多系統(tǒng)合路平臺（POI）概述及S參數(shù)測試方法研究

趙　娜　中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室工程師趙　雪　中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室工程師劉金旭　中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室工程師

泰爾檢測

多系統(tǒng)合路平臺（POI）概述及S參數(shù)測試方法研究

趙娜中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室工程師
趙雪中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室工程師
劉金旭中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室工程師

介紹了多系統(tǒng)合路平臺（POI）的工作原理和應(yīng)用場景，并對S參數(shù)的測試方法及溫度對POI性能指標(biāo)的影響進行了研究。

多系統(tǒng)合路平臺；S參數(shù)測試；方法

1　引言

我國現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)有中國移動的GSM、DCS、TD-SCDMA、TD-LTE，中國聯(lián)通的GSM、DCS、WCDMA、FDD-LTE，中國電信的 CDMA800、cdma2000、FDD-LTE，在不久的將來會出現(xiàn)5G通信系統(tǒng)。這必然會出現(xiàn)各運營商分別建設(shè)自己的覆蓋系統(tǒng)所帶來的重復(fù)建設(shè)問題。

面對這樣的問題，多系統(tǒng)合路平臺（Point of Interface，POI）為解決上述室內(nèi)覆蓋建設(shè)問題提供了一個可行的解決方案。

2　鐵塔公司和POI原理及應(yīng)用

2.1鐵塔公司

中國鐵塔是按照中央和國務(wù)院有關(guān)要求，在國資委、工業(yè)和信息化部聯(lián)合組成的鐵塔公司協(xié)調(diào)組的直接領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)推動下，于2014年7月15日，由中國電信、中國移動、中國聯(lián)通3家電信企業(yè)共同出資成立中國通信設(shè)施服務(wù)股份有限公司，注冊資本100億元，主要從事通信鐵塔等基站配套設(shè)施和室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)、維護和運營。2014年9月11日，“中國通信設(shè)施服務(wù)股份有限公司”進行了工商變更登記手續(xù)，正式更名為“中國鐵塔股份有限公司”。

中國鐵塔股份有限公司的成立有利于減少電信行業(yè)內(nèi)鐵塔以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，提高行業(yè)投資效率，進一步提高電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享水平，緩解企業(yè)選址難的問題，增強企業(yè)集約型發(fā)展的內(nèi)生動力，從機制上進一步促進節(jié)約資源和環(huán)境保護。同時，有利于降低中國移動的總體投資規(guī)模，有效盤活資產(chǎn)，節(jié)省資本開支，優(yōu)化現(xiàn)金使用，聚焦核心業(yè)務(wù)運營，提升市場競爭能力，加快轉(zhuǎn)型升級。

2.2POI的特點及應(yīng)用場景

POI是位于多系統(tǒng)基站信源與室內(nèi)分布系統(tǒng)天饋之間的特定設(shè)備，它相當(dāng)于性能指標(biāo)更高的合路器，具有將多系統(tǒng)基站信源進行合路并輸出給室內(nèi)分布系統(tǒng)的天饋設(shè)備，同時反方向?qū)碜蕴祓佋O(shè)備的信號分路輸出給各系統(tǒng)信源的作用。POI通過對多頻段、多制式無線通信系統(tǒng)的接入及透明傳輸，實現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)共用一套覆蓋天饋系統(tǒng)，其最重要的作用在于滿足覆蓋效果的同時，節(jié)省運營商的投資、避免重復(fù)建設(shè)。此外，POI還具有如下特點：

（1）模塊化設(shè)計，擴容性好。

（2）滿足不同系統(tǒng)、頻段的個性需求。

（3）系統(tǒng)具有整體監(jiān)控功能，維護方便。

（4）信號合路損耗小，功率容量大。

（5）三階互調(diào)性能好。

（6）可以預(yù)留端口，方便升級。

鑒于POI以上各種優(yōu)點，POI可廣泛應(yīng)用于會展中心、展覽館、機場、高鐵、地鐵、政府辦公機關(guān)、體育場館等大型建筑的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

2.3POI的工作原理

鐵塔公司根據(jù)對運營商建網(wǎng)需求和網(wǎng)絡(luò)演進的分析，對POI設(shè)備進行了標(biāo)準(zhǔn)化。

多數(shù)POI都采用收發(fā)共纜的方式，具體支持頻段見表1、2。采用此種方式可以節(jié)省1/2的線纜投資，但是上/下行信號采用同一路覆蓋分布系統(tǒng)也存在一定的問題，這就要求各廠家要設(shè)計性能指標(biāo)更好的POI才能滿足實際需求。

表1　9頻POI支持的頻段范圍

表2　12頻POI支持的頻段范圍

目前，POI共有4種常用類型來滿足不同場景的需求，分別為9頻普通型、9頻透傳型和12頻普通型、12頻透傳型，結(jié)構(gòu)框圖分別如圖1、2、3、4所示。例如，地鐵站與站之間這種隧道類場景，就可以用圖5中設(shè)備的連接方式將普通型POI和透傳型POI組合應(yīng)用。

電氣性能要求方面：POI在滿足常溫指標(biāo)的要求下還增加了環(huán)境與可靠性的檢測要求，其中包括振動試驗、高溫試驗、低溫試驗、恒定濕熱和鹽霧試驗。對設(shè)備能否在嚴(yán)酷環(huán)境下正常工作有了更嚴(yán)格的要求。

圖1　9頻普通型POI結(jié)構(gòu)框圖

圖2　12頻普通型POI結(jié)構(gòu)框圖

3　POI電氣性能指標(biāo)

（1）插入損耗

發(fā)射機輸出功率和接收機輸入功率通過POI引起的傳輸損耗，包括功率分配損耗、導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗、反射損耗等。

（2）帶內(nèi)波動

POI傳輸頻帶內(nèi)信號的最大衰減與最小衰減的差值。

圖3　9頻透傳型POI結(jié)構(gòu)框圖

圖4　12頻透傳型POI結(jié)構(gòu)框圖

（3）電壓駐波比

POI的輸出端口與標(biāo)稱阻抗負載相連接，信源輸入端與無損耗傳輸線相連接并當(dāng)其負載時，該傳輸線中駐波電壓的最大值與最小值之比。

（4）端口隔離度

POI接入的不同系統(tǒng)發(fā)射頻段載波功率與此載波在其它系統(tǒng)端口上可得到的功率之比（-10lgP（反）/ P（in））。

（5）帶外抑制度

合路器的收發(fā)支路之間信號進入的抑制程度。

（6）POI互調(diào)抑制性能指標(biāo)分為單系統(tǒng)互調(diào)、二階互調(diào)、組合互調(diào)。

系統(tǒng)信號產(chǎn)生的互調(diào)信號會直接落入對應(yīng)或其他系統(tǒng)的上行接收頻段內(nèi)，對系統(tǒng)產(chǎn)生直接的干擾影響。

（7）混合互調(diào)干擾

多系統(tǒng)合路信號組合產(chǎn)生混合互調(diào)干擾，同時對多個系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

（8）功率容量

POI正常工作時信源側(cè)端口和天饋側(cè)端口所允許的最大輸入功率，其衡量標(biāo)準(zhǔn)分為平均功率和峰值功率。

4　POI的S參數(shù)測試

圖5　普通型POI和透傳型POI組合應(yīng)用框圖

4.1S參數(shù)傳統(tǒng)測試方法及弊端

POI的S參數(shù)測試項目包括駐波比、插入損耗、帶內(nèi)波動、端口隔離度，是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試的。網(wǎng)絡(luò)分析儀一般有兩端口和四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀。一般情況下，9頻POI的插入損耗和帶內(nèi)波動有64個數(shù)據(jù)和32個圖形，駐波比有16個數(shù)據(jù)和16個圖形，端口隔離度有128個數(shù)據(jù)和128個圖形。測試一遍POI需要記錄208個數(shù)據(jù)且需要保存176個圖形。如果加上環(huán)境與可靠性試驗，那么需要記錄和保存的數(shù)據(jù)和圖形就會更多。在此情況下，光靠純手動測試需要耗費大量的時間、人力、物力、財力，并且無法滿足多臺設(shè)備同時都需要測試的情況。面對此壓力，只有將S參數(shù)的測試進行自動化才能更好地提高測試效率，才能有效地解決POI測試中遇到的各種困難。

4.2S參數(shù)自動測試方案

自動測試軟件可以通過軟件程序?qū)x表進行收、發(fā)端口的設(shè)置，可以保存測試數(shù)據(jù)、測試圖形并且能夠節(jié)省大量的測試時間。以四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試9頻POI為例，可以分為端口配置、測試指標(biāo)、連接方式3部分。

第一步：把POI的9個信源側(cè)端口分別命名為A～I共9個字母，如中國電信CDMA800為A、中國移動/中國聯(lián)通GSM900為B、中國移動GSM1800為C、中國聯(lián)通GSM1800/LTEFDD1.8G為D、中國電信LTE FDD1.8G為E、中國移動TD-LTE（F頻段）為F、中國電信LTEFDD2.1G為G、中國聯(lián)通WCDMA2100為H、中國移動TD-LTE（E頻段）為I。把POI的兩個天饋側(cè)端口分別命名為ANT1和ANT2。

第二步：把POI插入損耗、駐波比、帶內(nèi)波動和端口隔離度的指標(biāo)要求在儀表中設(shè)置限值。

第三步：由于測試儀表為四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀，所以每次選取POI的4個端口連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試。具體接線方式如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)分析儀上的1、2、3線分別接POI的A、B、C端口，網(wǎng)絡(luò)分析儀的4線接POI的ANT1端口，其它端口接負載。此種接線方式可以測量出A、B、C端口ANT1通路的插入損耗、帶內(nèi)波動、信源側(cè)端口的駐波比以及A、B、C端口之間的隔離度。

（2）網(wǎng)絡(luò)分析儀的4線接POI的ANT2端口，ANT1端口接負載，其余端口不變。此種接線方式可以測量出A、B、C端口ANT2通路的插入損耗和帶內(nèi)波動。

（3）網(wǎng)絡(luò)分析儀的4線接POI的D端口，ANT2端口接負載。此種接線方式可以測量出A、B、C端口分別與D端口之間的隔離度。

（4）分別將網(wǎng)絡(luò)分析儀的4線接POI的E、F、G、H、I端口，測試A、B、C端口分別與E、F、G、H、I端口之間的隔離度。

（5）網(wǎng)絡(luò)分析儀上的1、2、3線分別接POI的D、E、F端口，網(wǎng)絡(luò)分析儀的4線接POI的ANT1端口，其余剩下的接線步驟以此類推。

整個測試一共需要換15次接線即可完成9頻POI的全部S參數(shù)測試，使用自動測試軟件可以自動保存測試圖形并且可以對數(shù)據(jù)進行處理生成EXCEL表格，大大節(jié)省了測試時間，提高了測試效率。

4.3溫度對POIS參數(shù)的影響

POI設(shè)備不僅應(yīng)用在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，還有可能會在室外環(huán)境工作。一般POI設(shè)備的工作環(huán)境溫度應(yīng)在-40℃～+55℃之間，所以要求POI在嚴(yán)酷的環(huán)境下S參數(shù)仍能保持穩(wěn)定。

在環(huán)境與可靠性試驗中，將POI放入溫度箱，在溫度達到+55℃和-40℃兩種情況下分別恒定溫度2小時，保持POI在高、低溫環(huán)境下進行在線測試，用來模擬高溫和低溫的使用場景。測試過程中，會出現(xiàn)POI受環(huán)境的影響發(fā)生頻率偏移、性能指標(biāo)變差的情況。以上現(xiàn)象表明，溫度會對POI的S參數(shù)性能指標(biāo)有一定的影響，有些POI可能會受溫度的影響導(dǎo)致內(nèi)部合路器腔體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，頻段發(fā)生偏移，性能指標(biāo)發(fā)生變化。

5　結(jié)束語

本文介紹了POI的工作原理和應(yīng)用以及S參數(shù)自動測試方案的思路。POI在未來通信設(shè)施的建設(shè)中會發(fā)揮越來越重要的作用。因此，如何使POI設(shè)備性能穩(wěn)定，如何使得POI的使用既滿足運營商自身的容量和覆蓋要求、又能兼容其他運營商的合路接入需求且能優(yōu)化POI數(shù)量、降低建網(wǎng)成本都是需要研究的新課題。

［1］Q/ZTT3001-2016.中國鐵塔股份有限公司無源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺（POI）技術(shù)要求.

［2］Q/ZTT1003.2-2014.無源分布系統(tǒng)多系統(tǒng)接入平臺（POI）技術(shù)要求和測試方法（試行）V1.0.

Primary introduction of multi-system POI and S-parameter test method

ZHAO Na，ZHAO Xue，LIU Jinxu

Introduce working principle and application scenarios of multi-system Point of Interface（POI）. S-parameter test methods and the influence of temperature on the performance of POI were studied.

Multi- system point of interface； S-parameter test；method

2016-05-20）