基于5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾控制方法研究

束美其　楊云峰

摘 要： 為了提高5G系統(tǒng)與WLAN多重通信系統(tǒng)的共存電源利用率，研究該系統(tǒng)的共存電源干擾控制方法， 設(shè)計一種基于共存電源相關(guān)域檢測的自干擾控制電路。詳細描述了電路中的抵消鏈路、檢測電路、自動參考電平控制以及實時調(diào)整算法的設(shè)計過程，基于自干擾控制電路模塊，提出5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾控制方案，實現(xiàn)共存電源干擾的有效控制。實驗結(jié)果說明，所提控制方法對共存電源干擾抑制度滿足設(shè)計要求，在高于50 MHz帶寬時對發(fā)射信號的抑制度高于50 dB。

關(guān)鍵詞： 5G系統(tǒng)； WLAN； 共存電源； 干擾控制

中圖分類號： TN86?34； TM132 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）16?0183?04

Abstract： In order to improve the coexistence power utilization efficiency of the 5G system and WLAN multi?communication system and obtain the coexistence power interference control method， a self?interference control circuit is designed based on coexistence power related domain detection. The design process of offset link， detection circuit， automatic reference level control and real?time adjustment algorithm is described. Based on the self?interference control circuit module， the coexistence power interference control scheme based on 5G system and WLAN is proposed to realize the effective control of coexistence power interference. Experimental results indicate that the proposed control method of coexistence power interference suppression meets the design requirement； that is， the suppression degree of transmitted signals is higher than 50 dB when the bandwidth is over 50 MHz.

Keywords： 5G system； WLAN； coexistence power supply； interference control

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，基于5G系統(tǒng)與WLAN的多重通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴張，在某空間領(lǐng)域、頻率范圍以及時間區(qū)間中形成較多的信號干擾，干擾共存電源的利用率，導致系統(tǒng)通信質(zhì)量降低。因此，對5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾控制方法進行研究，具有重要的應(yīng)用意義[1]。

1 基于5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾控制方法

為了提高5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源利用率，設(shè)計一種基于共存電源相關(guān)域檢測的自干擾控制電路，實現(xiàn)共存電源干擾的有效控制，其具體設(shè)計過程如下：

1.1 自干擾抵消鏈路設(shè)計

基于5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾控制系統(tǒng)，其共存電源干擾來自系統(tǒng)的發(fā)射端。對電源干擾信號進行幅度以及相位修正，可在接收端與接收信號進行融合。對電源干擾信號進行合理的幅度以及相位控制，可確保抵消電源信號同自干擾信號等幅反相[2]，對自干擾信號進行過濾。設(shè)計的自干擾控制電路中的自干擾抵消鏈路結(jié)構(gòu)，如圖1所示。設(shè)置運行頻段為[2.5 GHz，2.8 GHz]，發(fā)射天線和接收天線的響應(yīng)在-2 dB，設(shè)置電源干擾控制鏈路的增益區(qū)域為[0，20 dB]。自干擾抵消鏈路采用耦合值是25 dB的耦合器將發(fā)射信號從發(fā)射通道中采集出，在接收端通過耦合器注入抵消信號。設(shè)置接收端用于功率合成的耦合器的耦合值高于-2 dBW，可確保抵消信號的放大器輸出功率低于發(fā)射通道的功率[3]。通過3 dB功分器將一半信號當成檢測電路的參考電源信號，一半形成抵消信號，接收端通過耦合度是15 dB的耦合器采集信號。在輸出端采用15 dB的耦合器，則要求實施抵消操作的驅(qū)動放大器輸出功率高于15 dB，采用0.5 W的功率放大器ADL5324，并對其進行匹配調(diào)控。共存電源干擾抵消鏈路中的AD8341矢量調(diào)制器在基帶IQ電壓控制下存在30 dB的增益控制范圍[4]，為了確保鏈路實現(xiàn)預(yù)期的增益控制范圍，在鏈路中采用Gali?59+射頻放大器，總體抵消電路的增益范圍是-50～-15.5 dB，滿足預(yù)期的設(shè)計要求。

1.2 共存電源相關(guān)檢測電路設(shè)計

共存電源干擾控制電路需要檢測抵消結(jié)果，對電源干擾控制過程進行改進。電路應(yīng)基于環(huán)境的變換情況，對抵消進行實時修正，修正目標是最大可能從接收電源信號中過濾發(fā)射的電源自干擾信號。設(shè)計了共存電源域相關(guān)檢測電路見圖2。其通過18 dB的耦合器將抵消后的電源信號從接收端提取出，采用一級放大器ADL5602對電源信號進行放大，設(shè)置放大器的增益為20 dB，輸入/輸出回波損耗高于22 dB。通過放大處理的電源信號同參考電源信號實施正交混頻，通過低通濾波器去掉其中的高頻部分，采用運算放大器放大信號，輸出檢測電源信號。

1.3 參考電源信號自動電平控制電路設(shè)計endprint

5G系統(tǒng)與WLAN的多重通信系統(tǒng)的發(fā)射功率是變化的，形成的參考電源信號也是變換的共存電源干擾控制電路應(yīng)將參考電源信號調(diào)制在特定的功率區(qū)間[5]，設(shè)計自動電平控制電路，將參考電源信號功率控制在-2 dBm當成檢測電路的參考輸入信號[6]，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。該電路包括可變增益控制模塊、功率檢測模塊以及反饋管理環(huán)路?？勺冊鲆婺K采用射頻乘法部件，功率檢測模塊采用檢波器，反饋管理環(huán)路采用模擬環(huán)路和數(shù)字控制環(huán)路進行控制。

該設(shè)計通過模擬反饋電路，使用耦合器采集參考電源信號，功率檢測模塊通過對數(shù)檢波器AD83I3檢測參考電源信號的輸出功率，采用UC3855B誤差放大器對檢測功率和參考電平實施誤差積分，驅(qū)動射頻乘法部件完成增益控制?？勺冊鲆婵刂颇K采用射頻乘法部件修正電源信號幅度，并且確保電源信號相位的穩(wěn)定。

1.4 實時調(diào)整算法

共存電源干擾控制電路中的發(fā)射信號通過發(fā)射通道進入發(fā)射天線，從耦合器中采集部分發(fā)射信號。將這些發(fā)射信號分割成兩部分：一部分通過自動電平控制電路進行相關(guān)檢測的參考電源信號將輸入檢測電路；另一部分信號通過抵消鏈路進行幅度以及相位修正[7]，在接收端對電源信號自干擾進行抵消處理?？刂茊卧凑諜z測結(jié)果及時修正抵消鏈路。共存電源干擾控制的實時修正過程是干擾抵消的調(diào)制過程，也是一種自適應(yīng)濾波過程，共存電源干擾控制電路簡化系統(tǒng)模型，如圖4所示，其中[s1（t）]是發(fā)射信號，[s2（t）]是接收端信號，抵消后的電源信號[e（t）]為：

共存電源自干擾控制的自主修正過程是按照信號[e（t）]運算出最佳的權(quán)重系數(shù)[I+jQ]的過程。按照自適應(yīng)濾波原理，采用LMS算法完成共存電源自干擾抵消的自動增益調(diào)控[8]，其通過多次迭代運算對加權(quán)系數(shù)進行調(diào)整，確保電源自干擾抵消控制達到最佳效果。

1.5 共存電源干擾控制方案設(shè)計

基于5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾抵消在多通信系統(tǒng)中，接收端不僅存在自身電源通道的干擾，還受到其他電源通道的干擾[9]。因此，采用共存電源相關(guān)檢測的自干擾檢測方法，解決無價值電源信號的干擾，將共存電源干擾控制電路設(shè)計成獨立運行的模塊，將多個控制電路進行級聯(lián)，實現(xiàn)5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾的抵消。

本文對于5G系統(tǒng)與WLAN共存電源干擾抵消，采用3個共存電源干擾控制電路進行連接，控制電路1同發(fā)射天線1和接收天線1相連，控制電路3同發(fā)射天線2和接收天線2相連，控制電路1，3抵消自身的電源自干擾，控制電路2抵消其他發(fā)射天線的電源干擾。

2 實驗分析

為了檢測本文設(shè)計共存電源干擾控制方法在5G系統(tǒng)與WLAN環(huán)境下的控制效果，采用單模塊級聯(lián)方法完成多系統(tǒng)下共存電源干擾控制。

實驗在通道1和通道2采用無關(guān)的發(fā)送信號，通道1采用SMBV100A形成中心頻率是2.46 GHz，功率是30 dBm的通道帶寬是30 MHz的LTE信號，使用帶寬是19.126 MHz。通道2采用E4428C形成中心頻率是2.46 GHz，功率是30 dBm的符號速率是30 MS/s的QAM16信號，分別檢測共存電源干擾控制電路對應(yīng)兩個發(fā)射信號的抵消結(jié)果[10]。實驗設(shè)置發(fā)射信號的最低抑制度為50 dB。發(fā)射通道1和通道2同時發(fā)射信號，檢測共存電源干擾控制電路的總抵消結(jié)果。設(shè)置通道1和通道2的發(fā)射信號頻譜如圖5所示。

圖6是對發(fā)射通道1和2的LTE信號以及QAM16信號的抵消結(jié)果，能夠看出采用本文提出的共存電源干擾抵消方法進行控制后，對于30 dBm的發(fā)射信號，接收端的自干擾信號信號功率約為-38.9 dBm，共存電源干擾控制電路對于發(fā)射信號的抑制度為62 dB，符合實驗要求，說明本文設(shè)計的共存電源干擾控制方法的有效性。當兩個發(fā)射通道同時發(fā)射信號時，總體抵消結(jié)果如圖7所示，可以看出抵消后的功率約為-32.8 dBm，

兩個發(fā)射通道的總功率是25 dBm，可獲取共存電源干擾控制電路對于發(fā)射信號的抑制度為56 dB，符合設(shè)置的需求。抵消帶寬是共存電源干擾控制電路的另一個指標，當前的混合通信系統(tǒng)采用寬度的調(diào)制手段對信道進行控制。因此設(shè)計的共存電源干擾控制電路應(yīng)盡可能寬地抵消帶寬，為5G系統(tǒng)與WLAN混合通信系統(tǒng)提供服務(wù)。實驗通過Agilent的矢量網(wǎng)絡(luò)分析部件N5260A檢測本文設(shè)計的共存電源干擾控制電路的抵消帶寬，結(jié)果如圖8所示。

從圖8中可以看出，本文設(shè)計的共存電源干擾控制電路在高于50 MHz帶寬時，對發(fā)射信號的抑制度高于50 dB，符合設(shè)計要求。

3 結(jié) 論

本文設(shè)計了5G系統(tǒng)與WLAN的共存電源干擾控制電路，詳細描述了抵消鏈路、檢測電路、自動參考電平控制以及實時調(diào)整算法的設(shè)計過程，并給出了5G系統(tǒng)與WLAN混合通信系統(tǒng)下的共存電源干擾抵消方案，實現(xiàn)了共存電源干擾的有效控制。

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