Murata Misure di soppressione e rilevamento del rumore in 5G

L'effetto delle comunicazioni wireless esistenti sulla comunicazione 5G rimane poco chiaro.

Problemi di rumore attesi

Gli ambienti di comunicazione 5G non dovrebbero essere utilizzati esclusivamente ma piuttosto aggiunti agli ambienti di comunicazione esistenti. In questi ambienti, le emissioni spurie generate all'interno dei dispositivi grazie alla comunicazione wireless esistente possono collegarsi ai circuiti wireless 5G, causando interferenze di comunicazione.

I dispositivi 5G in realtà hanno iniziato a comparire sul mercato, ma poiché ci vuole tempo per valutare utilizzando i dispositivi reali, Murata ha previsto un sistema in cui un circuito a onde millimetriche (Figura 1, sotto) è stato aggiunto a un circuito di comunicazione 5G. Murata ha quindi utilizzato le schede di prova con moltiplicatore di frequenza e mixer installate nel circuito per valutare l'effetto quando il rumore esterno si collega a una linea di segnale necessaria per il funzionamento. Nello studio, le emissioni spurie sono definite come segnali in eccesso diversi dai segnali di comunicazione stessi. Includono segnali di comunicazione da altre comunicazioni e armoniche di ordine elevato.

Murata si è concentrata sul moltiplicatore di frequenza e mixer per determinare quando il rumore esterno si collega a una linea di segnale.

Studio dei segnali

Al fine di individuare le circostanze dei circuiti a onde millimetriche combinati con il rumore esterno, questo fenomeno è stato esaminato utilizzando il sistema di valutazione mostrato nella Figura 2 (sotto). Il rumore esterno è accoppiato all'accoppiatore direzionale nella direzione LO del substrato, in cui il mixer viene utilizzato per accoppiare i segnali LO e IF. La frequenza di 20 GHz/potenza di 15 dBm viene immessa nella linea di segnale LO e la potenza di 3,5 GHz di frequenza/0 dBm nella linea di segnale IF. Il rumore esterno con una frequenza simile a quella del segnale LO a 19,8 GHz e 19,5 GHz viene immesso a potenza di 0 dBm.

Sistema di valutazione
È stato valutato l'effetto quando il rumore esterno è stato collegato al segnale LO.

Risultato della valutazione

Quando sono stati collegati rumori esterni a 19,5 GHz e 19,8 GHz, Murata ha scoperto che oltre ai 23,5 GHz previsti uscita dal mixer sono state generate emissioni spurie per la differenza tra la frequenza del segnale LO e la frequenza del rumore (Figura 3, sotto). Allo stesso modo, la generazione di emissioni spurie è stata confermata anche nel moltiplicatore di frequenza.

Risultati della valutazione (rumore esterno: 19,8 GHz, 19,5 GHz)
Il collegamento al rumore esterno ha comportato emissioni spurie.
Nota: Per valutare se queste emissioni spurie influiscono effettivamente sulla comunicazione, Murata ha verificato utilizzando il simulatore di comunicazione SystemVue® di Keysight.

Valutazione dell'effetto dei segnali generati

Le simulazioni di SystemVue utilizzano semplificazioni del modello reale come mostrato in Figura 4 (sotto).

Lato trasmettitore
Un segnale modulato per il sistema di comunicazione 5G viene emesso dal BB-IC del lato trasmettitore. Questo è combinato con il segnale LO nel CI RF lato trasmettitore per convertirsi in una frequenza d'onda millimetrica. Il segnale di comunicazione 5G viene poi emesso.

Lato ricevitore
Il segnale trasmesso è combinato con il segnale LO nel CI RF lato ricevitore e convertito verso il basso. Viene eseguita la demodulazione del segnale nel CI BB e viene calcolato il BER (Bit Error Rate). 

Il rumore esterno è stato collegato alla linea di segnale LO in questo sistema di valutazione e il suo effetto è stato valutato.Sono state confrontate le sensibilità di ricezione prima e dopo il collegamento del rumore. La sensibilità di ricezione prima del collegamento al rumore era -96,7 dBm e la sensibilità di ricezione dopo il collegamento al rumore era -89,5 dBm, il che indica una diminuzione della sensibilità di ricezione di 7,2 dB.

In questo studio, la potenza di ricezione a un BER del 95% è stata definita come la sensibilità di ricezione. Di conseguenza, ciò ha mostrato che il rumore di connessione alla linea di segnale LO nel mixer e moltiplicatore di frequenza ha avuto ripercussioni negative sulla comunicazione.

Sistema di valutazione (simulazione SystemVue)
Il rumore esterno è stato collegato alla linea del segnale LO ed è stata valutata la sensibilità di ricezione (potenza di ricezione con BER 95%).

Risultati della valutazione della simulazione Systems Vue

Murata ha sintetizzato i meccanismi in cui si sono verificate interferenze dovute al rumore (Figura 5, sotto). Il rumore collegato alla linea di segnale LO entra nel moltiplicatore di frequenza e vengono generate emissioni spurie. Queste emissioni spurie sono combinate con i segnali IF al mixer, e i segnali 5G e la banda di frequenza sono sovrapposti. Ciò causa la trasmissione di segnali errati dall'antenna, producendo un errore di comunicazione sul lato del ricevitore.

Per questo motivo, sono necessarie misure per impedire l’ingresso del rumore nella linea di segnale LO per prevenire le interferenze acustiche.

Risultati della valutazione Systems Vue

Meccanismo di generazione di interferenze acustiche

1. Il rumore esterno è collegato alla linea di segnale LO.
2. Il rumore entra nel moltiplicatore di frequenza e si generano emissioni spurie.
3. I segnali IF entrano nel mixer.
4. Ciò si combina con i segnali IF al mixer e i segnali e lo spettro 5G sono sovrapposti.

Risultato: i segnali errati vengono trasmessi dall'antenna e si verifica un errore di comunicazione sul lato del ricevitore.

Sono necessarie misure per impedire la trasmissione del rumore alla linea di segnale LO.

Metodo di soppressione del rumore

Dagli studi precedenti, il rumore determinato da Murata potrebbe essere eliminato prevenendo l'afflusso di rumore alla linea di segnale LO. Nello specifico, in questo metodo, viene installato un filtro per la rimozione della banda di frequenza del rumore nella linea di ingresso del segnale LO del CI che genera l'onda millimetrica (figura 7, sotto). Il filtro combina un induttore e un condensatore e questi elementi devono essere impostati in base alla frequenza di rumore di destinazione.

Conclusione

In circuiti wireless 5G, l'afflusso di segnali ad alta frequenza alla linea di segnale LO genera emissioni spurie nel moltiplicatore di frequenza e mixer. Ciò può ridurre la qualità del segnale, causando potenzialmente un errore di comunicazione.

Per sopprimere questo rumore, deve essere installato un filtro che impedisca l'ingresso di rumore nella linea di segnale LO. La costante appropriata deve essere scelta per questo filtro tenendo conto della frequenza del segnale LO e della frequenza del rumore.

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