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Catégorie : Test & Mesure     25/05/2012

Les défis du test PIM (intermodulation passive) sur infrastructure 4G

par Sachin Arora, Kaelus & Geoff Kempster, Livingston

L'impact de l'intermodulation passive (passive inter-modulation - PIM) sur l'infrastructure en réseau mobile est un souci croissant. L'intermodulation passive se produit fondamentalement quand plusieurs signaux radio (RF) d'une ou plusieurs stations de base mobiles se mélangent au niveau d'une cellule, pour donner naissance à un ensemble de nouvelles fréquences. Les fréquences harmoniques qui en résultent provoquent des interférences qui élèvent le plancher de bruit de la station de base, réduisant ainsi sa performance globale. Bien que cela ait existé avec les communications mobiles dès le début du déploiement des premières stations de base, le passage en cours à la technologie mobile nouvelle génération tout IP rend le problème considérablement plus complexe.

La technologie RTF (pour Range To Fault, ou localisation de défaut), développée par Kaelus pour sa gamme d'instruments iQA, offre des fonctionnalités de test PIM exceptionnelles. Le traitement de signal sophistiqué utilisé par la technologie RTF permet de traduire des données fréquentielles dans l'espace temps grâce à la transformée de Fourier rapide (FFT, pour Fast Fourier Transform) inverse et à des algorithmes d'amplification numérique.

Analyseur PIM Kaelus iQA

L’élévation du plancher de bruit imputable à la PIM sera beaucoup plus pénalisante pour la LTE (Long Term Evolution, ou évolution à long terme) et les réseaux HSDPA+ (High Speed Downlink Packet Access, ou accès haut-débit par paquets) qui sont désormais en cours de déploiement, que pour l’ancienne infrastructure, du fait des volumes de données beaucoup plus importants que les nouveaux réseaux seront amenés à transmettre. Cela est susceptible de pénaliser sérieusement la qualité de service (QoS) de ces réseaux.

Sources de PIM

Les signaux PIM sont produits par une certaine forme de non-linéarité mécanique. Une des causes principales est la qualité des contacts métal sur métal dans les zones à forte densité de courant, comme dans les lignes de transmission intérieures ou les composants radio. Ceci peut provenir de terminaisons radio mal préparées, du fait de l’utilisation d’outillage mal adapté ou du recours à des procédures d'assemblage incorrectes, ou encore de vis ou de rivets mal serrées, de surfaces de contact contaminées ou oxydées, ou de connecteurs radio qui n’ont pas été serrés au couple correct.

Test PIM

Il existe des différences majeures entre les procédures de test PIM et les tests VSWR (Voltage Standing Wave Ratio, ou ratio d’onde en présence de tension), puisque pour obtenir des résultats significatifs, il est nécessaire d’exercer certains stimuli (comme des chocs ou des flexions) tandis que le test est réalisé sur site, dans la mesure où le test en laboratoire n’est plus suffisant. Si un quelconque ou une quelconque connexion radio produit un niveau de PIM inacceptable quand il est soumis à un effort mécanique léger, alors il doit être remplacé ou réparé. Le succès du test PIM dynamique garantit que l'infrastructure radio est robuste, et qu’elle fonctionnera correctement une fois exposée aux efforts environnementaux provoqués par des conditions atmosphériques extrêmes. A l’occasion, il arrive que des défauts PIM se produisent sans générer de transitoires lors du test dynamique. Localiser de telles sources PIM non-sensibles ou statiques, peut s’avérer plus difficile et souvent fastidieux.

Un équipement de test PIM conventionnel injecte deux signaux de test de forte puissance à des fréquences fixes dans la ligne ou le dispositif à tester. Si les signaux de test rencontrent une jonction non-linéaire, un mélange se produit et provoque l'apparition de fréquences PIM. L'équipement mesure la magnitude du signal PIM généré. Si des transitoires apparaissent au-dessus d'un certain seuil limite pendant le test à cause d'un problème quelconque, alors, une fois le problème localisé et identifié, le technicien peut intervenir pour le résoudre, par exemple en resserrant une connexion ou en remplaçant un composant défectueux. La difficulté d'une telle technique est de parvenir à pointer l'endroit exact où se situe le problème.

Nouvelles méthodes de test PIM

La technologie RTF (pour Range To Fault, ou localisation de défaut), développée par Kaelus pour sa gamme d'instruments iQA, offre des fonctionnalités de test PIM exceptionnelles. Le traitement de signal sophistiqué utilisé par la technologie RTF permet de traduire des données fréquentielles dans l'espace temps grâce à la transformée de Fourier rapide (FFT, pour Fast Fourier Transform) inverse et à des algorithmes d'amplification numérique. La RTF fait appel à l'injection de deux fréquences de test dans le système, comme les autres tests PIM, mais dans ce cas cela se fait en gardant fixe une des fréquences de test, et en faisant varier l'autre sur une certain plage de fréquences pour produire de l'intermodulation dans la bande de réception du système à tester. Pour la RTF, on utilise des signaux 20 W (43 dBm). L'algorithme FFT inverse sert à reconstruire les impulsions dans le domaine temporelle en additionnant numériquement les différentes composantes au niveau phase et amplitude pour chaque fréquence concernée. Plus la largeur de bande disponible pour l'analyse est grande, plus les fronts des impulsions mathématiques sont nets.

La technologie RTF permet d'identifier précisément la distance et la magnitude des différents défauts PIM le long de la ligne, ainsi que la distance et la magnitude des défauts VSWR. Dans la mesure où la PIM se produit typiquement aux niveaux des raccords mécaniques, il très utile de pouvoir visualiser les défauts PIM par rapport aux éléments de réflexion connus comme les connecteurs ou les antennes. La technologie RTF permet à l'opérateur de superposer les deux courbes VSWR et PIM sur un même écran, pour pointer précisément où sont les problèmes PIM afin de pouvoir les éliminer rapidement.



PIM en fonction de la distance, pertes de retour en fonction de la distance, et superposition des 2 courbes PIN et pertes de retour

La meilleure façon d'utiliser la RTF est de systématiquement éliminer la plus grande source PIM identifiée sur la ligne, puis de répéter le processus jusqu'à ce que toutes les sources significatives de PIM statique aient été traitées. Indépendamment de l'emplacement le long de la ligne, la distance jusqu'à la plus grande source PIM sera déterminée avec précision par l'algorithme. En outre, chaque fois qu'une source PIM est éliminée, la précision de pointage de la source suivante en magnitude est améliorée. Une fois toutes les sources PIM statiques éliminées, le technicien de terrain peut effectuer les tests PIM dynamiques.

Approvisionnement d'outils de test PIM évolués

La capacité à combattre les effets de la PIM sera d'importance primordiale pour les opérateurs, qui doivent poursuivre leur évolution vers les réseaux IP de nouvelle génération. Les opérateurs doivent notamment pouvoir effectuer des tests précis sur le terrain, de sorte à pouvoir dire si le matériel a été mal installé, ou s'il a souffert d'une exposition aux intempéries, et aussi à pouvoir pointer avec précision les composants qui ne fonctionneraient pas selon les spécifications. La prédominance croissante de la PIM dans les infrastructures réseau modernes signifie que des équipements de test sophistiqués seront de plus en plus indispensables pour identifier les sources de signaux indésirables et pour évaluer la qualité intrinsèque des stations de base, et les éventuelles réparations à leur apporter. Approvisionner les équipements de test nécessaires pour résoudre les différents problèmes PIM peut néanmoins poser des difficultés, à cause de coûts d'acquisition élevés.

Etant donné les restrictions budgétaires auxquelles sont soumis les opérateurs (et leurs sous-traitants) alors qu'ils évoluent dans un marché de plus en plus agressif et qu'ils doivent accepter une érosion permanente de leurs marges, éviter d'investir dans des biens d'équipements présente un intérêt certain. En travaillant avec un loueur d'équipements de test plutôt qu'en achetant les équipements, les opérateurs et leurs partenaires technologiques disposent d'une méthode plus souple et plus rentable pour accéder aux équipements dernier-cri dont ils ont besoin pour s'assurer de la bonne optimisation de leurs réseaux. Ceci permettra le déploiement d'infrastructures réseau plus évoluées, capables de supporter le transfert de données à très haut débit, qui aideront les opérateurs de téléphonie mobile à augmenter leurs revenus, sans compromettre les performances.

Pour plus d'informations, visiter le site www.livingston.fr .

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