【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®和其他現有通信系統等環境，預計更復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，并檢驗了必要的噪聲抑制措施。
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®和其他現有通信系統等環境，預計更復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，并檢驗了必要的噪聲抑制措施。
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干擾可以連接到5G無線電路，從而引起通信干擾。
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評估外部噪聲連接到運行所需信號線路時的效果。研究中，雜散干擾定義為通信信號本身以外的多余信號。它們包括來自其他通信和高階諧波的通信信號。
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）所示的評估系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，其中混頻器用于耦合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：評估系統
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干擾（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干擾。
注：為了評估這些雜散干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通信系統的調制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。然后，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，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信號線路，并對其效果進行了評估。對連接噪聲前后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信號線路的噪聲連接會對通信產生負面影響。
圖4：評估系統（SystemVue模擬）
外部噪聲連接到LO信號線路，并評估接收靈敏度（BER為95%時的接收功率）。
6. SYSTEMVUE模擬評估結果
Murata概述了噪聲引起干擾的機制（下方圖5）。連接到LO信號線路的噪聲會進入倍頻器，并產生雜散干擾。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，防止出現噪聲干擾。
圖5：SystemVue評估結果
圖6：噪聲干擾產生機制
1. 外部噪聲連接到LO信號線路。
2. 噪聲進入倍頻器，生成雜散干擾。
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. 噪聲抑制方法
根據以前的研究，Murata確定噪聲可以通過防止噪聲流入LO信號線路來抑制。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噪聲抑制方法
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干擾。這會降低信號質量，可能會導致通信錯誤。
要抑制這種噪聲，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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