Murata Problemi di rumore/soppressione del rumore nella banda da 5GHz

Comunicazione wireless nella banda da 5GHz

Murata ha esaminato il caso di problemi di rumore che si verificano quando la comunicazione di dati ad alta velocità è eseguita in interni utilizzando un'interfaccia cablata e il caso di problemi di rumore che si verificano in ambienti con più comunicazioni wireless.

Le frequenze di pilotaggio più elevate sono supportate dai singoli dispositivi elettronici all'interno e ci sono preoccupazioni in merito alla presenza di rumore ad alte frequenze. Ci sono stati anche casi in cui la banda LAN wireless da 5GHz e la banda LTE da 5GHz sono utilizzate simultaneamente.

Questi sono alcuni dei problemi previsti che si verificano quando ciò si verifica:
•Problema in cui è difficile connettersi alla LAN wireless quando i dispositivi sono collegati tra loro
•Problema in cui i download diventano più lenti quando sono utilizzati più sistemi di comunicazione

Murata ha esaminato alcuni casi specifici in cui si verifica un rumore.

Rumore e comunicazioni wireless multiple

Introduzione di LAA/LTE-U Prima di tutto, Murata presenta il caso per più comunicazioni wireless. Sebbene Murata abbia familiarità con il WiFi® per la comunicazione wireless utilizzando la banda a 5GHz, l' utilizzo della banda a 5GHz è stato determinato anche per il sistema LTE, utilizzato negli smartphone. LTE con uso della banda a 5GHz si chiama LAA o LTE-U ed è una tecnologia che consente la comunicazione ad alto volume attraverso l'aggregazione esistente di LTE e carrier. Quando è eseguito, si prevede anche l'uso simultaneo con WiFi, il che significa che i circuiti per i tre sistemi di LTE, LAA, WiFi sono tutti in esecuzione. Murata esamina se la comunicazione wireless può essere eseguita senza problemi in questa situazione.

Sensibilità di ricezione e comunicazioni multiple

Il diagramma di sensibilità di ricezione (Figura 1, sotto) mostra i risultati di misurazione per la sensibilità di ricezione di LAA quando la comunicazione LAA è avviata mentre la comunicazione WiFi è già in esecuzione. Murata ha stabilito che la sensibilità di ricezione è stata ridotta quando la comunicazione WiFi è stata attivata.

Quando la sensibilità di ricezione è ridotta (Figura 2, sotto), se l'intensità del segnale dalla stazione base o dal punto di accesso è debole, la comunicazione non può essere eseguita correttamente. Ciò significa che la velocità dei dati sarà rallentata, il che potrebbe essere stressante per alcuni utenti. Questo problema si verifica perché WiFi e LAA comunicano utilizzando la stessa frequenza ed è dovuto all'effetto del rumore generato quando i segnali nella banda a 5GHz interferiscono l'uno con l'altro o i circuiti wireless sono in esecuzione. In precedenza, non erano presenti circuiti wireless alla stessa frequenza che funzionavano simultaneamente.

Cause della minore sensibilità di ricezione

Per confermare le cause della ridotta sensibilità di ricezione, Murata ha condotto un esame usando una simulazione del sistema. In questa simulazione, le caratteristiche di comunicazione sono ottenute per un ambiente dove non c'è rumore perché ogni blocco funziona nello stato ideale.

I risultati mostrano che, mentre la sensibilità di ricezione è stata ridotta nei dispositivi reali, questo cambiamento non è stato osservato nella simulazione. Indica che la riduzione della sensibilità di ricezione non si verifica semplicemente a causa della comunicazione simultanea da parte di LAA e WiFi. Murata ha ipotizzato che la causa fosse il rumore che si verifica quando ogni circuito è in esecuzione e quindi ha condotto uno studio sul rumore all'interno di un dispositivo effettivo.

Rumore che si verifica durante la comunicazione LTE, LAA e WiFi

Risultati di misurazione del rumore conduttivo sulle linee di potenza

Il diagramma schematico (Figura 3, sopra) mostra i blocchi di circuito LTE, LAA e WiFi. Le misurazioni sono state effettuate sul rumore della linea di potenza quando la comunicazione è stata eseguita nelle condizioni mostrate sul lato destro. I risultati mostrano che la linea di potenza del modulo WiFi ha il livello più elevato sullo spettro e lo stesso spettro è stato osservato per la linea di potenza del RFIC. Corrisponde alla larghezza di banda del segnale di comunicazione WiFi, che suggerisce che il rumore proveniente da WiFi sia trasmesso alla linea di potenza e che fluisca nei blocchi di circuito.

Murata riassume i punti relativi alla generazione di rumore e al percorso conduttivo:
•Il rumore verificato nella linea di potenza dei circuiti RF ha una larghezza di banda di 80MHz.
•La comunicazione viene eseguita a una larghezza di banda di 80MHz per i segnali WiFi e a una larghezza di banda di 20MHz per LTE e LAA.
•Dai punti sopra, il rumore scorre dal modulo WiFi e nella linea di alimentazione.
•Il rumore scorre nei circuiti RF, che riduce il rapporto segnale-rumore (S/N) dell'LNA ricevente.
•In ultima analisi, ciò riduce la sensibilità di ricezione.

Filtro di soppressione del rumore

Poiché Murata ha scoperto la generazione di rumore e il percorso conduttivo, ha inserito un filtro del rumore per ridurre la conduzione del rumore. Il filtro del rumore è stato inserito nell'unità di ingresso di potenza dei circuiti RF.

Metodi di soppressione del rumore e risultati di miglioramento

La serie BLF03VK di Murata per la riduzione del rumore nella banda a 5GHz è stata utilizzata per il filtro del rumore. Murata conferma che la sensibilità di ricezione è migliorata quando il rumore conduttivo è ridotto.

In ambienti che usano più sistemi wireless in cui le frequenze si sovrappongono, il rumore può essere condotto da un circuito di comunicazione a un altro e influenzarlo negativamente. Un'efficace contromisura consiste nell'inserire un filtro di rimozione del rumore in grado di rimuovere la banda di frequenza specifica, nella linea di potenza.

Comunicazione dati differenziale ad alta velocità e rumore

Problemi durante l'esecuzione della comunicazione HDMI Murata ha anche presentato problemi che si verificano quando si effettua la comunicazione HDMI in un ambiente domestico. HDMI è ampiamente utilizzata come interfaccia di sistema video per il collegamento di registratori BD, STB e TV. Si usa anche come interfaccia per PC stick per convertire i televisori in PC. Nel più recente standard, è stata annunciata la versione 2.1 HDMI, ma è probabile che molti utenti usino 2.0 o 1.4.

La tabella (Figura 4, sotto) mostra i risultati quando è stato inserito un stick PC in un televisore e la sensibilità di ricezione WiFi è stata misurata durante la comunicazione HDMI. Come mostrato nella tabella, la sensibilità è stata ridotta di poco meno di 4 dB e il rumore si è verificato in combinazione con il funzionamento del circuito HDMI, il che si traduce in una minore sensibilità di ricezione.

Tabella di sensibilità di ricezione WiFi durante la comunicazione HDMI

Studio dei segnali durante la comunicazione HDMI

La domanda successiva: cosa sta succedendo durante la comunicazione HDMI? Murata ha indagato sullo stato del segnale.

Questo diagramma stick PC (Figura 5, sotto) mostra una mappatura della distribuzione del campo magnetico per la superficie PCB del stick PC menzionato in precedenza. È costituito da un connettore HDMI, un circuito wireless e un CI di controllo. Poiché è imballato in una dimensione di circa 15cm x 8cm, tutti i circuiti sono in stretta prossimità.

Di conseguenza, se il rumore si verifica all'interno del dispositivo, è accoppiato all'antenna e ad altri circuiti RF e disturba facilmente la comunicazione wireless. In questo PC stick, sembra che il rumore sia distribuito sull'intera PCB, quindi Murata ha applicato un foglio di assorbimento elettromagnetico delle onde sull'intera PCB e ha verificato se il livello di rumore accoppiato all'antenna fosse cambiato.

Il livello di rumore è diminuito di circa 10 dB a indicare che il rumore è stato accoppiato dalla PCB all'antenna.

Possibili rimedi efficaci

Quando Murata ha ipotizzato che il rumore fosse generato quando l'HDMI era in funzione, ha anche supposto che il rumore venisse condotto nella linea di segnale.

Murata ha deciso di provare a utilizzare filtri di riduzione del rumore per le linee di segnale e clock HDMI. Sono stati utilizzati due tipi di filtri -- bobina di arresto di modo comune e filtro passa-basso Pi (LPF). Una bobina di arresto di modo comune è un filtro efficace per rimuovere solo il rumore di modo comune, senza incidere sulla forma d'onda del segnale della linea di trasmissione differenziale.

Sebbene non sia stato osservato alcun effetto utilizzando la bobina di arresto di modo comune, il Pi LPF è stato efficace nel ridurre il rumore. Ciò indica che il rumore in modalità differenziale è in corso di conduzione nel PC a chiavetta. (Nota: il componente di rumore di modo comune può essere dominante per alcuni dispositivi target, quindi una bobina di arresto di modo comune può essere efficace in alcuni casi.)

Selezione dei filtri

Poiché il rumore in modalità differenziale era dominante, Murata ha dovuto selezionare un filtro che doveva ridurre il rumore ma non influiva sul segnale.

Quindi Murata ha sviluppato una nuova serie di prodotti BLF03VK che fornisce una riduzione efficace del rumore nella banda di 5GHz. Murata ha selezionato un articolo con queste caratteristiche in questa serie di prodotti.

Perline di ferrite per la banda da 5GHz
Caratteristiche: invece di aumentare l'impedenza rispetto alle basse frequenze come le perline di ferrite convenzionali, il materiale e la struttura interna sono stati progettati per aumentare l'impedenza a 5GHz.

La panoramica del filtro di selezione (Figura 6, sotto) esamina il filtro solo per la banda da 5GHz, ma la linea di prodotti di Murata include anche filtri per bande da 2,4GHz e 700MHz.

Effetti dei rimedi usando i filtri antirumore

Il diagramma (Figura 7, sotto) mostra i risultati quando il filtro Pi è stato sostituito dal BLF03VK e gli effetti di riduzione del rumore sono stati verificati. È stato confermato che la componente ad alta frequenza del clock è stata ridotta di circa 10 dB.

L'area riempita di giallo indica i canali utilizzati da WiFi (11ac) e il rumore è visibile nei canali 36 e 124. Ciò ha comportato una riduzione particolarmente elevata della sensibilità di ricezione nei canali in cui si è verificato il rumore. Ma applicando la soppressione del rumore utilizzando il nuovo filtro acustico, il rumore a banda stretta proveniente dal clock HDMI è stato ridotto per consentire una maggiore sensibilità di ricezione.

Controllo della qualità del segnale

Poiché il filtro è stato inserito nelle linee dati e clock HDMI, la qualità del segnale è stata controllata. (Figura 8, sotto)

Forma d'onda del segnale HDMI 1.4 I risultati del test di pre-conformità HDMI 1.4 condotto mostrano che il test è stato superato senza colpire la maschera oculare, anche quando è stato utilizzato un filtro. Ciò è dovuto in parte alla piccola impedenza nella banda a bassa frequenza della serie BLF03VK. Si prevede che crescerà la necessità di filtri in cui l'impedenza aumenta solo nelle bande specifiche e in cui il rumore sarà rimosso per garantire la qualità del segnale. (Nota: quando il filtro è effettivamente utilizzato, la forma d'onda varia a seconda del CI e dell'ambiente impostato, e quindi la verifica è necessaria).

Riepilogo

Murata ha presentato due esempi di rimedi per la riduzione del rumore nella banda a 5GHz.

In precedenza, la frequenza a 5GHz non era comunemente utilizzata, quindi gli utenti avrebbero potuto ritenere improbabile che si verificassero problemi di rumore. Ma quando Murata ha effettivamente esaminato il rumore, ha scoperto che si stava verificando un rumore sia nei sistemi di segnale che in quelli di alimentazione.

Anche se la banda da 5GHz è selezionata per fornire una comunicazione stabile e ad alta velocità, le prestazioni massime non possono essere raggiunte se c'è un rumore. I prodotti di soppressione del rumore di Murata possono essere utilizzati per creare un ambiente a basso rumore, garantendo una qualità di comunicazione stabile.

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