MCPA駐波告警與電橋隔離度相關(guān)性分析

1、MCPA駐波告警與電橋隔離度相關(guān)性分析1、概述隨著MCPA設(shè)備大量使用，載頻退服故障率相比前代FLEXI設(shè)備顯著增加，其中又以7607高駐波導(dǎo)致載頻退服居多。由于高駐波導(dǎo)致載頻退服大多發(fā)生在微蜂窩中，因此作為第一級(jí)合路器的電橋被列為高度疑似器件。但是，本報(bào)告通過理論分析進(jìn)行定量計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為：電橋隔離度不是是MCPA設(shè)備頻繁駐波告警的直接原因，MCPA內(nèi)部駐波告警算法存在錯(cuò)誤，導(dǎo)致誤告警產(chǎn)生，根本解決措施需要在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，修正現(xiàn)有觸發(fā)駐波告警的算法。2、現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用簡(jiǎn)介雙工輸出口圖1：MCPA現(xiàn)場(chǎng)連接示意圖 上圖是MCPA設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)連接圖。一個(gè)MCPA設(shè)備可以支持6

2、15;3個(gè)頻點(diǎn)的輸出。每6個(gè)頻點(diǎn)編為一組，共用一個(gè)管道（PIPE），每個(gè)PIPE對(duì)應(yīng)2個(gè)D型連接口，按照16統(tǒng)一編號(hào)。其中奇數(shù)編號(hào)的輸出口為全雙工口，同時(shí)支持收發(fā)；偶數(shù)編號(hào)的連接口為分集接收口，只支持單收功能。對(duì)于O12配置以下的微蜂窩小區(qū)，只需要用到MCPA設(shè)備的其中兩組載頻。連接方法如上圖所示，閑置4口無需接任何器件，兩個(gè)PIPE的全雙工口通過電橋外部合路輸出。下圖為MCPA模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)：駐波檢測(cè)計(jì)雙工口圖2：MCPA射頻部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCPA的駐波檢測(cè)計(jì)為最靠近天線的內(nèi)部功能模塊，因此受到內(nèi)部模塊影響很小，基本可以反映外部真實(shí)的回波損耗水平。在采用電橋進(jìn)行外部合路的方式下，在部分站點(diǎn)頻繁產(chǎn)

3、生了駐波告警，NSN將該故障定位于電橋隔離度問題，其基本思路如下：如上圖所示，電橋兩個(gè)輸入口之間會(huì)存在一個(gè)微弱的信號(hào)泄漏，在IN2口能夠檢測(cè)到IN1輸入的部分信號(hào)，IN1口上輸入信號(hào)與IN2口上檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度的比值，稱為電橋的隔離度。NSN認(rèn)為，正是這樣的信號(hào)泄漏，導(dǎo)致了與IN2口連接VSWR檢測(cè)計(jì)收到較強(qiáng)的回波功率，從而觸發(fā)駐波告警，但是定量的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)結(jié)論是不成立的。3、駐波理論分析VSWR全稱為電壓駐波比，是評(píng)價(jià)傳輸通路上阻抗匹配的指標(biāo)，VSWR是一個(gè)比值，本身沒有單位。與VSWR密切相關(guān)的兩個(gè)物理量為回波損耗RL及反射系數(shù)K。回波損耗是指射頻電路系統(tǒng)中反射波電壓（或電流）與

4、入射波電壓（或電流）的比值（取絕對(duì)值）：RL=反射波電壓入射波電壓 （3.1） 定義：K1RL （3.2）天饋線中反射波與入射波在饋線上波形疊加形成為駐波，駐波相鄰的電壓最大振幅max和最小振幅min相比即為駐波比。其值為<，>之間，當(dāng)VSWR1時(shí)為全匹配，射頻通路為理想狀態(tài)；VSWR趨向于時(shí)為全反射，系統(tǒng)完全失配，按照電壓駐波比的定義，其計(jì)算如下：VSWR發(fā)射功率反射功率發(fā)射功率-反射功率 （3.3）考慮到功率與電壓的關(guān)系，(3)式可以簡(jiǎn)化為：VSWRK1K-1 (3.4)其中，K即為第二節(jié)中提到的回波損耗。由式（4），可得到：K=1+VSWRVSWR-1 (3.5)將（3.1）

5、、（3.2）代入（3.5）式，可以得到：入射電壓反射電壓1VSWRVSWR-1 （3.6）考慮到電壓與功率的關(guān)系，可以進(jìn)一步得到線性坐標(biāo)系下功率反射系數(shù)的計(jì)算公式：KP=P入P反（VSWR1）2（VSWR-1）2 （3.7）（7）式是可以直接測(cè)量的電壓駐波比VSWR與反射功率之間的計(jì)算關(guān)系，是分析MCPA駐波告警與電橋隔離度相關(guān)性分析的關(guān)鍵點(diǎn)。MCPA設(shè)備的駐波告警有兩個(gè)門限，分別是minor和major。駐波檢測(cè)一旦發(fā)現(xiàn)VSWR超過major門限，則載頻自鎖?，F(xiàn)網(wǎng)major VSWR=2.6，代入到7式，可得KP=5.0625，也即7.04dB。該計(jì)算結(jié)果的物理意義為，在現(xiàn)網(wǎng) major V

6、SWR=2.6的設(shè)置條件下，當(dāng)反射回的功率與發(fā)射的功率差在7dB以內(nèi)時(shí)，觸發(fā)駐波告警，閉鎖載頻，這個(gè)結(jié)論和NSN的官方文件是完全一致的。（Nokia GSM/EDGE BSS, rel. RG10(BSS), operating documentation, issue 05,2.4.86: RF Module detected VSWR above major limit, Page 141）。4、初步實(shí)驗(yàn)結(jié)論 接下來需要討論的問題是，因?yàn)殡姌虻母綦x度不足，是否會(huì)導(dǎo)致駐波告警？將前述的系統(tǒng)連接圖重畫如下（為了說明問題，重點(diǎn)突出合路部分）：圖4.1：系統(tǒng)連接如上圖，在PIPE2上是否產(chǎn)生駐波告

7、警，取決于PIPE1的發(fā)射功率T1，PIPE2的發(fā)射功率T2，以及泄漏功率R三者之間的相對(duì)關(guān)系。假設(shè)電橋隔離度為L(zhǎng)，則：R=T1-L （4.1）滿足VSWR超門限的條件為： T2-(T1-L)7dB （4.2）移項(xiàng)后得：LT1-T2+7dB （4.3）T1為BCCH載頻所在的PIPE，因此最小發(fā)射功率為min T1=40dBm（現(xiàn)網(wǎng)實(shí)測(cè)不超過39dBm），最大為max T1=48dBm。按照NSN官方說明，MCPA設(shè)備在單PIPE發(fā)射功率超過21dBm的情況下會(huì)啟動(dòng)駐波檢測(cè)。假設(shè)電橋的隔離度為24，在開啟下行功率控制的條件下（PENA=Y），當(dāng)PIPE2上的載頻發(fā)射功率在（21dBm，31dB

8、m）之間波動(dòng)時(shí)，的確存在因?yàn)殡姌蚋綦x度不夠而導(dǎo)致駐波的隱患（盡管上述區(qū)間成立條件極為苛刻，相當(dāng)于PIPE1所有載頻都滿功率發(fā)射，而PIPE2上的載頻在做降功率功控）。但是，同樣按照上述思路分析，一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)即可以證明，電橋隔離度只是觸發(fā)MCPA駐波告警的一個(gè)誘因，但絕不是根本原因： 關(guān)閉存在頻繁出現(xiàn)駐波告警的MCPA設(shè)備的功率控制（PENA=N）。在該條件下，PIPE2載頻的最小發(fā)射功率為39dBm，而通過泄漏進(jìn)入PIPE2的R最大只有24dB，將R=24，T2=39代入到式3.7，可得：10LOG（VSWR1）2（VSWR-1）2=15dB解上述對(duì)數(shù)方程，可得，VSWR=1.4。上述物理含

9、義為，在關(guān)閉功率控制條件下，因?yàn)殡姌蚋綦x度原因?qū)е碌腣SWR僅有1.4，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于觸發(fā)告警的門限2.6。而隨機(jī)選取的駐波閉鎖載頻小區(qū)進(jìn)行的關(guān)閉功控實(shí)驗(yàn)，無一例外，駐波問題仍然頻繁存在，沒有任何改善。該實(shí)驗(yàn)說明，如果MCPA在接收到一個(gè)比較強(qiáng)的回波功率的情況下，VSWR的值計(jì)算是不準(zhǔn)確的（或者計(jì)算是準(zhǔn)確的，但是閉鎖載頻條件與官方說明是不一致的），會(huì)錯(cuò)誤的閉鎖載頻。實(shí)際上通過NSN自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)論也能側(cè)面證明駐波檢測(cè)算法的問題：VSWR是一個(gè)比例關(guān)系，因此，是一個(gè)相對(duì)值。而NSN在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，如果在雙工的入口檢測(cè)到功率超過11dBm，就容易導(dǎo)致駐波警鎖載頻，這顯然是一個(gè)絕對(duì)門限，和駐波檢測(cè)原理完全不吻

10、合，說明了在高反射功率條件下，MCPA的駐波檢測(cè)值或者觸發(fā)載頻自鎖的條件是有問題的。5、進(jìn)一步的分析與建議 一般來說，射頻部分的駐波檢測(cè)裝置采用下述結(jié)構(gòu)（這是一種通用結(jié)構(gòu)，尚不清楚MCPA駐波檢測(cè)方式，但原理應(yīng)該基本相同）：圖5.1：駐波檢測(cè)原理圖駐波檢測(cè)主要依靠正、反向功率計(jì)及一個(gè)環(huán)形器實(shí)現(xiàn)。環(huán)形器的工作原理為，A信號(hào)傳輸至B，B信號(hào)傳輸至C，但C和A不相通。正向功率計(jì)可以測(cè)量發(fā)射功率，而反向功率計(jì)可以通過C口測(cè)量由B口反射回來的功率。將兩個(gè)功率計(jì)按照駐波公式，即可計(jì)算出VSWR值。推測(cè)：NSN高駐波閉鎖載頻算法除了VSWR檢測(cè)以外，實(shí)際上確實(shí)還有一個(gè)絕對(duì)功率門限，反射功率超門限，即閉鎖載頻

11、。該方法的本意是為了保護(hù)反向功率計(jì)，而非保護(hù)載頻發(fā)射機(jī)（反射功率通過環(huán)形器旁路，根本進(jìn)入不了載頻）。但是在存在電橋外部合路的情況下，這種方式保護(hù)不了反向功率計(jì)。因?yàn)檫M(jìn)入反向功率計(jì)的功率根本不是來自本PIPE，而是來自另一個(gè)未被閉鎖的PIPE。以上只是根據(jù)現(xiàn)象的推測(cè)，實(shí)際上，如果NSN研發(fā)部門配合，定位MCPA設(shè)備駐波問題不困難：直接讀取正向功率計(jì)和反向功率計(jì)讀數(shù)，外掛兩個(gè)功率計(jì)，采用如下圖所示的實(shí)驗(yàn)方案：圖5.2：建議的測(cè)試系統(tǒng)如上圖所示，外部原樣復(fù)制一份功率檢測(cè)系統(tǒng)。由NSN取出MCPA內(nèi)部正/反向功率計(jì)原始讀數(shù)（或VSWR原始計(jì)算值），和外部連接系統(tǒng)比較。如果計(jì)算的VSWR有誤，說明VSW

12、R計(jì)算結(jié)果有問題，進(jìn)行后續(xù)修正；如果計(jì)算結(jié)果無誤，那就是出現(xiàn)了這樣的情況：內(nèi)部計(jì)算VSWR未超門限，而載頻自鎖，這說明前述的推測(cè)是成立的，可采用如下解決方式：提高該絕對(duì)值的門限，同時(shí)，增強(qiáng)反向功率計(jì)的硬件衰減，載頻駐波問題可以得到解決。本報(bào)告還認(rèn)為，NSN目前給出的升級(jí)方案是不能解決問題的。因?yàn)橥ㄟ^實(shí)驗(yàn)也可以看到，當(dāng)載頻發(fā)射功率提高到39dBm仍然會(huì)觸發(fā)駐波告警，因此推出36dBm門限的版本無助于問題根本解決，只是從表面上減少了出現(xiàn)駐波告警的概率，而且是以犧牲檢測(cè)真正的駐波問題靈敏度為代價(jià)的。最后說明3點(diǎn)問題：1、按照駐波檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，回波真正進(jìn)入發(fā)射機(jī)的機(jī)會(huì)極少，多數(shù)是在反射回路上被相應(yīng)的保護(hù)裝置吸收。因此，不會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的損壞以及互調(diào)等一系列惡化網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的問題。2、作為應(yīng)急的方案，如果在重要站點(diǎn)MCPA出現(xiàn)駐波問題導(dǎo)致?lián)砣?，可以開啟該小區(qū)BB跳頻加以解決。按照NSN