Murata Problèmes de bruit/Suppression du bruit dans la bande de 5 GHz

Communication sans fil dans la bande 5 GHz

Murata a examiné le cas des problèmes de bruit qui se produisent lorsque la communication de données à haute vitesse est effectuée à l'intérieur à l'aide d'une interface filaire, ainsi que le cas des problèmes de bruit qui se produisent dans des environnements avec plusieurs communications sans fil.

Des fréquences d'entraînement plus élevées sont prises en charge par des appareils électroniques individuels à l'intérieur, et l'apparition de bruit à hautes fréquences suscite des inquiétudes. Il y a également eu des cas où la bande LAN sans fil 5 GHz et la bande LTE 5 GHz sont utilisées simultanément.

Voici quelques-uns des problèmes auxquels l'on peut s'attendre lorsque cela se produit :
        •  Problème où il est difficile de se connecter au réseau local sans fil lorsque les appareils sont connectés les uns aux autres
        •  Problème de ralentissement des téléchargements lorsque plusieurs systèmes de communication sont utilisés

Murata a examiné quelques cas spécifiques où le bruit se produit.

Bruit et communications sans fil multiples

Présentation de LAA/LTE-U
Tout d'abord, Murata présente le cas des communications sans fil multiples. Bien que Murata connaisse bien le Wi-Fi® pour les communications sans fil utilisant la bande 5 GHz, l'utilisation de la bande 5 GHz a également été déterminée pour le système LTE, qui est utilisé dans les smartphones. Le LTE utilisant la bande 5 GHz est appelé LAA ou LTE-U, et c'est une technologie qui permet une communication à haut volume via le LTE et l'agrégation de porteuses existants. Lorsque cela est effectué, une utilisation simultanée avec le Wi-Fi est également attendue, ce qui signifie que les circuits des trois systèmes LTE, LAA et Wi-Fi fonctionnent tous. Murata examine si la communication sans fil peut être effectuée sans aucun problème dans cette situation.

Sensibilité de réception et communications multiples

Le diagramme de sensibilité de réception (Figure 1 ci-dessous) montre les résultats de mesure de la sensibilité de réception LAA lorsque la communication LAA est lancée alors que la communication Wi-Fi est déjà en cours d'exécution. Murata a déterminé que la sensibilité de réception était réduite lorsque la communication Wi-Fi était activée.

Lorsque la sensibilité de réception est réduite (Figure 2, ci-dessous), si l'intensité du signal de la base ou du point d'accès est faible, la communication ne peut pas être effectuée correctement. Cela signifie que le débit de données sera ralenti, ce qui pourrait être stressant pour certains utilisateurs. Ce problème se produit parce que le Wi-Fi et le LAA communiquent en utilisant la même fréquence, et cela est dû à l'effet du bruit généré lorsque les signaux dans la bande 5 GHz interfèrent les uns avec les autres ou que les circuits sans fil fonctionnent. Auparavant, aucun circuit sans fil à la même fréquence ne fonctionnait simultanément.

Causes de la sensibilité de réception réduite

Pour confirmer les causes de la réduction de la sensibilité de réception, Murata a procédé à un examen à l'aide d'une simulation de système. Dans cette simulation, les caractéristiques de communication sont obtenues pour un environnement où aucun bruit ne se produit car chaque bloc fonctionne dans l'état idéal.

Les résultats montrent que, bien que la sensibilité de réception ait été réduite dans les dispositifs réels, cette modification n'a pas été observée dans la simulation. Cela indique que la réduction de la sensibilité de réception ne se produit pas simplement en raison de la communication simultanée par LAA et Wi-Fi. Murata a supposé que la cause était le bruit qui se produit lorsque chaque circuit fonctionne, alors Murata a mené une étude de bruit à l'intérieur d'un dispositif réel.

Bruit survenant pendant les communications LTE, LAA et Wi-Fi

Résultats de mesure du bruit conducteur sur les lignes électriques

Le schéma (Figure 3 ci-dessus) montre les blocs de circuits LTE, LAA et Wi-Fi. Des mesures ont été effectuées sur le bruit de la ligne d'alimentation lorsque la communication a été effectuée dans les conditions indiquées à droite. Les résultats montrent que la ligne d'alimentation du module Wi-Fi a le niveau le plus élevé du spectre, et le même spectre a été observé pour la ligne d'alimentation du RFIC. Cela correspond à la bande passante du signal de communication Wi-Fi, ce qui suggère que le bruit provenant du Wi-Fi est transmis à la ligne d'alimentation et circule dans les blocs de circuit.

Murata résume les points concernant la génération de bruit et le chemin conducteur:
•Le bruit qui a été vérifié dans la ligne d'alimentation des circuits RF a une bande passante de 80 MHz.
•La communication est effectuée à une bande passante de 80 MHz pour les signaux Wi-Fi et à une bande passante de 20 MHz pour LTE et LAA.
•À partir des points ci-dessus, le bruit sort du module Wi-Fi et s'écoule vers la ligne d'alimentation.
•Le bruit circule dans les circuits RF, ce qui réduit le rapport signal/bruit (S/N) du LNA récepteur.
•En fin de compte, cela réduit la sensibilité de réception.

Filtre de suppression du bruit

Comme Murata a découvert la génération de bruit et le chemin conducteur, ils ont inséré un filtre de bruit pour réduire la conduction du bruit. Le filtre de bruit a été inséré dans l'unité d'entrée d'alimentation des circuits RF.

Méthode de suppression du bruit et résultats d'amélioration

La série Murata BLF03VK pour la réduction du bruit dans la bande 5 GHz a été utilisée pour le filtre de bruit. Murata confirme que la sensibilité de réception est améliorée lorsque le bruit conducteur est réduit.

Dans les environnements utilisant plusieurs systèmes sans fil où les fréquences se chevauchent, le bruit peut être conduit d'un circuit de communication à un autre et l'affecter négativement. Une contre-mesure efficace consiste à placer un filtre de suppression du bruit, capable de supprimer la bande de fréquence spécifique, dans la ligne d'alimentation.

Bruit et communication de données différentielle à haut débit

Problèmes lors de l'exécution d'une communication HDM
. Murata a également présenté des problèmes qui se produisent lors de l'exécution d'une communication HDMI dans un environnement domestique. L'interface HDMI est largement utilisé comme interface de système vidéo pour connecter des enregistreurs BD, des décodeurs et des téléviseurs. Elle est également utilisés comme interface PC Stick pour convertir les téléviseurs en PC. Dans la dernière norme, la version HDMI 2.1 a été annoncée, mais de nombreux utilisateurs utilisent probablement les versions 2.0 ou 1.4.

Le tableau (Figure 4, ci-dessous) montre les résultats lorsqu'un stick PC a été inséré dans un téléviseur et que la sensibilité de réception Wi-Fi a été mesurée pendant la communication HDMI. Comme indiqué dans le tableau, la sensibilité a été réduite d'un peu moins de 4 dB et du bruit s'est produit en conjonction avec le fonctionnement du circuit HDMI, ce qui a entraîné une sensibilité de réception réduite.

Tableau de sensibilité de réception Wi-Fi pendant la communication HDMI

Étude des signaux pendant la communication HDMI

La question suivante est : que se passe-t-il lors de la communication HDMI ? Murata a étudié l'état du signal.

Ce diagramme de stick PC (Figure 5, ci-dessous) montre une cartographie de la distribution du champ magnétique pour la surface PCB du stick PC mentionné précédemment. Il est constitué d'un connecteur HDMI, d'un circuit sans fil et d' un circuit intégré de contrôle. Comme il est  contenu dans un boîtier d'environ 15 cm x 8 cm, tous les circuits sont à proximité immédiate.

En conséquence, si du bruit se produit à l'intérieur de l'appareil, il est couplé à l'antenne et à d'autres circuits RF et perturbe facilement la communication sans fil. Dans ce stick PC, il apparaît que le bruit est réparti sur tout le PCB (carte de circuit imprimé), donc Murata a apposé une feuille absorbant les ondes électromagnétiques sur tout le PCB et a vérifié si le niveau de bruit couplé à l'antenne avait changé.

Le niveau de bruit a chuté d'environ 10 dB, indiquant que le bruit était couplé du PCB à l'antenne.

Remèdes efficaces possibles

Lorsque Murata a supposé que du bruit était généré lorsque le HDMI était en cours d'exécution, ils ont également estimé qu'un bruit était conduit dans la ligne de signal.

Murata a décidé d'essayer d'utiliser des filtres de réduction de bruit pour le signal HDMI et les lignes d'horloge. Deux types de filtres ont été utilisés : bobine d'arrêt en mode commun et filtre passe-bas Pi (LPF). Une bobine d'arrêt en mode commun est un filtre efficace pour éliminer uniquement le bruit en mode commun, sans affecter la forme d'onde du signal de la ligne de transmission différentielle.

Bien qu'aucun effet n'ait été observé en utilisant la bobine d'arrêt en mode commun, le LPF Pi a réduit efficacement le bruit. Cela indique qu'un bruit de mode différentiel est conduit dans le stick PC. (Remarque : la composante de bruit en mode commun peut être dominante pour certains appareils cibles, une bobine d'arrêt en mode commun peut donc être efficace dans certains cas.)

Sélection de filtres

Comme le bruit du mode différentiel était dominant, Murata a dû sélectionner un filtre qui réduirait le bruit sans affecter le signal.

Murata a donc développé une nouvelle série de produits BLF03VK qui offre une réduction efficace du bruit dans la bande 5 GHz. Murata a sélectionné un article présentant ces caractéristiques dans cette série de produits.

Perles de ferrite pour la bande 5 GHz
Caractéristiques : Perles de ferrite pour la bande de 5 GHz{1}Caractéristiques : au lieu que l'impédance augmente à partir des basses fréquences comme les perles de ferrite conventionnelles, le matériau et la structure interne ont été conçus de sorte que l'impédance augmente à 5 GHz.

L'aperçu du filtre de sélection (Figure 6 ci-dessous) examine le filtre pour la bande 5 GHz uniquement, mais la gamme de produits de Murata comprend également des filtres pour les bandes 2,4 GHz et 700 MHz.

Effets des remèdes utilisant des filtres de bruit

Le diagramme de la figure 7 ci-dessous montre les résultats lorsque le filtre Pi a été remplacé par le BLF03VK, et les effets de réduction du bruit ont été vérifiés. Il a été confirmé que la composante haute fréquence de l'horloge était réduite d'environ 10 dB.

La zone en jaune indique les canaux utilisés par le Wi-Fi (11ac) et le bruit peut être vu dans les canaux 36 et 124. Cela a entraîné une réduction particulièrement importante de la sensibilité de réception dans les canaux où du bruit se produisait. Mais en appliquant la suppression du bruit à l'aide du nouveau filtre de bruit, le bruit à bande étroite provenant de l'horloge HDMI a été réduit pour permettre une meilleure sensibilité de réception.

Contrôle de la qualité du signal

Comme le filtre a été inséré dans les lignes de données et d'horloge HDMI, la qualité du signal a été vérifiée. (Figure 8 ci-dessous)

Forme d'onde du signal HDMI 1.4
Les résultats du test de pré-conformité HDMI 1.4 effectué montrent que le test a été réussi sans toucher le masque oculaire, même lorsqu'un filtre a été utilisé. Cela est dû en partie à la faible impédance dans la bande basse fréquence de la série BLF03VK. Le besoin devrait augmenter pour des filtres dans lesquels l'impédance n'augmente que dans des bandes spécifiques et où le bruit sera supprimé pour garantir la qualité du signal. (Remarque : la forme d'onde lorsque le filtre est réellement utilisé varie en fonction du circuit intégré et de l'environnement défini, une vérification est donc nécessaire.)

Récapitulatif

Murata a présenté deux exemples de remèdes pour réduire le bruit dans la bande 5 GHz.

Auparavant, la fréquence 5 GHz n'était pas couramment utilisée, de sorte que les utilisateurs auraient pu penser que les problèmes de bruit étaient peu susceptibles de se produire. Mais lorsque Murata a réellement examiné le bruit, ils ont constaté que du bruit se produisait à la fois dans les systèmes de signal et d'alimentation.

Même si la bande 5 GHz est sélectionnée pour fournir une communication stable et à haut débit, les performances maximales ne peuvent pas être atteintes en cas de bruit. Les produits de suppression du bruit de Murata peuvent être utilisés pour créer un environnement à faible bruit, assurant une qualité de communication stable.

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