【導讀】5G通信服務(wù)正在廣泛推廣，以期實(shí)現最新的下一代通信。然而，這種通信往往會(huì )伴隨LTE、Wi-Fi®和其他現有通信系統等環(huán)境，預計更復雜的噪聲問(wèn)題亦隨之而來(lái)。在5G設備完全進(jìn)入通信環(huán)境之前，Murata研究了5G通信的噪聲環(huán)境，并檢驗了必要的噪聲抑制措施。
5G通信服務(wù)正在廣泛推廣，以期實(shí)現最新的下一代通信。然而，這種通信往往會(huì )伴隨LTE、Wi-Fi®和其他現有通信系統等環(huán)境，預計更復雜的噪聲問(wèn)題亦隨之而來(lái)。在5G設備完全進(jìn)入通信環(huán)境之前，Murata研究了5G通信的噪聲環(huán)境，并檢驗了必要的噪聲抑制措施。
1. 潛在的5G通信問(wèn)題
現有無(wú)線(xiàn)通信對5G通信的影響仍不明確。
2. 預計的噪聲問(wèn)題
5G通信環(huán)境預計不會(huì )單獨使用，而是增加到現有的通信環(huán)境中。在這些環(huán)境中，因現有無(wú)線(xiàn)通信在設備內產(chǎn)生的雜散干擾可以連接到5G無(wú)線(xiàn)電路，從而引起通信干擾。
5G實(shí)際設備已經(jīng)問(wèn)世，但因實(shí)際設備的使用實(shí)評估需要一些時(shí)間，所以Murata創(chuàng )想出一個(gè)將毫米波電路（下方圖1）添加到5G通信電路的系統。然后，Murata使用安裝在電路中的倍頻器和混頻器測試板來(lái)評估外部噪聲連接到運行所需信號線(xiàn)路時(shí)的效果。研究中，雜散干擾定義為通信信號本身以外的多余信號。它們包括來(lái)自其他通信和高階諧波的通信信號。
Murata將重點(diǎn)放在倍頻器和混頻器上，從而確定外部噪聲何時(shí)連接到信號線(xiàn)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）所示的評估系統對這一現象進(jìn)行了研究。外部噪聲與基板LO方向的定向耦合器耦合，其中混頻器用于耦合LO和IF信號。20GHz頻率/15dBm功率進(jìn)入LO信號線(xiàn)路，3.5GHz頻率/0dBm功率進(jìn)入IF信號線(xiàn)路。在功率為0dBm時(shí)輸入外部噪聲，其頻率與LO信號類(lèi)似（19.8GHz和19.5GHz頻率）。
圖2：評估系統
評估了外部噪聲連接至LO信號時(shí)的效果。
4. 評估結果
連接外部噪聲時(shí)（19.5GHz和19.8GHz），Murata經(jīng)研究發(fā)現，除了預計的23.5GHz來(lái)自混頻器的輸出，還產(chǎn)生了因LO信號頻率和噪聲頻率之間差異而產(chǎn)生的雜散干擾（下方圖3）。同樣，倍頻器也確認產(chǎn)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干擾。
注：為了評估這些雜散干擾是否實(shí)際影響通信，Murata通過(guò)Keysight的SystemVue®通信模擬器進(jìn)行了驗證。
5. 評估產(chǎn)生信號的效果
如下方圖4所示，SystemVue模擬采用了實(shí)際模型簡(jiǎn)化版。
發(fā)射器側
5G通信系統的調制信號輸出自發(fā)射器側的BB-IC。這與發(fā)射器側射頻IC中的LO信號結合，向上轉換為毫米波頻率。然后，輸出5G通信信號。
接收器側
發(fā)射的信號與接收器側射頻IC中的LO信號結合，并向下轉換。在BB-IC中執行信號解調，并計算BER（誤碼率）。
外部噪聲連接到該評估系統中的LO信號線(xiàn)路，并對其效果進(jìn)行了評估。對連接噪聲前后的接收靈敏度進(jìn)行了比較。噪聲連接前的接收靈敏度為-96.7dBm，噪聲連接后的接收靈敏度為-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(xiàn)路的噪聲連接會(huì )對通信產(chǎn)生負面影響。
圖4：評估系統（SystemVue模擬）
外部噪聲連接到LO信號線(xiàn)路，并評估接收靈敏度（BER為95%時(shí)的接收功率）。
6. SYSTEMVUE模擬評估結果
Murata概述了噪聲引起干擾的機制（下方圖5）。連接到LO信號線(xiàn)路的噪聲會(huì )進(jìn)入倍頻器，并產(chǎn)生雜散干擾。這些雜散干擾與混頻器上的IF信號結合，5G信號和頻段就會(huì )疊加。這會(huì )導致來(lái)自天線(xiàn)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(jìn)入LO信號線(xiàn)路，防止出現噪聲干擾。
圖5：SystemVue評估結果
圖6：噪聲干擾產(chǎn)生機制
1. 外部噪聲連接到LO信號線(xiàn)路。
2. 噪聲進(jìn)入倍頻器，生成雜散干擾。
3. IF信號進(jìn)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(xiàn)發(fā)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(xiàn)路。
7. 噪聲抑制方法
根據以前的研究，Murata確定噪聲可以通過(guò)防止噪聲流入LO信號線(xiàn)路來(lái)抑制。具體而言，在這種方法中，在產(chǎn)生毫米波的IC的LO信號輸入線(xiàn)路中安裝了一個(gè)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(jìn)行設置。
圖7
8. 5G噪聲抑制方法
9. 結論
在5G無(wú)線(xiàn)電路中，流入LO信號線(xiàn)路的高頻信號會(huì )在倍頻器和混頻器中產(chǎn)生雜散干擾。這會(huì )降低信號質(zhì)量，可能會(huì )導致通信錯誤。
要抑制這種噪聲，必須安裝一個(gè)濾波器，防止噪聲流入LO信號線(xiàn)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(lái)源：Murata）
（來(lái)源：Murata）
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