【干货分享】5G中的噪声发生和抑制措施

周四, 18 三月 2021 - 16:08

5G通信服务正在广泛推广，以期实现最新的下一代通信。然而，这种通信往往会伴随LTE、Wi-Fi®和其他现有通信系统等环境，预计更复杂的噪声问题亦随之而来。在5G设备完全进入通信环境之前，Murata研究了5G通信的噪声环境，并检验了必要的噪声抑制措施。

潜在的5G通信问题

现有无线通信对5G通信的影响仍不明确。

预计的噪声问题

5G通信环境预计不会单独使用，而是增加到现有的通信环境中。在这些环境中，因现有无线通信在设备内产生的杂散干扰可以连接到5G无线电路，从而引起通信干扰。

5G实际设备已经问世，但因实际设备的使用实评估需要一些时间，所以Murata创想出一个将毫米波电路（下方图1）添加到5G通信电路的系统。然后，Murata使用安装在电路中的倍频器和混频器测试板来评估外部噪声连接到运行所需信号线路时的效果。研究中，杂散干扰定义为通信信号本身以外的多余信号。它们包括来自其他通信和高阶谐波的通信信号。

Murata将重点放在倍频器和混频器上，从而确定外部噪声何时连接到信号线路。

图1

信号研究

为了确定毫米波电路以及外部噪声的情况，使用图2（下方）所示的评估系统对这一现象进行了研究。外部噪声与基板LO方向的定向耦合器耦合，其中混频器用于耦合LO和IF信号。20GHz频率/15dBm功率进入LO信号线路，3.5GHz频率/0dBm功率进入IF信号线路。在功率为0dBm时输入外部噪声，其频率与LO信号类似（19.8GHz和19.5GHz频率）。

图2：评估系统

评估了外部噪声连接至LO信号时的效果。

评估结果

连接外部噪声时（19.5GHz和19.8GHz），Murata经研究发现，除了预计的23.5GHz来自混频器的输出，还产生了因LO信号频率和噪声频率之间差异而产生的杂散干扰（下方图3）。同样，倍频器也确认产生了杂散辐射。

图3：评估结果

（外部噪声：19.8GHz、19.5GHz）与外部噪声连接导致杂散干扰。 
注：为了评估这些杂散干扰是否实际影响通信，Murata通过Keysight的SystemVue®通信模拟器进行了验证。

评估产生信号的效果

如下方图4所示，SystemVue模拟采用了实际模型简化版。

发射器侧 
5G通信系统的调制信号输出自发射器侧的BB-IC。这与发射器侧射频IC中的LO信号结合，向上转换为毫米波频率。然后，输出5G通信信号。

接收器侧 
发射的信号与接收器侧射频IC中的LO信号结合，并向下转换。在BB-IC中执行信号解调，并计算BER（误码率）。

外部噪声连接到该评估系统中的LO信号线路，并对其效果进行了评估。对连接噪声前后的接收灵敏度进行了比较。噪声连接前的接收灵敏度为-96.7dBm，噪声连接后的接收灵敏度为-89.5dbm，表明接收灵敏度降低了7.2dB。

在本研究中，BER为95%的接收功率被定义为接收灵敏度。因此，这表明混频器和倍频器中LO信号线路的噪声连接会对通信产生负面影响。

图4：评估系统（SystemVue模拟） 
外部噪声连接到LO信号线路，并评估接收灵敏度（BER为95%时的接收功率）。

SYSTEMVUE模拟评估结果

Murata概述了噪声引起干扰的机制（下方图5）。连接到LO信号线路的噪声会进入倍频器，并产生杂散干扰。这些杂散干扰与混频器上的IF信号结合，5G信号和频段就会叠加。这会导致来自天线的信号传输错误，从而导致接收器端出现通信错误。

因此，需要采取措施防止噪声进入LO信号线路，防止出现噪声干扰。

图5：SystemVue评估结果

图6：噪声干扰产生机制 
1. 外部噪声连接到LO信号线路。 
2. 噪声进入倍频器，生成杂散干扰。 
3. IF信号进入混频器。 
4. 这与混频器上的IF信号结合，5G信号和频谱出现叠加。

结果：天线发射的信号不正确，接收器端出现通信错误。

需要采取措施，防止噪声传输到LO信号线路。

噪声抑制方法

根据以前的研究，Murata确定噪声可以通过防止噪声流入LO信号线路来抑制。具体而言，在这种方法中，在产生毫米波的IC的LO信号输入线路中安装了一个消除噪声频段的滤波器（图7）。该滤波器结合了电感器和电容器，这些元件必须根据目标噪声频率进行设置。

图7

5G噪声抑制方法

结论

在5G无线电路中，流入LO信号线路的高频信号会在倍频器和混频器中产生杂散干扰。这会降低信号质量，可能会导致通信错误。

要抑制这种噪声，必须安装一个滤波器，防止噪声流入LO信号线路。必须考虑LO信号频率和噪声频率为该滤波器选择适当的常数。

文章来源：<a href="https://www.mouser.cn/new/murata/murata-noise-suppression-5g-communicat…;