【幹貨分享】5G中的噪聲發生和抑製措施
發布時間:2021-03-19 來源:Murata 責任編輯:lina
【導讀】5G通信服務正在廣泛推廣,以期實現最新的下一代通信。然而,這種通信往往會伴隨LTE、Wi-Fi®和其他現有通信係統等環境,預計更複雜的噪聲問題亦隨之而來。在5G設備完全進入通信環境之前,Murata研究了5G通信的噪聲環境,並檢驗了必要的噪聲抑製措施。
5G通信服務正在廣泛推廣,以期實現最新的下一代通信。然而,這種通信往往會伴隨LTE、Wi-Fi®和其他現有通信係統等環境,預計更複雜的噪聲問題亦隨之而來。在5G設備完全進入通信環境之前,Murata研究了5G通信的噪聲環境,並檢驗了必要的噪聲抑製措施。
1. 潛在的5G通信問題

現有無線通信對5G通信的影響仍不明確。
2. 預計的噪聲問題
5G通信環境預計不會單獨使用,而是增加到現有的通信環境中。在這些環境中,因現有無線通信在設備內產生的雜散幹擾可以連接到5G無線電路,從而引起通信幹擾。
5G實際設備已經問世,但因實際設備的使用實評估需要一些時間,所以Murata創想出一個將毫米波電路(下方圖1)添加到5G通信電路的係統。然後,Murata使shi用yong安an裝zhuang在zai電dian路lu中zhong的de倍bei頻pin器qi和he混hun頻pin器qi測ce試shi板ban來lai評ping估gu外wai部bu噪zao聲sheng連lian接jie到dao運yun行xing所suo需xu信xin號hao線xian路lu時shi的de效xiao果guo。研yan究jiu中zhong,雜za散san幹gan擾rao定ding義yi為wei通tong信xin信xin號hao本ben身shen以yi外wai的de多duo餘yu信xin號hao。它ta們men包bao括kuo來lai自zi其qi他ta通tong信xin和he高gao階jie諧xie波bo的de通tong信xin信xin號hao。
Murata將重點放在倍頻器和混頻器上,從而確定外部噪聲何時連接到信號線路。

圖1
3. 信號研究
為了確定毫米波電路以及外部噪聲的情況,使用圖2(下方)所示的評估係統對這一現象進行了研究。外部噪聲與基板LO方向的定向耦合器耦合,其中混頻器用於耦合LO和IF信號。20GHz頻率/15dBm功率進入LO信號線路,3.5GHz頻率/0dBm功率進入IF信號線路。在功率為0dBm時輸入外部噪聲,其頻率與LO信號類似(19.8GHz和19.5GHz頻率)。

圖2:評估係統
評估了外部噪聲連接至LO信號時的效果。
4. 評估結果
連接外部噪聲時(19.5GHz和19.8GHz),Murata經研究發現,除了預計的23.5GHz來自混頻器的輸出,還產生了因LO信號頻率和噪聲頻率之間差異而產生的雜散幹擾(下方圖3)。同樣,倍頻器也確認產生了雜散輻射。

圖3:評估結果
(外部噪聲:19.8GHz、19.5GHz)與外部噪聲連接導致雜散幹擾。
注:為了評估這些雜散幹擾是否實際影響通信,Murata通過Keysight的SystemVue®通信模擬器進行了驗證。
5. 評估產生信號的效果
如下方圖4所示,SystemVue模擬采用了實際模型簡化版。
發射器側
5G通信係統的調製信號輸出自發射器側的BB-IC。這與發射器側射頻IC中的LO信號結合,向上轉換為毫米波頻率。然後,輸出5G通信信號。
接收器側
發射的信號與接收器側射頻IC中的LO信號結合,並向下轉換。在BB-IC中執行信號解調,並計算BER(誤碼率)。
外部噪聲連接到該評估係統中的LO信號線路,並對其效果進行了評估。對連接噪聲前後的接收靈敏度進行了比較。噪聲連接前的接收靈敏度為-96.7dBm,噪聲連接後的接收靈敏度為-89.5dbm,表明接收靈敏度降低了7.2dB。
在本研究中,BER為95%的接收功率被定義為接收靈敏度。因此,這表明混頻器和倍頻器中LO信號線路的噪聲連接會對通信產生負麵影響。

圖4:評估係統(SystemVue模擬)
外部噪聲連接到LO信號線路,並評估接收靈敏度(BER為95%時的接收功率)。
6. SYSTEMVUE模擬評估結果
Murata概述了噪聲引起幹擾的機製(下方圖5)。連接到LO信號線路的噪聲會進入倍頻器,並產生雜散幹擾。這些雜散幹擾與混頻器上的IF信號結合,5G信號和頻段就會疊加。這會導致來自天線的信號傳輸錯誤,從而導致接收器端出現通信錯誤。
因此,需要采取措施防止噪聲進入LO信號線路,防止出現噪聲幹擾。

圖5:SystemVue評估結果

圖6:噪聲幹擾產生機製
1. 外部噪聲連接到LO信號線路。
2. 噪聲進入倍頻器,生成雜散幹擾。
3. IF信號進入混頻器。
4. 這與混頻器上的IF信號結合,5G信號和頻譜出現疊加。
結果:天線發射的信號不正確,接收器端出現通信錯誤。
需要采取措施,防止噪聲傳輸到LO信號線路。
7. 噪聲抑製方法
根據以前的研究,Murata確定噪聲可以通過防止噪聲流入LO信號線路來抑製。具體而言,在這種方法中,在產生毫米波的IC的LO信號輸入線路中安裝了一個消除噪聲頻段的濾波器(圖7)。該濾波器結合了電感器和電容器,這些元件必須根據目標噪聲頻率進行設置。

圖7
8. 5G噪聲抑製方法

9. 結論
在5G無線電路中,流入LO信號線路的高頻信號會在倍頻器和混頻器中產生雜散幹擾。這會降低信號質量,可能會導致通信錯誤。
要抑製這種噪聲,必須安裝一個濾波器,防止噪聲流入LO信號線路。必須考慮LO信號頻率和噪聲頻率為該濾波器選擇適當的常數。
(來源:Murata)
(來源:Murata)
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