基于5G系統與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系統與WLAN多重通信系統的共存電源利用率，研究該系統的共存電源干擾控制方法， 設計一種基于共存電源相關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整算法的設計過程，基于自干擾控制電路模塊，提出5G系統與WLAN的共存電源干擾控制方案，實現共存電源干擾的有效控制。實驗結果說明，所提控制方法對共存電源干擾抑制度滿足設計要求，在高于50 MHz帶寬時對發射信號的抑制度高于50 dB。

關鍵詞： 5G系統； 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

隨著通信技術的快速發展，基于5G系統與WLAN的多重通信系統的應用領域逐漸擴張，在某空間領域、頻率范圍以及時間區間中形成較多的信號干擾，干擾共存電源的利用率，導致系統通信質量降低。因此，對5G系統與WLAN的共存電源干擾控制方法進行研究，具有重要的應用意義[1]。

1 基于5G系統與WLAN的共存電源干擾控制方法

為了提高5G系統與WLAN的共存電源利用率，設計一種基于共存電源相關域檢測的自干擾控制電路，實現共存電源干擾的有效控制，其具體設計過程如下：

1.1 自干擾抵消鏈路設計

基于5G系統與WLAN的共存電源干擾控制系統，其共存電源干擾來自系統的發射端。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。設計的自干擾控制電路中的自干擾抵消鏈路結構，如圖1所示。設置運行頻段為[2.5 GHz，2.8 GHz]，發射天線和接收天線的響應在-2 dB，設置電源干擾控制鏈路的增益區域為[0，20 dB]。自干擾抵消鏈路采用耦合值是25 dB的耦合器將發射信號從發射通道中采集出，在接收端通過耦合器注入抵消信號。設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，并對其進行匹配調控。共存電源干擾抵消鏈路中的AD8341矢量調制器在基帶IQ電壓控制下存在30 dB的增益控制范圍[4]，為了確保鏈路實現預期的增益控制范圍，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，滿足預期的設計要求。

1.2 共存電源相關檢測電路設計

共存電源干擾控制電路需要檢測抵消結果，對電源干擾控制過程進行改進。電路應基于環境的變換情況，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射的電源自干擾信號。設計了共存電源域相關檢測電路見圖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計endprint

5G系統與WLAN的多重通信系統的發射功率是變化的，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將參考電源信號調制在特定的功率區間[5]，設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]，其結構圖如圖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路。可變增益模塊采用射頻乘法部件，功率檢測模塊采用檢波器，反饋管理環路采用模擬環路和數字控制環路進行控制。

該設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，驅動射頻乘法部件完成增益控制。可變增益控制模塊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定。

1.4 實時調整算法

共存電源干擾控制電路中的發射信號通過發射通道進入發射天線，從耦合器中采集部分發射信號。將這些發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。控制單元按照檢測結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制過程，也是一種自適應濾波過程，共存電源干擾控制電路簡化系統模型，如圖4所示，其中[s1（t）]是發射信號，[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）]運算出最佳的權重系數[I+jQ]的過程。按照自適應濾波原理，采用LMS算法完成共存電源自干擾抵消的自動增益調控[8]，其通過多次迭代運算對加權系數進行調整，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計

基于5G系統與WLAN的共存電源干擾抵消在多通信系統中，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計成獨立運行的模塊，將多個控制電路進行級聯，實現5G系統與WLAN的共存電源干擾的抵消。

本文對于5G系統與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同發射天線1和接收天線1相連，控制電路3同發射天線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抵消其他發射天線的電源干擾。

2 實驗分析

為了檢測本文設計共存電源干擾控制方法在5G系統與WLAN環境下的控制效果，采用單模塊級聯方法完成多系統下共存電源干擾控制。

實驗在通道1和通道2采用無關的發送信號，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兩個發射信號的抵消結果[10]。實驗設置發射信號的最低抑制度為50 dB。發射通道1和通道2同時發射信號，檢測共存電源干擾控制電路的總抵消結果。設置通道1和通道2的發射信號頻譜如圖5所示。

圖6是對發射通道1和2的LTE信號以及QAM16信號的抵消結果，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射信號的抑制度為62 dB，符合實驗要求，說明本文設計的共存電源干擾控制方法的有效性。當兩個發射通道同時發射信號時，總體抵消結果如圖7所示，可以看出抵消后的功率約為-32.8 dBm，

兩個發射通道的總功率是25 dBm，可獲取共存電源干擾控制電路對于發射信號的抑制度為56 dB，符合設置的需求。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采用寬度的調制手段對信道進行控制。因此設計的共存電源干擾控制電路應盡可能寬地抵消帶寬，為5G系統與WLAN混合通信系統提供服務。實驗通過Agilent的矢量網絡分析部件N5260A檢測本文設計的共存電源干擾控制電路的抵消帶寬，結果如圖8所示。

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

3 結 論

本文設計了5G系統與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整算法的設計過程，并給出了5G系統與WLAN混合通信系統下的共存電源干擾抵消方案，實現了共存電源干擾的有效控制。

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