Влияние существующей беспроводной связи на связь 5G остается неясным.

ОЖИДАЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ С ШУМОМ

Среды связи 5G не будут использоваться исключительно, а будут добавлены к существующим средам связи. В этих средах побочные излучения, генерируемые внутри устройств из-за существующей беспроводной связи, могут подключаться к беспроводным цепям 5G, вызывая помехи связи.

Фактические устройства 5G начали появляться на рынке, но поскольку для оценки с использованием реальных устройств требуется время, Мурата представил систему, в которой цепь миллиметрового диапазона (рисунок 1, ниже) была добавлена ​​к цепи связи 5G. Затем Мурата использовал платы умножителя частоты и смесителя, установленные в цепи, чтобы оценить эффект, когда внешний шум подключается к сигнальной линии, необходимой для работы. В исследовании побочные излучения определяются как избыточные сигналы, отличные от самих сигналов связи. Они включают в себя коммуникационные сигналы от других коммуникаций и высшие гармоники.

Мурата сосредоточился на умножителе частоты и смесителе, чтобы определить, когда внешний шум подключается к сигнальной линии.

ИЗУЧЕНИЕ СИГНАЛОВ

Чтобы выявить условия, в которых используются цепи миллиметрового диапазона в сочетании с внешним шумом, это явление было рассмотрено с использованием системы оценки, показанной на Рисунке 2 (ниже). Внешний шум связан с направленным ответвителем в направлении гетеродина подложки, в котором смеситель используется для соединения сигналов гетеродина и промежуточной частоты. Частота 20 ГГц / мощность 15 дБм вводится в сигнальную линию гетеродина, а мощность 3,5 ГГц / мощность 0 дБм - в сигнальную линию ПЧ. Внешний шум с частотой, подобной частоте сигнала гетеродина на частотах 19,8 ГГц и 19,5 ГГц, вводится при мощности 0 дБм.

Система оценки Оценивался
эффект, когда внешний шум был подключен к сигналу гетеродина.

РЕЗУЛЬТАТ ОЦЕНКИ

При подключении внешних шумов на частотах 19,5 ГГц и 19,8 ГГц Мурата обнаружил, что в дополнение к ожидаемой выходной частоте 23,5 ГГц смесителя генерируются побочные излучения для разницы между частотой сигнала гетеродина и частотой шума (рисунок 3 ниже). Таким же образом было подтверждено появление побочных излучений в умножителе частоты.

Результаты оценки (Внешний шум: 19,8 ГГц, 19,5 ГГц)
Связь с внешним шумом привела к побочным излучениям.
Примечание. Чтобы оценить, действительно ли эти побочные излучения влияют на связь, Мурата проверил, используя имитатор связи SystemVue® от Keysight.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТА ГЕНЕРИРУЕМЫХ СИГНАЛОВ

В симуляциях SystemVue использовались упрощения реальной модели, как показано на Рисунке 4 (ниже).

Сторона передатчика
Модулированный сигнал для системы связи 5G выводится через BB-IC на стороне передатчика. Он комбинируется с сигналом гетеродина в RF-IC на стороне передатчика для преобразования с повышением частоты до частоты миллиметрового диапазона. Затем выводится сигнал связи 5G.

Сторона приемника Переданный
сигнал объединяется с сигналом гетеродина в RF-IC на стороне приемника и преобразуется с понижением частоты. Выполняется демодуляция сигнала в BB-IC и вычисляется BER (коэффициент битовых ошибок). 

В этой системе оценки к сигнальной линии гетеродина был подключен внешний шум, и его влияние было оценено. Сравнивались чувствительности приема до и после подключения шума. Чувствительность приема до шумового соединения составляла -96,7 дБм, а чувствительность приема после шумового соединения составляла -89,5 дБм, что указывает на падение чувствительности приема на 7,2 дБ.

В этом исследовании мощность приема при BER 95% была определена как чувствительность приема. Следовательно, это показало, что шум, связанный с сигнальной линией гетеродина в смесителе и умножителе частоты, отрицательно влияет на связь.

Система оценки (моделирование SystemVue)
Внешний шум был связан с сигнальной линией гетеродина, и была оценена чувствительность приема (мощность приема при BER 95%).

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ SYSTEMVUE SIMULATION

Мурата резюмировал механизмы, при которых возникают помехи из-за шума (рисунок 5 ниже). Шум, связанный с сигнальной линией гетеродина, попадает в умножитель частоты, и возникают побочные излучения. Эти побочные излучения комбинируются с сигналами ПЧ в смесителе, а сигналы 5G и частотная полоса накладываются друг на друга. Это вызывает передачу неправильных сигналов от антенны, вызывая ошибку связи на стороне приемника.

По этой причине необходимы меры по предотвращению попадания шума в сигнальную линию гетеродина для предотвращения шумовых помех.

Результаты оценки SystemVue

Механизм
        создания шумовых помех 1. Внешний шум связан с сигнальной линией гетеродина.
        2. Шум попадает в умножитель частоты, и возникают побочные излучения.
        3. ПЧ-сигналы поступают в смеситель.
        4. Он комбинируется с сигналами ПЧ в смесителе, и сигналы и спектр 5G накладываются друг на друга.

Результат: антенна передает неправильные сигналы, и на стороне приемника возникает ошибка связи.

Необходимы меры для предотвращения передачи шума в сигнальную линию гетеродина.

МЕТОД ПОДАВЛЕНИЯ ШУМА

Из предыдущих исследований Мурата определил, что шум можно подавить, предотвратив попадание шума в сигнальную линию гетеродина. В частности, в этом методе фильтр для удаления полосы частот шума устанавливается на входной линии сигнала гетеродина микросхемы, которая генерирует миллиметровую волну (рисунок 7 ниже). Фильтр объединяет катушку индуктивности и конденсатор, и эти элементы необходимо настраивать в зависимости от целевой частоты шума.

ВЫВОД

В беспроводных схемах 5G приток высокочастотных сигналов в сигнальную линию гетеродина генерирует паразитные излучения в умножителе частоты и смесителе. Это может снизить качество сигнала, что может привести к ошибке связи.

Чтобы подавить этот шум, необходимо установить фильтр, предотвращающий попадание шума в сигнальную линию гетеродина. Соответствующая константа должна быть выбрана для этого фильтра с учетом частоты сигнала гетеродина и частоты шума.