di misura sul campo, in quanto le sole verifiche di laboratorio non sono sufficienti. Se un qualunque componente o collegamento RF genera un livello di intermodulazione passiva inaccettabile quando è soggetto a un leggero stress meccanico, allora va certamente sostituito o riparato. Il superamento di una verifica dinamica dell’intermodulazione passiva garantisce che l’infrastruttura RF sia robusta e possa funzionare correttamente quando sarà sottoposta a stress ambientali causati dall’esposizione a condizioni metereologiche estreme. Occasionalmente si verifica che problemi di intermodulazione passiva non diano luogo a grandi picchi durante l’esecuzione delle prove dinamiche. L’identificazione dell’origine di questi fenomeni non dinamici, o sorgenti di intermodulazione passiva statiche, può essere particolarmente difficile e spesso richiede molto tempo. Le apparecchiature di collaudo convenzionali per misurare l’intermodulazione passiva trasmettono due segnali di prova di alta potenza verso la linea di trasmissione o il dispositivo in prova. Se i segnali di prova incontrano una giunzione non lineare, avviene una miscelazione non lineare tra i due segnali, che causa l’insorgenza di nuove componenti in frequenza dovute all’intermodulazione. Lo strumento di misura rileva l’ampiezza dei segnali intermodulati che sono stati generati. Se si identificano dei picchi superiori a un certo livello durante il processo di collaudo che derivano da un guasto, una volta identificata la posizione del guasto stesso il tecnico può procedere con delle azione correttive appropriate a seconda dei casi, quali potrebbero essere il serraggio di una connessione allentata o la sostituzione di un componente guasto o fuori tolleranza. Il problema dell’utilizzo di questa tecnica è dato dell’identificazione esatta del punto di guasto.

Nuove metodologie di collaudo
per l’intermodulazione passiva

La tecnica Rtf (Range to Fault), o distanza dal guasto, sviluppata da Kaelus e integrata nei suoi strumenti della serie iQA, offre funzionalità di misura dell’intermodulazione passiva che vanno al di là di qualunque altra soluzione finora utilizzata. La sofisticata elaborazione dei segnali ad alto livello prevista dalla tecnica Rtf prevede la trasformazione delle informazioni dal dominio della frequenza nel suo equivalente grafico nel dominio del tempo applicando la trasformata inversa di Fourier (Ifft) e altre tecniche di elaborazione digitale. La tecnica Rtf funziona trasmettendo due frequenze di prova verso il sistema da collaudare, come si fa normalmente in tutti i sistemi di misura dell’intermodulazione passiva, ma in questo caso una delle frequenze di prova viene mantenuta a un valore fisso, mentre l’altra viene fatta variare su una gamma di frequenze che serve a creare eventi di intermodulazione che ricadono all’interno della banda di ricezione del sistema in esame. Nella tecnica di misura Rtf vengono utilizzati segnali di stimolo da 20 W (43 dBm). L’algoritmo della Fft inversa viene utilizzato per ricostruire l’impulso desiderato nel dominio del tempo, sommando digitalmente i valori quantizzati di fase e ampiezza di ciascuna frequenza coinvolta. Maggiore è la larghezza di banda disponibile per l’analisi, più definiti saranno i fronti degli impulsi ricostruiti matematicamente. La tecnica Rtf permette di identificare accuratamente la distanza e l’ampiezza di più problemi dovuti all’intermodulazione passiva e la distanza e l’ampiezza dei problemi dovuti alle riflessioni. Poiché l’intermodulazione si genera tipicamente in corrispondenza delle connessioni meccaniche, è molto utile poter visualizzare i problemi di intermodulazione insieme a quelli delle riflessioni dovute a connettori o antenne. La tecnica Rtf permette all’operatore di sovrapporre sullo stesso schermo il grafico delle misure di Ros (Vswr) con quello delle misure di intermodulazione passiva per identificare chiaramente dove insorgono problemi di intermodulazione che vanno eliminati. Il modo più efficace per sfruttare la tecnica Rtf è di rimuovere sistematicamente la più importante sorgente di intermodulazione passiva sulla linea e di ripetere il processo fino a quando tutte le sorgenti statiche significative di intermodulazione passiva sono state eliminate. Indipendentemente dalla sua posizione sulla linea, la distanza dalla principale sorgente di intermodulazione passiva verrà predetta più accuratamente dall’algoritmo. Inoltre, ogni volta che un elemento che genera intermodulazione passiva viene riparato, l’accuratezza con la quale si potrà identificare un ulteriore sorgente di intermodulazione passiva migliora. Una volta che sono state eliminate tutte le sorgenti statiche di intermodulazione passiva, il tecnico sul campo potrà effettuare la prova dinamica.

La strumentazione avanzata
per l’intermodulazione passiva

L’abilità nel combattere gli effetti negativi dell’intermodulazione passiva sarà di primaria importanza per gli operatori di telecomunicazioni nel corso dell’evoluzione delle reti radiomobili verso quelle basate su IP di nuova generazione. Gli operatori dovranno essere in grado di effettuare misure accurate di intermodulazione passiva sul campo, così da scoprire l’hardware che è stato installato malamente è stato danneggiato dalle intemperie, così come per identificare i componenti del sistema che non funzionano come previsto dalle specifiche. La crescente prevalenza di fenomeni di disturbo dovuti all’intermodulazione passiva all’interno delle infrastrutture di rete moderne significa che andrà utilizzata della strumentazione di misura e collaudo sofisticata, per identificare l’origine di qualunque sorgente di segnale indesiderata per valutare la qualità di costruzione di una stazione radiobase e l’eventuale necessità di una sua riparazione. L’approvvigionamento delle apparecchiature di misura e collaudo per risolvere i problemi di intermodulazione passiva può comunque diventare un problema, a causa degli costi considerevoli legati all’acquisto di strumentazione così specializzata. A causa degli stringenti limiti di budget, l’evitare il ricorso a investimenti ingenti in conto capitale può rivelarsi vantaggioso. Lavorando con un’azienda che noleggia strumentazione, anziché acquistare direttamente le apparecchiature, gli operatori e i loro partner tecnologici hanno a disposizione metodi più flessibili ed economici per accedere alle più moderne apparecchiature di misura e collaudo e mantenere in piena efficienza la loro rete. Ciò permetterà di installare le infrastrutture di rete più avanzate in grado di supportare il trasporto di dati a banda larga, che aiutano gli operatori a incrementare i ricavi senza compromettere in alcun modo il livello di prestazioni offerte ai loro clienti.

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