5G通信環(huán)境下的噪聲狀況和對策

1.5G通信中的噪聲環(huán)境調(diào)查

5G通信已經(jīng)推出部分服務(wù)，作為新一代通信備受期待。而由于它將與LTE及Wi-Fi等現(xiàn)有通信手段并存，因此可以預(yù)測，噪聲問題將會變得更為復(fù)雜。另外，在5G設(shè)備還未完全上市的情況下，我們對5G通信中的噪聲環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查，并就此所需采取的降噪措施展開了研究。

5G令人擔(dān)憂的通信問題

未發(fā)現(xiàn)5G對現(xiàn)有無線通信的通信會造成影響。

可能會出現(xiàn)的噪聲問題

5G通信環(huán)境很少會單獨(dú)使用，很可能會加入到現(xiàn)有的通信環(huán)境中。在這種情況下，現(xiàn)有無線通信導(dǎo)致的設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的偽信號可能就會耦合到5G無線電路中，從而造成通信故障。

雖然目前已有實(shí)際機(jī)型推出上市，但使用實(shí)際機(jī)型進(jìn)行評估還需要時間，因此我們設(shè)想在5G通信電路中增加如圖所示的毫米波電路，使用搭載在該電路上的倍頻器和混頻器的評估電路板，對外來噪聲耦合到工作所需信號線時的影響進(jìn)行了評估。此外，這里所指的偽信號定義為除自身通信信號之外的多余信號，包括其他通信中的通信信號及高階諧波。

著重關(guān)注倍頻器和混頻器，明確信號線中耦合外來噪聲時的影響。

2.毫米波電路中耦合外來噪聲時的信號調(diào)查

為確認(rèn)極高頻電路與外來噪聲耦合時的情況，使用了如下圖所示的評估系統(tǒng)進(jìn)行了評估。在LO信號和IF信號耦合的混頻器基板的LO側(cè)使用定向耦合器耦合外來噪聲。向LO信號線和IF信號線分別輸入20GHz的頻率/15dBm的功率，以及3.5GHz的頻率/0dBm的功率，外來噪聲則輸入了接近LO信號頻率的19.8GHz和19.5GHz的頻率，以及0dBm的功率。

評價(jià)系統(tǒng)

對LO信號中耦合外來噪聲時的影響進(jìn)行了評估。

另一方面，當(dāng)19.5GHz和19.8GHz的外來噪聲耦合時，發(fā)現(xiàn)除了原本從混頻器輸出的23.5GHz外，還產(chǎn)生了造成LO信號頻率和噪聲頻率差異的偽信號。
同樣，在倍頻器中也發(fā)現(xiàn)有偽信號產(chǎn)生。

評估結(jié)果 (外來噪音：19.8GHz、19.5GHz)

由于外來噪聲耦合而有偽信號產(chǎn)生。

※ 為評估該偽信號是否實(shí)際會對通信造成影響，使用是德公司的通信模擬器SystemVue進(jìn)行了確認(rèn)。

3.產(chǎn)生的信號對通信特性的影響評估

SystemVue模擬簡化了實(shí)際模型，具體如下：

發(fā)射端

從發(fā)射端的BB-IC輸出符合5G通信方式的調(diào)制信號，在發(fā)射端的RF-IC通過與LO信號合成，升頻至轉(zhuǎn)換成毫米波頻率，輸出5G通信信號。

接收端

發(fā)射信號在接收端的RF-IC與LO信號合成，降頻轉(zhuǎn)換后，在BB-IC進(jìn)行信號解調(diào)，計(jì)算出BER(Bit Error Rate)。

使外來噪聲耦合到該評估系統(tǒng)中的LO信號線，對造成的影響做出評估。

評價(jià)系統(tǒng) (SystemVue模擬)

使外來噪聲耦合到LO信號線，對接收靈敏度（BER95%時的接收功率）做出評估。

經(jīng)過對噪聲耦合前后的接收靈敏度進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)噪聲耦合前的接收靈敏度為-96.7dBm，噪聲耦合后的接收靈敏度為-89.5dBm，下降了7.2dB。

此處，BER將95%的接收功率定義為接收靈敏度。由此可見，在混頻器和倍頻器中，如果噪聲耦合到LO信號線中，就會對通信產(chǎn)生影響。

評估結(jié)果

下面對噪聲故障的發(fā)生機(jī)制做個總結(jié)。耦合到LO信號線的噪聲被輸入到倍頻器，產(chǎn)生偽信號，該偽信號通過混頻器與IF信號合成，5G信號和頻段重疊。由此，天線就會發(fā)射錯誤信號，在接收端發(fā)生通信錯誤。

因此，為防止發(fā)生噪聲故障，就需要采取措施防止噪聲進(jìn)入LO信號線。

噪聲故障的發(fā)生機(jī)制
①外來噪聲被耦合到LO信號線。。
②噪聲被輸入到倍頻器，產(chǎn)生偽信號產(chǎn)生
③IF信號被輸出到混頻器。
④通信混頻器和IF信號合成，5G信號和偽信號重疊。

結(jié)果

天線發(fā)射錯誤信號，在接收端發(fā)生通信錯誤。

需要避免噪聲傳導(dǎo)到LO信號線。

應(yīng)對措施

根據(jù)之前的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，防止噪聲流入LO信號線將有助于改善這一問題。

具體來說，就是在毫米波生成IC的LO信號線中安裝去除噪聲頻率的濾波器。濾波器由組合電感器和電容器構(gòu)成，這些元件需要根據(jù)對象噪聲頻率進(jìn)行設(shè)置。

5G的應(yīng)對措施
LO信號頻率為5GHz、流入噪聲信號為5.2GHz頻段WLAN時

LO信號頻率為3.1GHz、噪聲流入為3.3GHzSub-6時

LO信號頻率為4.4GHz、噪聲流入為4.2GHzSub-6時

4. 總結(jié)

在5G無線電路中，由于LO信號線中流入高頻信號，就會在倍頻器和混頻器產(chǎn)生偽信號，從而會造成信號質(zhì)量下降，進(jìn)而發(fā)生通信錯誤。

為應(yīng)對這個問題，需要安裝防止噪聲流入LO信號線的濾波器。考慮到LO信號頻率及噪聲頻率，需要選擇合理常數(shù)的濾波器。

本次介紹的濾波器用電感器（點(diǎn)擊“閱讀原文”了解產(chǎn)品詳情）