5GHz频段的噪声问题及降噪对策

近年来，以智能手机为代表的数码设备开始配备无线局域网。部分地区引进了将5GHz频段用于LTE通信的技术（LAA/LTE-U），数据通信实现高速化，预计5GHz频段的无线通信将越来越普及。

无线局域网中2.4GHz频段仍是主流，该频段经常发生通信故障，从而影响其可用性，想必很多人对此都有同感。

那么，使用5GHz频段的无线局域网，是不发生通信故障，还是不易引起故障？

下面介绍使用5GHz频段进行通信时出现的噪声问题及其解决案例。

引人注目的5GHz频段无线通信

下面介绍2个案例，分别为通过有线接口在室内进行高速数据通信时出现的噪声问题，以及在多种无线通信环境下出现的问题。

室内各种电子设备所对应的驱动频率增高，在高频段容易产生噪声。有时会同时使用无线局域网的5GHz频段和LTE的5GHz频段，对此将在后文说明。

此时，可能存在以下问题：
1.设备之间处于连接状态时，不易连接无线局域网
2. 使用多种通信方式时，下载速度慢

下面介绍具体的噪声案例。

进行多种无线通信时产生噪声的问题

LAA、LTE-U的介绍

首先介绍进行多种无线通信的情况。

正如开头所述，作为5GHz频段的无线通信，Wi-Fi已广为人知，智能手机中使用的LTE方式也确定使用5GHz频段。

海外的部分区域和终端上已开始采用，数据通信速度将进一步提高。

使用5GHz频段的LTE被称为LAA或LTE-U技术，通过与已有LTE进行载波聚合，可实现大容量通信。此时，设想会同时使用Wi-Fi，因此LTE、LAA及Wi-Fi等3种方式的威廉希尔官方网站 处于工作状态。

此时，是否可以正常进行无线通信？

LAA通信案例

参数

进行多种通信时的接收灵敏度

这些图表示在Wi-Fi通信状态下进行LAA通信时的LAA接收灵敏度测量结果。

发现在开启Wi-Fi通信后，接收灵敏度有所下降。

进行多种通信时的接收灵敏度

接收灵敏度较差时，如果基站或接入点发出的电波强度较小，不仅无法正常通信，还将导致数据速率变慢，从而可能使用户体验不佳。

这是因为Wi-Fi和LAA使用同一频率进行通信而发生的现象，5GHz频段的电波之间发生干扰或无线威廉希尔官方网站 工作时产生的噪声也将产生影响。

以往，同一频率的无线威廉希尔官方网站 不会同时运行，因此不存在上述问题，但今后需要采取相应对策。

信号接收灵敏度下降的原因

通过系统仿真进行分析，以查明接收灵敏度下降的原因。系统仿真中各个模块的运行状态更理想，可以获得无噪声环境下的通信特性。

LAA通信案例

分析表明，与真实终端中接收灵敏度下降的情况不同，系统仿真未见变化，仅凭LAA与Wi-Fi同时通信的条件，不会导致接收灵敏度下降。

因此，怀疑各威廉希尔官方网站 运行时产生的噪声是症结所在，为此对真实终端内部的噪声进行了调查。

LTE、LAA、WiFi通信时的噪声

电源线传导噪声测量结果

上图为LTE、LAA、Wi-Fi的威廉希尔官方网站 模块简图。测量按图中右侧条件进行通信时的电源线噪声。结果显示，Wi-Fi模块电源线的谱级最高，在RFIC的电源线中也观察到了相同频谱。它与Wi-Fi通信信号的带宽一致，可以判断Wi-Fi引起的噪声通过电源线进行传导，并进入各威廉希尔官方网站 模块中。

即，噪声产生及传导的路径如下。

【噪声产生及传导的路径】

在各RF威廉希尔官方网站 电源线中发现的噪声带宽为80MHz。

Wi-Fi信号以80MHz的带宽，LTE、LAA以20MHz的带宽进行通信。

根据上述内容，噪声从Wi-Fi模块传导至电源线。

噪声进入各RF威廉希尔官方网站 中，降低接收LNA的信噪比。

最终导致接收灵敏度下降。

应对措施和改善效果

了解噪声产生和传导的路径后，插入噪声滤波器以抑制噪声的传导。插入位置在各种RF威廉希尔官方网站 的电源输入单元。

滤波器插入位置

应对措施

使用适合去除5GHz频段噪声的本公司BLF03VK系列产品。

Size　0.6x0.3 Z at 5GHz BLF03VK600SNL：60Ω BLF03VK221SNG：220Ω	BLF03VK600SNL		BLF03VK221SNG

改善效果

可以确认在抑制传导噪声的同时，改善了接收灵敏度。

在使用多种频率重叠无线方式的环境下，噪声可能从一条通信威廉希尔官方网站 传导至另一条威廉希尔官方网站 而产生不良影响，因此为电源线配置降噪滤波器，可有效去除特定频段。

进行高速差动数据通信时产生噪声的问题

进行HDMI通信时的问题

下面介绍在家庭环境下进行HDMI通信时的问题。

HDMI是将BD录像机或STB连接到电视的视频接口，使用范围广泛。此外，可将电视用作PC的Stick PC也使用该接口。最新标准公布HDMI的版本为2.1，但多数用户使用2.0或1.4版。

下表是将StickPC插入电视后进行HDMI通信时的WiFi接收灵敏度测量结果。表中，灵敏度相差将近4dB，说明HDMI威廉希尔官方网站 工作时可能产生了噪声，从而降低了接收灵敏度。

HDMI通信时的WiFi接收灵敏度

HDMI通信期间的现象调查

HDMI通信期间会发生什么？下面对其现象进行了调查。

上图为StickPC基板表面的磁场分布图。由HDMI端子、无线威廉希尔官方网站 和控制IC构成，并局限在15cm ｘ 8cm的空间中，所有威廉希尔官方网站 处于较为集中的状态。

因此，当设备内部产生噪声时，将耦合到天线等RF威廉希尔官方网站 中，从而对无线通信造成影响。

观察发现StickPC的整个基板似乎都分布有噪声，因此将电波吸收片粘贴于基板整体，确认耦合到天线的噪声水平是否变化。

结果发现噪声水平降低10dB左右，判断噪声从基板耦合到了天线。

有哪些有效措施？

以上是将电波吸收片粘贴于基板整体以确认改善效果，但如果考虑HDMI工作时产生噪声的情况，则噪声可能通过信号线进行传导。

因此，尝试在HDMI的信号和时钟线上使用降噪滤波器。滤波器分为两种，一种是共模扼流圈，另一种是π型LPF。共模扼流圈是仅去除共模噪声的滤波器，而不影响差动传输线的信号波形。

使用共模扼流圈后未见效果，而π型LPF具有降噪效果。即，本次评价的StickPC会传导差模噪声。

※    根据设备不同，可能出现共模噪声成分占主导的情况，因此有时共模扼流圈也会有效。

选择滤波器

差模噪声占主导，因此应选择对信号没有影响的滤波器，以作为静噪措施。

为了在5GHz频段上实现降噪效果，村田制作所将新开发的BLF03VK系列进行了商品化。并从中选出具有一定特性的产品。

■ 5GHz频段用铁氧体磁珠

【特征】为了区别于传统铁氧体磁珠“阻抗从低频开始增加”的特性，对材料和内部结构进行了精心设计，使其在5GHz下实现阻抗增加。

Murata Part Number	Impedance@5GHz (ohm_typ)	Rated Current (mA)	DC Resistance (max.) (ohm)
BLF03VK221SNG	220	800	0.155
BLF03VK600SNL	60	1200	0.065

在这里仅介绍5GHz频段用滤波器，此外还提供适用于2.4GHz频段或700MHz频段的滤波器。

其他系列请参看此处　⇒

噪声滤波器的使用效果

将π型滤波器换成BLF03VK后的降噪效果确认结果如下图所示。可以确认时钟的谐波成分降低了10dB左右。

黄色填充部分表示WiFi（11ac）所使用的通道，可在36ch和124ch上确认噪声。

在产生噪声的通道中，接收灵敏度显著下降，但使用新的噪声滤波器后，HDMI时钟引起的窄带噪声有所减少，接收灵敏度也得到改善。

确认信号完整性

在HDMI的数据和时钟线上插入滤波器，确认信号完整性。

HDMI1.4的信号波形

HDMI1.4预一致性测试结果表明，即便使用滤波器也不会碰到眼图波罩，可以顺利通过测试。

这是因为BLF03VK系列在低频段保持较低阻抗的特性非常有效，因此为了保证信号的完整性，今后需要仅增大要降噪频段阻抗的滤波器。

※    但实际使用时的波形因IC或安装环境而不同，因此需要确认。

总结

以上介绍了2个5GHz频段的静噪案例。

由于人们对5GHz还不够了解，因此觉得该频段不易引起噪声问题，但经过调查，发现信号系统和电源系统均有噪声问题。

即使为实现稳定的高速通信而选择了5GHz频段，如果存在噪声问题，也无法获得最好的性能。

使用上述静噪元件，可以实现低噪声环境，确保稳定的通信质量。

本次使用的系列

BLF03VK是为有效去除5GHz噪声而设计的噪声滤波器。

Size　0.6x0.3 Z at 5GHz BLF03VK600SNL：60Ω BLF03VK221SNG：220Ω

BLF03VK600SNL

BLF03VK221SNG