Murata Occurrence du bruit et mesures de suppression dans la 5G

L'effet des communications sans fil existantes sur la communication 5G reste incertain.

Problèmes de bruit attendus

Les environnements de communication 5G ne devraient pas être utilisés exclusivement mais plutôt ajoutés aux environnements de communication existants. Dans ces environnements, les émissions parasites générées à l'intérieur des appareils en raison de la communication sans fil existante peuvent se connecter aux circuits sans fil 5G, provoquant des interférences de communication.

Les appareils 5G réels ont commencé à apparaître sur le marché, mais comme l'évaluation à l'aide d'appareils réels prend du temps, Murata a envisagé un système dans lequel un circuit à ondes millimétriques (Figure 1, ci-dessous) a été ajouté à un circuit de communication 5G. Murata a ensuite utilisé des cartes de test de multiplicateur de fréquence et de mélangeur installées dans le circuit pour évaluer l'effet lorsque le bruit externe se connecte à une ligne de signal requise pour le fonctionnement. Dans l'étude, les rayonnements non essentiels sont définis comme des signaux excédentaires autres que les signaux de communication eux-mêmes. Ils comprennent des signaux de communication provenant d'autres harmoniques de communication et d'ordre élevé.

Murata s'est concentré sur le multiplicateur de fréquence et le mélangeur pour déterminer quand le bruit externe se connecte à une ligne de signal.

Étude des signaux

Afin de discerner les circonstances dans lesquelles les circuits à ondes millimétriques sont couplés au bruit externe, ce phénomène a été examiné à l'aide du système d'évaluation illustré à la Figure 2 (ci-dessous). Le bruit externe est couplé au coupleur directionnel dans la direction LO du substrat, dans lequel le mélangeur est utilisé pour coupler les signaux LO et IF. La fréquence 20 GHz/15 dBm est entrée dans la ligne de signal LO et la fréquence 3,5 GHz/0 dBm dans la ligne de signal FI. Le bruit externe avec une fréquence similaire à celle du signal LO à 19,8 GHz et une fréquence de 19,5 GHz est entré à une puissance de 0 dBm.

Système d'évaluation
L'effet lorsque le bruit externe était connecté au signal LO a été évalué.

Résultat de l'évaluation

Lorsque des bruits externes à 19,5 GHz et 19,8 GHz ont été connectés, Murata a découvert qu'en plus de la sortie de 23,5 GHz attendue du mélangeur, des émissions parasites pour la différence entre la fréquence du signal LO et la fréquence du bruit étaient générées (Figure 3, ci-dessous). De la même manière, la génération d'émissions parasites a également été confirmée dans le multiplicateur de fréquence.

Résultats de l'évaluation (bruit externe : 19,8 GHz, 19,5 GHz)
La connexion au bruit externe a entraîné des émissions parasites.
Remarque : pour évaluer si ces émissions parasites affectent réellement la communication, Murata a vérifié en utilisant le simulateur de communication SystemVue® de Keysight.

Évaluation de l'effet des signaux générés

Les simulations SystemVue ont utilisé des simplifications du modèle réel, comme le montre la figure 4 (ci-dessous).

Côté émetteur
Un signal modulé pour le système de communication 5G est émis par le BB-IC du côté émetteur. Ceci est combiné avec le signal LO dans le RF-IC côté émetteur pour effectuer une conversion ascendante en une fréquence d'ondes millimétriques. Le signal de communication 5G est alors émis.

Côté récepteur
Le signal transmis est combiné avec le signal LO dans le RF-IC côté récepteur et abaissé. La démodulation du signal dans le BB-IC est effectuée et le BER (taux d'erreur binaire) est calculé. 

Le bruit externe a été connecté à la ligne de signal LO dans ce système d'évaluation, et son effet a été évalué.Les sensibilités de réception avant et après la connexion du bruit ont été comparées. La sensibilité de réception avant connexion au bruit était de -96,7 dBm et la sensibilité de réception après connexion au bruit était de -89,5 dBm, indiquant une baisse de la sensibilité de réception de 7,2 dB.

Dans cette étude, la puissance de réception à un BER de 95 % a été définie comme la sensibilité de réception. Par conséquent, cela a montré que le bruit de connexion à la ligne de signal LO dans le mélangeur et le multiplicateur de fréquence affectait négativement la communication.

Système d'évaluation (simulation SystemVue)
Le bruit externe a été connecté à la ligne de signal LO et la sensibilité de réception (puissance de réception à BER 95 %) a été évaluée.

Résultats de l'évaluation de la simulation SystemVue

Murata a résumé les mécanismes où les interférences se sont produites en raison du bruit (Figure 5, ci-dessous). Le bruit connecté à la ligne de signal LO entre dans le multiplicateur de fréquence et des émissions parasites sont générées. Ces émissions parasites sont combinées avec des signaux FI au niveau du mélangeur, et les signaux 5G et la bande de fréquences sont superposés. Cela provoque la transmission de signaux incorrects à partir de l'antenne, provoquant une erreur de communication du côté récepteur.

Pour cette raison, des mesures pour empêcher l'entrée de bruit dans la ligne de signal LO sont nécessaires pour empêcher les interférences de bruit.

Résultats de l'évaluation SystemVue

Mécanisme de génération d'interférences sonores

1. Le bruit externe est connecté à la ligne de signal LO.
2. Le bruit pénètre dans le multiplicateur de fréquence et des émissions parasites sont générées.
3. Les signaux FI entrent dans le mélangeur.
4. Cela se combine avec les signaux FI au mélangeur, et les signaux et le spectre 5G sont superposés.

Résultat : des signaux incorrects sont transmis par l'antenne et une erreur de communication se produit du côté du récepteur.

Des mesures sont nécessaires pour empêcher la transmission de bruit à la ligne de signal LO.

Méthode de suppression du bruit

À partir d'études précédentes, Murata a déterminé que le bruit pouvait être supprimé en empêchant l'entrée de bruit vers la ligne de signal LO. Plus précisément, dans cette méthode, un filtre pour supprimer la bande de fréquences de bruit est installé dans la ligne d'entrée de signal LO du circuit intégré qui génère l'onde millimétrique (Figure 7, ci-dessous). Le filtre combine un inducteur et un condensateur, et ces éléments doivent être réglés en fonction de la fréquence de bruit cible.

Conclusion

Dans les circuits sans fil 5G, l'entrée de signaux haute fréquence sur la ligne de signal LO génère des émissions parasites dans le multiplicateur de fréquence et le mélangeur. Cela peut réduire la qualité du signal, entraînant potentiellement une erreur de communication.

Pour supprimer ce bruit, un filtre qui empêche l'entrée de bruit sur la ligne de signal LO doit être installé. La constante appropriée doit être choisie pour ce filtre en tenant compte de la fréquence de signal LO et de la fréquence de bruit.

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