5G通信服務(wù)正在廣泛推廣，以期實(shí)現(xiàn)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(xiàn)有通信系統(tǒng)等環(huán)境，預(yù)計(jì)更復(fù)雜的噪聲問(wèn)題亦隨之而來(lái)。在5G設(shè)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(yàn)了必要的噪聲抑制措施。

1 潛在的5G通信問(wèn)題

現(xiàn)有無(wú)線通信對(duì)5G通信的影響仍不明確。

2 預(yù)計(jì)的噪聲問(wèn)題

5G通信環(huán)境預(yù)計(jì)不會(huì)單獨(dú)使用，而是增加到現(xiàn)有的通信環(huán)境中。在這些環(huán)境中，因現(xiàn)有無(wú)線通信在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的雜散干擾可以連接到5G無(wú)線電路，從而引起通信干擾。

5G實(shí)際設(shè)備已經(jīng)問(wèn)世，但因?qū)嶋H設(shè)備的使用實(shí)評(píng)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(tǒng)。然后，Murata使用安裝在電路中的倍頻器和混頻器測(cè)試板來(lái)評(píng)估外部噪聲連接到運(yùn)行所需信號(hào)線路時(shí)的效果。研究中，雜散干擾定義為通信信號(hào)本身以外的多余信號(hào)。它們包括來(lái)自其他通信和高階諧波的通信信號(hào)。

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(hào)線路。

圖1

3 信號(hào)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(píng)估系統(tǒng)對(duì)這一現(xiàn)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(hào)。20GHz頻率/15dBm功率進(jìn)入LO信號(hào)線路，3.5GHz頻率/0dBm功率進(jìn)入IF信號(hào)線路。在功率為0dBm時(shí)輸入外部噪聲，其頻率與LO信號(hào)類似（19.8GHz和19.5GHz頻率）。

圖2：評(píng)估系統(tǒng)

評(píng)估了外部噪聲連接至LO信號(hào)時(shí)的效果。

4 評(píng)估結(jié)果

連接外部噪聲時(shí)（19.5GHz和19.8GHz），Murata經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，除了預(yù)計(jì)的23.5GHz來(lái)自混頻器的輸出，還產(chǎn)生了因LO信號(hào)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(rèn)產(chǎn)生了雜散輻射。

圖3：評(píng)估結(jié)果

（外部噪聲：19.8GHz、19.5GHz）與外部噪聲連接導(dǎo)致雜散干擾。
注：為了評(píng)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(yàn)證。

5 評(píng)估產(chǎn)生信號(hào)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(cè)
5G通信系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào)輸出自發(fā)射器側(cè)的BB-IC。這與發(fā)射器側(cè)射頻IC中的LO信號(hào)結(jié)合，向上轉(zhuǎn)換為毫米波頻率。然后，輸出5G通信信號(hào)。

接收器側(cè)
發(fā)射的信號(hào)與接收器側(cè)射頻IC中的LO信號(hào)結(jié)合，并向下轉(zhuǎn)換。在BB-IC中執(zhí)行信號(hào)解調(diào)，并計(jì)算BER（誤碼率）。

外部噪聲連接到該評(píng)估系統(tǒng)中的LO信號(hào)線路，并對(duì)其效果進(jìn)行了評(píng)估。對(duì)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(hào)線路的噪聲連接會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖4：評(píng)估系統(tǒng)（SystemVue模擬）
外部噪聲連接到LO信號(hào)線路，并評(píng)估接收靈敏度（BER為95%時(shí)的接收功率）。

6 SYSTEMVUE模擬評(píng)估結(jié)果

Murata概述了噪聲引起干擾的機(jī)制（下方圖5）。連接到LO信號(hào)線路的噪聲會(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(hào)結(jié)合，5G信號(hào)和頻段就會(huì)疊加。這會(huì)導(dǎo)致來(lái)自天線的信號(hào)傳輸錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致接收器端出現(xiàn)通信錯(cuò)誤。

因此，需要采取措施防止噪聲進(jìn)入LO信號(hào)線路，防止出現(xiàn)噪聲干擾。

圖5：SystemVue評(píng)估結(jié)果

圖6：噪聲干擾產(chǎn)生機(jī)制

1. 外部噪聲連接到LO信號(hào)線路。

2. 噪聲進(jìn)入倍頻器，生成雜散干擾。

3. IF信號(hào)進(jìn)入混頻器。

4. 這與混頻器上的IF信號(hào)結(jié)合，5G信號(hào)和頻譜出現(xiàn)疊加。

結(jié)果：天線發(fā)射的信號(hào)不正確，接收器端出現(xiàn)通信錯(cuò)誤。

需要采取措施，防止噪聲傳輸?shù)絃O信號(hào)線路。

7 噪聲抑制方法

根據(jù)以前的研究，Murata確定噪聲可以通過(guò)防止噪聲流入LO信號(hào)線路來(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(hào)輸入線路中安裝了一個(gè)消除噪聲頻段的濾波器（圖7）。該濾波器結(jié)合了電感器和電容器，這些元件必須根據(jù)目標(biāo)噪聲頻率進(jìn)行設(shè)置。

圖7

8 5G噪聲抑制方法

9 結(jié)論

在5G無(wú)線電路中，流入LO信號(hào)線路的高頻信號(hào)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(hào)質(zhì)量，可能會(huì)導(dǎo)致通信錯(cuò)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(hào)線路。必須考慮LO信號(hào)頻率和噪聲頻率為該濾波器選擇適當(dāng)?shù)某?shù)。

原文標(biāo)題：【干貨分享】5G中的噪聲發(fā)生和抑制措施

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