1.5G通信中的噪聲環境調查

5G通信已經推出部分服務，作為新一代通信備受期待。而由于它將與LTE及Wi-Fi等現有通信手段并存，因此可以預測，噪聲問題將會變得更為復雜。另外，在5G設備還未完全上市的情況下，我們對5G通信中的噪聲環境進行了調查，并就此所需采取的降噪措施展開了研究。

5G令人擔憂的通信問題

未發現5G對現有無線通信的通信會造成影響。

可能會出現的噪聲問題

5G通信環境很少會單獨使用，很可能會加入到現有的通信環境中。在這種情況下，現有無線通信導致的設備內部產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。

雖然目前已有實際機型推出上市，但使用實際機型進行評估還需要時間，因此我們設想在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查

為確認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進行了評估。在LO信號和IF信號耦合的混頻器基板的LO側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。

評價系統

對LO信號中耦合外來噪聲時的影響進行了評估。

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

評估結果 (外來噪音：19.8GHz、19.5GHz)

由于外來噪聲耦合而有偽信號產生。

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

3.產生的信號對通信特性的影響評估

SystemVue模擬簡化了實際模型，具體如下：

發射端

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

接收端

發射信號在接收端的RF-IC與LO信號合成，降頻轉換后，在BB-IC進行信號解調，計算出BER(Bit Error Rate)。

使外來噪聲耦合到該評估系統中的LO信號線，對造成的影響做出評估。

評價系統 (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。

經過對噪聲耦合前后的接收靈敏度進行比較，結果發現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，就會對通信產生影響。

評估結果

下面對噪聲故障的發生機制做個總結。耦合到LO信號線的噪聲被輸入到倍頻器，產生偽信號，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，天線就會發射錯誤信號，在接收端發生通信錯誤。

因此，為防止發生噪聲故障，就需要采取措施防止噪聲進入LO信號線。

噪聲故障的發生機制
①外來噪聲被耦合到LO信號線。。
②噪聲被輸入到倍頻器，產生偽信號產生
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。

結果

天線發射錯誤信號，在接收端發生通信錯誤。

需要避免噪聲傳導到LO信號線。

應對措施

根據之前的調查發現，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成，這些元件需要根據對象噪聲頻率進行設置。

5G的應對措施
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

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生偽信號，從而會造成信號質量下降，進而發生通信錯誤。

為應對這個問題，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，需要選擇合理常數的濾波器。

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