【導讀】近年來(lái)，以智能手機為代表的數碼設備開(kāi)始配備無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。部分地區引進(jìn)了將5GHz頻段用于LTE通信的技術(shù)（LAA/LTE-U），數據通信實(shí)現高速化，預計5GHz頻段的無(wú)線(xiàn)通信將越來(lái)越普及。
前言
近年來(lái)，以智能手機為代表的數碼設備開(kāi)始配備無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。部分地區引進(jìn)了將5GHz頻段用于LTE通信的技術(shù)（LAA/LTE-U），數據通信實(shí)現高速化，預計5GHz頻段的無(wú)線(xiàn)通信將越來(lái)越普及。
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中2.4GHz頻段仍是主流，該頻段經(jīng)常發(fā)生通信故障，從而影響其可用性，想必很多人對此都有同感。
那么，使用5GHz頻段的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，是不發(fā)生通信故障，還是不易引起故障？
下面介紹使用5GHz頻段進(jìn)行通信時(shí)出現的噪聲問(wèn)題及其解決案例。
引人注目的5GHz頻段無(wú)線(xiàn)通信
下面介紹2個(gè)案例，分別為通過(guò)有線(xiàn)接口在室內進(jìn)行高速數據通信時(shí)出現的噪聲問(wèn)題，以及在多種無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境下出現的問(wèn)題。
室內各種電子設備所對應的驅動(dòng)頻率增高，在高頻段容易產(chǎn)生噪聲。有時(shí)會(huì )同時(shí)使用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的5GHz頻段和LTE的5GHz頻段，對此將在后文說(shuō)明。
此時(shí)，可能存在以下問(wèn)題：
1.設備之間處于連接狀態(tài)時(shí)，不易連接無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)
2. 使用多種通信方式時(shí)，下載速度慢
下面介紹具體的噪聲案例。
進(jìn)行多種無(wú)線(xiàn)通信時(shí)產(chǎn)生噪聲的問(wèn)題
LAA、LTE-U的介紹
首先介紹進(jìn)行多種無(wú)線(xiàn)通信的情況。
正如開(kāi)頭所述，作為5GHz頻段的無(wú)線(xiàn)通信，Wi-Fi已廣為人知，智能手機中使用的LTE方式也確定使用5GHz頻段。
海外的部分區域和終端上已開(kāi)始采用，數據通信速度將進(jìn)一步提高。
使用5GHz頻段的LTE被稱(chēng)為L(cháng)AA或LTE-U技術(shù)，通過(guò)與已有LTE進(jìn)行載波聚合，可實(shí)現大容量通信。此時(shí)，設想會(huì )同時(shí)使用Wi-Fi，因此LTE、LAA及Wi-Fi等3種方式的電路處于工作狀態(tài)。
此時(shí)，是否可以正常進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信？
LAA通信案例
參數
進(jìn)行多種通信時(shí)的接收靈敏度
這些圖表示在Wi-Fi通信狀態(tài)下進(jìn)行LAA通信時(shí)的LAA接收靈敏度測量結果。
發(fā)現在開(kāi)啟Wi-Fi通信后，接收靈敏度有所下降。
進(jìn)行多種通信時(shí)的接收靈敏度
接收靈敏度較差時(shí)，如果基站或接入點(diǎn)發(fā)出的電波強度較小，不僅無(wú)法正常通信，還將導致數據速率變慢，從而可能使用戶(hù)體驗不佳。
這是因為Wi-Fi和LAA使用同一頻率進(jìn)行通信而發(fā)生的現象，5GHz頻段的電波之間發(fā)生干擾或無(wú)線(xiàn)電路工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲也將產(chǎn)生影響。
以往，同一頻率的無(wú)線(xiàn)電路不會(huì )同時(shí)運行，因此不存在上述問(wèn)題，但今后需要采取相應對策。
信號接收靈敏度下降的原因
通過(guò)系統仿真進(jìn)行分析，以查明接收靈敏度下降的原因。系統仿真中各個(gè)模塊的運行狀態(tài)更理想，可以獲得無(wú)噪聲環(huán)境下的通信特性。
LAA通信案例
分析表明，與真實(shí)終端中接收靈敏度下降的情況不同，系統仿真未見(jiàn)變化，僅憑LAA與Wi-Fi同時(shí)通信的條件，不會(huì )導致接收靈敏度下降。
因此，懷疑各電路運行時(shí)產(chǎn)生的噪聲是癥結所在，為此對真實(shí)終端內部的噪聲進(jìn)行了調查。
LTE、LAA、WiFi通信時(shí)的噪聲
電源線(xiàn)傳導噪聲測量結果
上圖為L(cháng)TE、LAA、Wi-Fi的電路模塊簡(jiǎn)圖。測量按圖中右側條件進(jìn)行通信時(shí)的電源線(xiàn)噪聲。結果顯示，Wi-Fi模塊電源線(xiàn)的譜級最高，在RFIC的電源線(xiàn)中也觀(guān)察到了相同頻譜。它與Wi-Fi通信信號的帶寬一致，可以判斷Wi-Fi引起的噪聲通過(guò)電源線(xiàn)進(jìn)行傳導，并進(jìn)入各電路模塊中。
即，噪聲產(chǎn)生及傳導的路徑如下。
【噪聲產(chǎn)生及傳導的路徑】
在各RF電路電源線(xiàn)中發(fā)現的噪聲帶寬為80MHz。
Wi-Fi信號以80MHz的帶寬，LTE、LAA以20MHz的帶寬進(jìn)行通信。
根據上述內容，噪聲從Wi-Fi模塊傳導至電源線(xiàn)。
噪聲進(jìn)入各RF電路中，降低接收LNA的信噪比。
最終導致接收靈敏度下降。
應對措施和改善效果
了解噪聲產(chǎn)生和傳導的路徑后，插入噪聲濾波器以抑制噪聲的傳導。插入位置在各種RF電路的電源輸入單元。
濾波器插入位置
應對措施
使用適合去除5GHz頻段噪聲的本公司BLF03VK系列產(chǎn)品。
改善效果
可以確認在抑制傳導噪聲的同時(shí)，改善了接收靈敏度。
在使用多種頻率重疊無(wú)線(xiàn)方式的環(huán)境下，噪聲可能從一條通信電路傳導至另一條電路而產(chǎn)生不良影響，因此為電源線(xiàn)配置降噪濾波器，可有效去除特定頻段。
進(jìn)行高速差動(dòng)數據通信時(shí)產(chǎn)生噪聲的問(wèn)題
進(jìn)行HDMI通信時(shí)的問(wèn)題
下面介紹在家庭環(huán)境下進(jìn)行HDMI通信時(shí)的問(wèn)題。
HDMI是將BD錄像機或STB連接到電視的視頻接口，使用范圍廣泛。此外，可將電視用作PC的Stick PC也使用該接口。最新標準公布HDMI的版本為2.1，但多數用戶(hù)使用2.0或1.4版。
下表是將StickPC插入電視后進(jìn)行HDMI通信時(shí)的WiFi接收靈敏度測量結果。表中，靈敏度相差將近4dB，說(shuō)明HDMI電路工作時(shí)可能產(chǎn)生了噪聲，從而降低了接收靈敏度。
HDMI通信時(shí)的WiFi接收靈敏度
HDMI通信期間的現象調查
HDMI通信期間會(huì )發(fā)生什么？下面對其現象進(jìn)行了調查。
上圖為StickPC基板表面的磁場(chǎng)分布圖。由HDMI端子、無(wú)線(xiàn)電路和控制IC構成，并局限在15cm ｘ 8cm的空間中，所有電路處于較為集中的狀態(tài)。
因此，當設備內部產(chǎn)生噪聲時(shí)，將耦合到天線(xiàn)等RF電路中，從而對無(wú)線(xiàn)通信造成影響。
觀(guān)察發(fā)現StickPC的整個(gè)基板似乎都分布有噪聲，因此將電波吸收片粘貼于基板整體，確認耦合到天線(xiàn)的噪聲水平是否變化。
結果發(fā)現噪聲水平降低10dB左右，判斷噪聲從基板耦合到了天線(xiàn)。
有哪些有效措施？
以上是將電波吸收片粘貼于基板整體以確認改善效果，但如果考慮HDMI工作時(shí)產(chǎn)生噪聲的情況，則噪聲可能通過(guò)信號線(xiàn)進(jìn)行傳導。
因此，嘗試在HDMI的信號和時(shí)鐘線(xiàn)上使用降噪濾波器。濾波器分為兩種，一種是共模扼流圈，另一種是π型LPF。共模扼流圈是僅去除共模噪聲的濾波器，而不影響差動(dòng)傳輸線(xiàn)的信號波形。
使用共模扼流圈后未見(jiàn)效果，而π型LPF具有降噪效果。即，本次評價(jià)的StickPC會(huì )傳導差模噪聲。
※ 根據設備不同，可能出現共模噪聲成分占主導的情況，因此有時(shí)共模扼流圈也會(huì )有效。
選擇濾波器
差模噪聲占主導，因此應選擇對信號沒(méi)有影響的濾波器，以作為靜噪措施。
為了在5GHz頻段上實(shí)現降噪效果，村田制作所將新開(kāi)發(fā)的BLF03VK系列進(jìn)行了商品化。并從中選出具有一定特性的產(chǎn)品。
■ 5GHz頻段用鐵氧體磁珠
【特征】為了區別于傳統鐵氧體磁珠“阻抗從低頻開(kāi)始增加”的特性，對材料和內部結構進(jìn)行了精心設計，使其在5GHz下實(shí)現阻抗增加。
在這里僅介紹5GHz頻段用濾波器，此外還提供適用于2.4GHz頻段或700MHz頻段的濾波器。
其他系列請參看此處 ⇒
噪聲濾波器的使用效果
將π型濾波器換成BLF03VK后的降噪效果確認結果如下圖所示?？梢源_認時(shí)鐘的諧波成分降低了10dB左右。
黃色填充部分表示W(wǎng)iFi（11ac）所使用的通道，可在36ch和124ch上確認噪聲。
在產(chǎn)生噪聲的通道中，接收靈敏度顯著(zhù)下降，但使用新的噪聲濾波器后，HDMI時(shí)鐘引起的窄帶噪聲有所減少，接收靈敏度也得到改善。
確認信號完整性
在HDMI的數據和時(shí)鐘線(xiàn)上插入濾波器，確認信號完整性。
HDMI1.4的信號波形
HDMI1.4預一致性測試結果表明，即便使用濾波器也不會(huì )碰到眼圖波罩，可以順利通過(guò)測試。
這是因為BLF03VK系列在低頻段保持較低阻抗的特性非常有效，因此為了保證信號的完整性，今后需要僅增大要降噪頻段阻抗的濾波器。
※ 但實(shí)際使用時(shí)的波形因IC或安裝環(huán)境而不同，因此需要確認。
總結
以上介紹了2個(gè)5GHz頻段的靜噪案例。
由于人們對5GHz還不夠了解，因此覺(jué)得該頻段不易引起噪聲問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)調查，發(fā)現信號系統和電源系統均有噪聲問(wèn)題。
即使為實(shí)現穩定的高速通信而選擇了5GHz頻段，如果存在噪聲問(wèn)題，也無(wú)法獲得最好的性能。
使用上述靜噪元件，可以實(shí)現低噪聲環(huán)境，確保穩定的通信質(zhì)量。
本次使用的系列
BLF03VK是為有效去除5GHz噪聲而設計的噪聲濾波器。
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