วิธีประเมินข้อกำหนดของเสาอากาศระบบ DAS ที่มีค่า PIM ต่ำ: พารามิเตอร์หลักสำหรับการติดตั้งเครือข่าย 5G

วิธีประเมินข้อกำหนดของเสาอากาศระบบ DAS ที่มีค่า PIM ต่ำ: พารามิเตอร์หลักสำหรับการติดตั้งเครือข่าย 5G

เมื่อคุณกำลังจัดหาเสาอากาศสำหรับการติดตั้งระบบกระจายเสาอากาศ (DAS) ความแตกต่างระหว่างโครงการที่ผ่านขั้นตอนการตรวจสอบและรับรองกับโครงการที่ล้มเหลวในการทดสอบการรบกวน มักขึ้นอยู่กับเพียงไม่กี่ตัวเลขสำคัญในเอกสารข้อมูลจำเพาะ ในฐานะผู้ที่เคยทบทวนข้อมูลจำเพาะของโครงสร้างพื้นฐานการให้บริการครอบคลุมภายในอาคารในสภาพแวดล้อมโทรคมนาคมมาแล้ว ฉันได้เห็นทีมจัดซื้อให้การอนุมัติชิ้นส่วนโดยอิงจากข้อมูลจำเพาะระดับผิวเผินเท่านั้น แต่กลับพบปัญหาความไม่เข้ากันกันในระหว่างขั้นตอนการรวมระบบภายหลัง บทความนี้จะกล่าวถึงพารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะทั้งสี่ประการที่มีน้ำหนักมากที่สุดในการประเมินเสาอากาศของระบบเสาอากาศดิจิทัลสำหรับการใช้งานเครือข่าย 5G

เหตุใดการทบทวนข้อมูลจำเพาะจึงสำคัญก่อนสั่งซื้อ

เอกสารข้อมูลจำเพาะ (datasheet) ระบุสิ่งที่ผลิตภัณฑ์สามารถทำได้ภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการที่ควบคุมอย่างเข้มงวด แต่ความท้าทายคือ การติดตั้งระบบเสาอากาศแบบดิจิทัลนั้นทำให้ชิ้นส่วนต้องเผชิญกับปัจจัยจริงในโลกแห่งความเป็นจริง ซึ่งวิศวกรฝ่ายจัดซื้อเรียนรู้ได้อย่างรวดเร็ว เช่น ข้อจำกัดในการเดินสายเคเบิล การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำ ๆ ภาระสัญญาณแบบหลายผู้ให้บริการ (multi-carrier) และการใช้งานร่วมกันของคลื่นความถี่รุ่นเก่า (legacy band coexistence) การตรวจสอบข้อกำหนดอย่างละเอียดก่อนสั่งซื้อไม่ได้เกิดจากความไม่ไว้วางใจ แต่เป็นการรับประกันว่า สิ่งที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลจำเพาะจะสอดคล้องกับประสิทธิภาพของระบบเมื่อใช้งานจริง

พารามิเตอร์ทั้งสี่ข้อต่อไปนี้ สร้างกรอบการประเมินขั้นต่ำสำหรับการติดตั้งเสาอากาศแบบ DAS ที่รองรับเทคโนโลยี 5G หากพารามิเตอร์ใดพารามิเตอร์หนึ่งอยู่นอกขอบเขตที่ยอมรับได้ ผลิตภัณฑ์นั้นจะต้องได้รับการปรับปรุงใหม่หรือเปลี่ยนทดแทนหลังการติดตั้ง

พารามิเตอร์ที่ 1: ค่า PIM — เกณฑ์ที่ไม่อาจต่อรองได้

การรบกวนแบบพาสซีฟอินเตอร์โมดูเลชัน (PIM) คือข้อกำหนดที่ถูกตรวจสอบอย่างเข้มงวดที่สุดข้อเดียวในการจัดซื้อเสาอากาศระบบ DAS ในยุคปัจจุบัน PIM เกิดขึ้นเมื่อสัญญาณต้นทางสองสัญญาณขึ้นไปมีปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบพาสซีฟที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น ขั้วต่อ เสาอากาศรับ-ส่ง หรือปลายสายเคเบิล จนก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนที่ความถี่ซึ่งทับซ้อนกับแถบความถี่รับสัญญาณ

สำหรับการติดตั้งเครือข่าย 5G NR มาตรฐานอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นเกณฑ์คือ PIM ≤ −150 dBc ที่วัดภายใต้สภาวะกำลังส่ง 2×43 dBm เสาอากาศระบบ DAS ระดับทั่วไปที่ออกแบบมาเพื่อรองรับข้อกำหนดของ 5G มักระบุค่ามาตรฐานไว้ที่ −153 dBc ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ระดับพรีเมียมสามารถทำได้ดีถึง −163 dBc หากแผ่นข้อมูลจำเพาะ (datasheet) ไม่ได้ระบุระดับกำลังส่งที่ใช้ในการทดสอบร่วมกับค่า PIM อย่างชัดเจน ให้ถือว่าค่านั้นยังไม่ผ่านการรับรอง—วิธีการทดสอบมีความสำคัญไม่แพ้ตัวเลขที่ได้

ในทางปฏิบัติ ให้ยืนยันสามประเด็นเมื่อทบทวนข้อกำหนดด้าน PIM ของผู้ขาย: ชุดความถี่ที่ใช้ทดสอบต้องสอดคล้องกับแถบความถี่ในแผนการติดตั้งของคุณ; การวัดค่าต้องเป็นไปตามมาตรฐาน IEC 62037 หรือมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เทียบเท่า; และค่าที่ระบุไว้ต้องเป็นค่าสำหรับผลิตภัณฑ์การรบกวนแบบสามระดับ (IM3) ซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในสถานการณ์ที่คลื่นความถี่หลายแถบใช้งานร่วมกันในระบบเซลลูลาร์

พารามิเตอร์ที่ 2: ช่วงความถี่ที่รองรับ

องค์ประกอบเสาอากาศแบบดิจิทัลสำหรับระบบ 5G ต้องครอบคลุมแถบความถี่ทั้งหมดที่ใช้งานจริงในการติดตั้งของคุณ รวมถึงแถบความถี่ 4G LTE รุ่นเก่าที่ยังคงให้บริการการสื่อสารเสียงและทราฟฟิก IoT ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการติดตั้งระบบ 5G NR แบบ sub-6 GHz ภายในอาคารที่รองรับผู้ให้บริการหลายรายส่วนใหญ่คือ 698–6000 เมกะเฮิร์ตซ์ ซึ่งสอดคล้องกับ:

• 700 เมกะเฮิร์ตซ์ / แบนด์ 28 / B17 — ชั้นการให้บริการ LTE
• 850–900 เมกะเฮิร์ตซ์ — แถบความถี่ 5G NR และ LTE ระดับภูมิภาค
• 1700–2100 เมกะเฮิร์ตซ์ — แถบความถี่ AWS และ PCS ในการติดตั้งในอเมริกาเหนือ
• 2500–2700 เมกะเฮิร์ตซ์ — LTE แบนด์ 41, 5G NR n41
• 3300–3800 เมกะเฮิร์ตซ์ — แถบความถี่กลางหลักของ 5G NR (n77/n78)
• 4900–6000 เมกะเฮิร์ตซ์ — ย่านความถี่กลางสูงด้านบนของ 5G NR และ CBRS

ผลิตภัณฑ์ที่รองรับเฉพาะย่านความถี่ 700–2700 เมกะเฮิร์ตซ์ จะไม่ครอบคลุมย่านความถี่กลางและย่านความถี่กลางสูงด้านบนของ 5G NR โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า VSWR ที่ระบุไว้ตลอดช่วงความถี่ทั้งหมดยังคงอยู่ภายในขอบเขตที่ยอมรับได้ — โดยทั่วไปคือ ≤2.0 หรือ ≤2.3 — เนื่องจากค่า VSWR ที่สูงขึ้นนอกย่านความถี่หลักที่ออกแบบไว้ แสดงว่าเสาอากาศไม่สามารถแผ่คลื่นได้อย่างเชื่อถือได้ที่ความถี่เหล่านั้น

พารามิเตอร์ที่ 3: การกำหนดค่าพอร์ต MIMO

5G NR อาศัยการมัลติเพล็กซิ่งแบบเชิงพื้นที่ (spatial multiplexing) เพื่อให้บรรลุการเพิ่มอัตราผ่านสูงตามที่คาดหวังเหนือ LTE ในระบบเสาอากาศดิจิทัลแบบพาสซีฟ จำนวนพอร์ตของเสาอากาศจะกำหนดโดยตรงว่าสามารถส่งสตรีมเชิงพื้นที่ที่เป็นอิสระกันได้กี่สตรีมไปยังหน่วยระยะไกลของ DAS สำหรับการติดตั้งที่รองรับ 5G คุณจำเป็นต้องเข้าใจว่าเสาอากาศนั้นรองรับ MIMO แบบ 2T2R หรือ 4T4R

เอ 2T2R (สองพอร์ต) การกำหนดค่าแบบนี้เพียงพอสำหรับการใช้งาน 4G LTE และรองรับการทำงานย้อนกลับ (backward compatibility) แต่จำกัดความสามารถของ 5G NR ไว้ที่สองสตรีมเชิงพื้นที่เท่านั้น ส่วน 4T4R (สี่พอร์ต) การจัดวางนี้ช่วยให้สามารถใช้งานชั้นเชิงพื้นที่พร้อมกันได้สี่ชั้น ซึ่งรองรับผลประโยชน์จากเทคโนโลยี MIMO ระดับสูงที่การติดตั้งเครือข่าย 5G NR ย่านความถี่กลางถูกออกแบบมาเพื่อให้บรรลุ เมื่อประเมินเสาอากาศแบบโอไมนิ-มิโมสำหรับสถานที่ภายในอาคารขนาดใหญ่หรืออาคารเชิงพาณิชย์ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าการแยกพอร์ตระหว่างเส้นทางมิโมมีค่าไม่น้อยกว่า 25 เดซิเบล เพื่อป้องกันการรบกวนข้ามเส้นทางซึ่งจะทำให้ผลประโยชน์จากการคูณเชิงพื้นที่สูญเสียไป

ลองนึกภาพเสาอากาศแบบ 2T2R ว่าเป็นถนนสองเลน: มันสามารถจัดการปริมาณการจราจรปัจจุบันได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ปริมาณการจราจรของเครือข่าย 5G NR จะค่อยๆ เปิดเผยข้อจำกัดนี้ในที่สุด ส่วนการจัดวางแบบ 4T4R เริ่มต้นด้วยถนนสี่เลน และยังคงมีพื้นที่ว่างเพียงพอสำหรับการรับส่งข้อมูลผ่านเทคโนโลยี MIMO ระดับสูงกว่า

พารามิเตอร์ที่ 4: มาตรฐานอินเทอร์เฟซของขั้วต่อ

สำหรับเครือข่ายกระจายสัญญาณแบบพาสซีฟในระบบเสาอากาศดิจิทัล ขั้วต่อแบบ N-Female เป็นอินเทอร์เฟซมาตรฐานสำหรับโหนด DAS แบบในร่ม ขั้วต่อแบบ N-type มีความมั่นคงเชิงกล ประสิทธิภาพการสูญเสียต่ำ และคุณสมบัติกันน้ำ ซึ่งจำเป็นสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน RF มืออาชีพ เมื่อตรวจสอบแผ่นข้อมูลจำเพาะ (datasheet) ให้ยืนยันสิ่งต่อไปนี้: ชนิดและเพศของขั้วต่อที่พอร์ตเสาอากาศ; ข้อกำหนดเกี่ยวกับเกลียว (N-type, 7/16 DIN หรือแบบอื่น); และวัสดุชุบผิว (เงิน ทอง หรือไนเคิล) ซึ่งส่งผลต่อความต้านทานการสัมผัสระยะยาวที่จุดต่อ

ความเข้ากันได้ระหว่างองค์ประกอบกับระบบนิเวศ—กล่าวคือ การรับประกันว่าเสาอากาศเพียงหนึ่งตัวสามารถเชื่อมต่อกับสายเคเบิล อุปกรณ์รวมสัญญาณ (combiners) และหน่วยระยะไกล (remote units) จากผู้ผลิตหลายรายได้อย่างราบรื่น—จำเป็นต้องให้ข้อกำหนดของขั้วต่อสอดคล้องกันทั่วทั้งรายการวัสดุ (BOM) การใช้ขั้วต่อที่ไม่เป็นมาตรฐานแทนในระบบ DAS แบบพาสซีฟเพื่อลดต้นทุน เป็นหนึ่งในสาเหตุทั่วไปที่สุดของการเสื่อมคุณภาพ PIM หลังติดตั้ง เนื่องจากคุณภาพของขั้วต่อส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการเกิดสัญญาณรบกวนแบบพาสซีฟ (passive intermodulation) ของระบบที่ประกอบเสร็จแล้ว

รายการตรวจสอบข้อกำหนดเชิงปฏิบัติ

ก่อนอนุมัติให้ใช้ส่วนประกอบเสาอากาศใดๆ ในการติดตั้งระบบเสาอากาศดิจิทัล ให้ตรวจสอบรายการต่อไปนี้กับแผ่นข้อมูลของผู้จัดจำหน่าย:

ผู้จัดจำหน่ายใดก็ตามที่ไม่สามารถให้ระดับกำลังส่งในการทดสอบ มาตรฐานการวัด และเงื่อนไขความถี่ควบคู่ไปกับค่า PIM ควรพิจารณาว่าไม่สามารถยืนยันความสอดคล้องได้ ไม่ว่าตัวเลขหลักบนแผ่นข้อมูลจะระบุไว้อย่างไร

การจับคู่ข้อกำหนดของเสาอากาศกับสถาปัตยกรรม DAS ของคุณ

พารามิเตอร์การประเมินเหล่านี้ใช้ได้กับโครงสร้างระบบเสาอากาศแบบดิจิทัลทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นแบบแอคทีฟ พาสซีฟ หรือไฮบริด ในระบบติดตั้งเสาอากาศแบบ DAS ที่ใช้โหนดภายในอาคารแบบมีมุมรับสัญญาณรอบทิศทางและรองรับเทคโนโลยี MIMO การโต้ตอบระหว่างปรากฏการณ์ PIM ช่วงความถี่ที่รองรับ และการจัดวางโครงสร้าง MIMO จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของระบบโดยรวม

เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนยิ่งขึ้น: น้ำหนักความสำคัญเชิงปฏิบัติจะเปลี่ยนไปตามประเภทของการติดตั้ง ในระบบเสาอากาศดิจิทัลแบบพาสซีฟที่มีสายส่งสัญญาณยาว การเกิด PIM และคุณภาพของขั้วต่อถือเป็นความเสี่ยงหลัก เนื่องจากสัญญาณรบกวนแบบ intermodulation จะสะสมตามแนวเส้นทางการกระจายสัญญาณ แต่ในกรณีของระบบ DAS แบบแอคทีฟ หรือการติดตั้งหน่วยส่งสัญญาณระยะไกล (remote radio unit) ช่วงความถี่และจำนวนพอร์ต MIMO จะกลายเป็นเกณฑ์หลักในการกำหนดข้อกำหนด เนื่องจากกระบวนการประมวลผลสัญญาณเกิดขึ้นใกล้กับองค์ประกอบเสาอากาศมากกว่า

บริษัท เจิ้นเจียง เจี้ยวเหวย อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยี จำกัด จัดจำหน่ายเสาอากาศภายในอาคารสำหรับระบบ DAS หลายรุ่น ซึ่งออกแบบมาเพื่อตอบสนองข้อกำหนดด้านเทคนิคเหล่านี้สำหรับการให้บริการเครือข่าย 5G โดย เสาอากาศแบบ omni MIMO แบบต่ำ PIM สำหรับใช้ภายในอาคาร ความถี่ 380–6000 เมกะเฮิร์ตซ์ พร้อมขั้วต่อแบบ N-Female ครอบคลุมช่วงความถี่กว้าง มีโครงสร้างแบบ omni MIMO และขั้วต่อมาตรฐานแบบ N-Female ที่เหมาะสมกับโครงสร้างพื้นฐานระบบ DAS แบบพาสซีฟ ส่วนสำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร เช่น ระบบ IBS หรือเสาอากาศแบบแผง (panel antenna) ในการติดตั้งระบบ DAS สำหรับเครือข่าย 5G แนะนำให้ใช้ เสาอากาศแบบแผงภายนอกอาคาร ความถี่ 5G 698–3800 เมกะเฮิร์ตซ์ กำลังส่งสูง สำหรับระบบ IBS DAS ให้การครอบคลุมสัญญาณแบบมีทิศทางสำหรับการติดตั้งบนด้านหน้าของอาคารหรือในอุโมงค์

จีเว่ยมีประสบการณ์การผลิตเฉพาะด้านเป็นเวลา 25 ปีในผลิตภัณฑ์ต่อเชื่อมความถี่วิทยุ (RF) ได้แก่ ขั้วต่อ RF สายฟีเดอร์ ชุดสายประกอบ และโหลดสำหรับอุตสาหกรรมโทรคมนาคม ครอบคลุมรายการวัสดุทั้งหมด (BOM) สำหรับการต่อเชื่อม RF ในการติดตั้งระบบ DAS ทำให้ทีมจัดซื้อสามารถรวมการจัดหาส่วนประกอบหลายชนิดจากผู้ผลิตที่ผ่านการรับรองเพียงรายเดียว พร้อมระบุแหล่งผลิตโดยตรงได้อย่างชัดเจน

บทสรุป

การประเมินระบบเสาอากาศดิจิทัล—ไม่ว่าจะเป็นเสาอากาศแบบพาสซีฟ (passive antenna das node), เสาอากาศภายในอาคารแบบโอมนิ-มิโม (omni mimo indoor antenna) หรือเสาอากาศแบบแผงทิศทาง (directional panel)—สำหรับการติดตั้งเครือข่าย 5G นั้น ไม่ใช่เพียงการค้นหาชิ้นส่วนที่มีราคาถูกที่สุดซึ่งพอจะตอบโจทย์ช่วงความถี่ที่กำหนดได้คร่าวๆ เท่านั้น แต่จำเป็นต้องวิเคราะห์อย่างเป็นระบบในหลายประเด็น ได้แก่ วิธีการประเมินค่า PIM rating, การยืนยันความครอบคลุมของช่วงความถี่ให้สอดคล้องกับแผนแบนด์ที่ใช้งานจริงในการติดตั้ง, การจัดวางจำนวนพอร์ตมิโม (MIMO port configuration) ให้สอดคล้องกับสถาปัตยกรรม 5G NR ของคุณ และความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซตัวเชื่อมต่อ (connector interface compatibility) ตลอดทั้งรายการวัสดุสำหรับระบบกระจายสัญญาณแบบพาสซีฟ (passive distribution BOM) โปรดใช้รายการตรวจสอบข้างต้นเป็นเกณฑ์กรองเบื้องต้นก่อนพิจารณาใบเสนอราคาจากผู้จัดจำหน่ายใดๆ และขอให้ผู้จัดจำหน่ายระบุเงื่อนไขการทดสอบอย่างชัดเจน—ไม่ใช่เพียงค่าตัวเลขสรุปที่ประกาศไว้—ก่อนตัดสินใจนำชิ้นส่วนนั้นไปใช้งานจริง