En 1996, Kaelus (anciennement Summitek Instruments) a lancé la production d'équipements de test PIM afin de permettre aux fabricants d'équipements RF de vérifier les performances PIM de leurs produits. En 2005, Kaelus a commercialisé un kit de test PIM portable permettant aux opérateurs de réseaux d'effectuer des tests PIM sur le terrain. Ces tests se sont avérés efficaces pour identifier les composants endommagés lors du transport, ainsi que les défauts d'installation dans les infrastructures RF. De ce fait, les tests PIM sur le terrain sont de plus en plus utilisés par les opérateurs de systèmes sans fil du monde entier comme test fondamental pour garantir des performances optimales du système.
Le test PIM diffère du test VSWR traditionnel par l'application d'une contrainte mécanique (intervention ou flexion) pendant le test afin d'en garantir la validité. Si le PIM dépasse un seuil prédéfini lors d'un test dynamique, le composant ou la connexion défectueuse doit être réparé ou remplacé. Dans la plupart des cas, localiser le défaut PIM est relativement simple : il se situe à l'endroit où vous intervenez.
Il arrive parfois que des défauts PIM se produisent sans générer de pics d'amplitude importants lors des tests dynamiques. La localisation de ces sources PIM « non réactives » ou « statiques » devient alors plus complexe et souvent chronophage.
Pour remédier à ce problème, Kaelus a développé la technologie Range-to-Fault (RTF), similaire à celle utilisée pour les tests de TOS, afin de faciliter la localisation de ces sources d'intermodulation passive (PIM) statiques. Cet article présente les capacités et les limites de cette nouvelle technologie, ainsi qu'une méthode de test recommandée pour la mise en œuvre de l'analyse RTF sur le terrain.
Équipement et processus de test PIM existants :
L’équipement de test d’intermodulation passive (PIM) injecte deux signaux de test de 20 W (+43 dBm) dans la ligne ou le dispositif testé. Si les signaux de test rencontrent un croisement non linéaire, un mélange se produit, générant des fréquences PIM. L’équipement de test PIM mesure l’amplitude de la PIM générée par les signaux de test et affiche cette information à l’opérateur.
Le produit d'ordre 3 (IM3) sert à caractériser les performances PIM en usine et sur le terrain. Le signal IM3 généré par un filtre non linéaire est généralement d'amplitude supérieure aux autres produits PIM, ce qui permet une meilleure précision de mesure. L'amplitude des produits d'ordre supérieur (IM5, IM7, IM9, etc.) diminue généralement de 5 à 10 dB pour chaque produit PIM successif. Si l'IM3 du système est contrôlé à un niveau spécifié, les produits d'ordre supérieur (plus susceptibles de se situer dans la bande de réception de l'opérateur) resteront bien en dessous du niveau IM3 spécifié.
Les fréquences de test spécifiques utilisées pour exciter les défauts PIM dans la zone cellulaire ne sont pas critiques, à condition que les critères suivants soient respectés :
- Tous les composants RF du trajet (câbles, antennes, TMA, etc.) doivent pouvoir supporter les deux fréquences de test et la fréquence IM3 mesurée.
- Les deux fréquences de test doivent se situer dans le spectre sous licence de l'opérateur ou être des fréquences de bande de blindage entre des blocs de spectre sous licence afin d'éviter les interférences avec d'autres opérateurs. Ceci s'applique à tous les tests système où les fréquences de test sont transmises par l'antenne.
Les deux fréquences de test doivent être sélectionnées de manière à produire une interférence de niveau 3 (IM3) dans la bande de réception du système. Cela nécessite généralement des tonalités de test avec un espacement de fréquence plus large que celui autorisé dans le bloc de fréquences sous licence pour un marché donné. C'est pourquoi au moins une fréquence de la bande de blindage doit être sélectionnée.
Lors des tests PIM, tous les composants et connexions RF de la ligne doivent être soumis à des conditions de test dynamiques. Si un composant ou une connexion RF génère des niveaux de PIM inacceptables sous de légères contraintes mécaniques, il doit être réparé. La réussite d'un test PIM dynamique garantit la robustesse de l'infrastructure RF et son bon fonctionnement face aux contraintes environnementales normales dues au vent et aux températures extrêmes.
Lors du test d'une zone cellulaire, il est recommandé d'effectuer un test PIM statique préliminaire afin d'évaluer l'état initial du système. Si le système réussit le test statique, l'opérateur procède directement au test dynamique. En cas d'échec du test statique, l'opérateur doit déconnecter la ligne d'alimentation de l'antenne et installer une charge PIM de faible intensité à son extrémité. Cette méthode permet au personnel de test d'isoler la ligne d'alimentation pour diagnostiquer les problèmes de PIM indépendamment de l'antenne et des objets irradiés par celle-ci. Une fois le test dynamique réussi, la ligne d'alimentation peut être reconnectée à l'antenne pour vérifier le fonctionnement du système.
Dans certains endroits, notamment pour les installations sur toiture, la source d'intermodulation parasite (PIM) peut être située plus loin de l'antenne. Comme il n'incombe généralement pas au personnel d'installation de résoudre les problèmes liés aux sources externes de PIM, les opérateurs acceptent généralement les trois informations suivantes comme preuve de la conformité du site aux spécifications, même en cas d'échec du test PIM du système :
1) Réussite du test de la ligne d'alimentation dynamique (à faible charge PIM).
2) Réussite du test d'antenne (antenne pointant vers le ciel).
3) Échec du test du système lorsque les tests d'antenne et de la ligne d'alimentation sont tous deux réussis.
Nouvelle analyse RTF/limitations techniques
La technologie Kaelus Range to Failure (RTF) est un outil d'analyse développé pour améliorer, et non remplacer, les tests standard PIM à pas fixe.
La solution RTF comprend le matériel et les logiciels supplémentaires nécessaires à la transformation des informations de fréquence en graphiques temporels grâce à la transformée de Fourier rapide inverse (FFT) et à des algorithmes d'amélioration numérique. La technologie RTF est similaire à la fonction DTF (Distance to Fault) couramment utilisée dans les réseaux cellulaires pour localiser les défauts de TOS (taux d'ondes stationnaires).
Le test RTF fonctionne en transmettant deux fréquences de test de 20 W (+43 dBm) au système testé. L'une de ces fréquences est fixe, tandis que la seconde est balayée sur une plage de fréquences afin de générer des produits d'intermodulation (IM) dans la bande de réception du système. L'analyse RTF nécessitant le balayage de signaux de forte puissance hors du spectre réservé à l'opérateur, ce test ne doit être effectué que sur des systèmes présentant une faible charge d'intermodulation passive (PIM) afin d'éviter les interférences.
L'algorithme de transformée de Fourier inverse (FFT inverse) est utilisé pour reconstruire les impulsions dans le domaine temporel en sommant numériquement les composantes quantifiées de phase et d'amplitude de chaque fréquence affectée par le calcul. Plus la bande passante disponible pour l'analyse est importante, plus les contours de l'impulsion mathématique sont nets, ce qui améliore la résolution des sources PIM plus rapprochées.
Si la résolution est définie comme la distance entre deux impulsions d'amplitude égale, séparées par une impulsion nulle de 6 dB, la résolution en mètres qui peut être atteinte grâce à cette analyse est exprimée par l'équation suivante :
Dd = 150 vf / BW
Où : Dd = résolution en mètres ; vf = facteur de vitesse (% de la vitesse de la lumière) ;
BW = bande passante de balayage PIM en MHz. 
Prenons l'exemple du spectre PCS (émission : 1930–1990 MHz et réception : 1850–1910 MHz). La plage de balayage IM3 maximale atteignable dans la bande de réception PCS avec deux tonalités d'émission PCS est de 40 MHz. Pour ce faire, une fréquence de test est fixée à 1930 MHz, tandis que l'autre est balayée entre 1950 et 1990 MHz. Cette combinaison de fréquences génère des produits IM3 de 1870 à 1910 MHz dans la bande de réception PCS. Avec cette bande passante de balayage IM3 de 40 MHz et un facteur de vitesse de câble de 0,88, la résolution maximale atteignable en utilisant uniquement le spectre PCS est de 3,3 m. Kaelus a mis en œuvre des techniques de traitement du signal propriétaires pour améliorer encore la résolution, mais la précision absolue de l'algorithme de prédiction est affectée par la présence de plusieurs sources d'intermodulation parasite (PIM) à moins de la distance de résolution minimale sur la ligne.
La méthode la plus efficace pour utiliser l'analyse RTF consiste à éliminer systématiquement la
source PIM la plus importante identifiée sur la ligne. Répétez l'analyse et poursuivez l'élimination de la source PIM la plus importante jusqu'à ce que toutes les sources PIM statiques significatives aient été supprimées. Quel que soit son emplacement sur la ligne, l'algorithme sera capable de prédire avec une plus grande précision la distance jusqu'à la source PIM la plus importante. À chaque réparation d'une source PIM, la précision de la localisation de la source PIM suivante la plus importante s'améliorera.
Comme indiqué précédemment, l'analyse RTF ne remplace pas les tests PIM dynamiques. L'analyse RTF améliorera les tests sur site et accélérera potentiellement l'élimination des sources PIM statiques dans la zone cellulaire. Cependant, l'analyse seule ne doit pas être utilisée pour certifier la qualité de la construction car :
- Connaître la distance jusqu'à un défaut est un point de départ utile, mais ne garantit pas l'absence d'autres sources PIM cachées dans le système d'alimentation RF.
La valeur absolue de l'amplitude PIM RTF ne peut être exacte en raison de la distorsion causée par le délai de groupe sensible à la fréquence dans les dispositifs RF tels que les accumulateurs de surcharge, les filtres, les TMA, etc.
Des sources PIM « fantômes » peuvent être créées par des calculs mathématiques et/ou des désadaptations d'impédance du système, reflétant une PIM générée à différents endroits de la ligne.
Le diagramme de flux de processus présenté sur la figure 2 illustre la méthode correcte d'utilisation de l'analyse RTF lors du test PIM sur une zone de cellule. Les cellules surlignées en jaune représentent la boucle de test RTF pour l'élimination des sources PIM statiques.
Les données présentées sur la figure 3 montrent les mesures réelles enregistrées lors de la réparation d'un système présentant de multiples problèmes de PIM statiques et dynamiques sur la ligne, en suivant le diagramme de flux.
Données d'exemple :
L'exemple de la figure 3 présente les résultats d'un test réel effectué sur une ligne d'alimentation présentant de multiples problèmes de PIM statiques et dynamiques. Ces résultats démontrent non seulement les avantages de la technologie RTF, mais confirment également l'importance des tests de PIM dynamiques en zone cellulaire.
Rapports/captures d'écran sélectionnés
Les figures 4, 5, 6 et 7 montrent les rapports/captures d'écran sélectionnés correspondant aux étapes 3, 4, 5 et 7.
Conclusion :
Comme illustré dans l'exemple précédent, l'analyse RTF permet de prédire avec précision l'emplacement de plusieurs sources PIM statiques au sein de l'infrastructure RF. Grâce à ces informations et en suivant la procédure de test indiquée, le personnel chargé des tests PIM devrait pouvoir intervenir plus rapidement sur les sites et réduire la variabilité des temps de réparation d'un site à l'autre.
Comme également démontré dans l'exemple précédent, l'analyse RTF ne remplace pas la nécessité d'effectuer des tests PIM dynamiques sur le système d'alimentation RF. L'analyse RTF permet de prédire avec précision l'emplacement des sources PIM statiques visibles, mais elle ne permet pas d'identifier les sources PIM excitées uniquement par des contraintes mécaniques.
Enfin, l'analyse RTF est un test à balayage de fréquence et ne doit être effectuée que sur des systèmes se terminant par une faible charge PIM. Les tests effectués sous charge permettent d'éviter l'émission de fréquences de test de forte puissance en dehors du spectre sous licence de l'opérateur et d'éliminer tout risque d'interférence.
Auteur:
Tom Bell et John Nankivell, KAELUS.
