5G优化案例：LTE与5G_NR终端互干扰研究

1、LTE与5G NR终端互干LTE与5G NR终端互干扰研究XX分公司XXXX年XX月LTE与5G NR终端互干扰研究目录LTE与SG NR终端互干扰研究2一、终端互干扰背景21.互干扰来源与分类22典型频段的互干扰3二、谐波干扰41共天线架构42独立天线架构73谐波干扰小结7三、互调干扰81定性分析82定量分析9四、谐波混频干扰10五、结论12LTE与5G NR终瑞互丁扰研究LTE与5G NR终端互干扰研究【摘要】未来5G终端将同时支持LTE和NR等多种制式。在LTE与NR收发链路同时工作 的场景下，会存在多个频段间的互干扰。首先对终端互干扰的来源进行了理论分析，并将干 扰划分为谐波干扰、互调

2、干扰以及谐波混频干扰三大类。基于B3和3. 5 GHZ同时工作场景, 文章进一步分析了干扰的传播路径，并计算了共天线和独立天线两种结构下的干扰程度，得 出F扰主要来源于PCB泄壺的结论。最后从基站调度、终端设计等方面提出了一些潜在解决 终端互干扰的方案。5G标准制左正在如火如荼地讨论中，未来的终端势必将同时支持LTE和5G NR等多种 制式。当终端的LTE和5GNR收发链路同时工作时，在很多频段组合下会发生相互干扰，造 成灵敏度回退，甚至导致这些频段组合最终无法在现网中应用。因此需要对终端内部的互千 扰进行深入分析。【关键词】收发链路 传播路径 频段组合干扰一、终端互干扰背景1.互干扰来源与分

3、类终端内互干扰主要来源于射频前端器件的非线性。非线性器件可划分为无源和有源两大 类。苴中非线性无源器件包括滤波器、双工器等；非线性有源器件包括开关、PA (功率放大 器)、调谐电路等。无源器件产生的谐波及互调干扰一般要弱于有源器件。在有源器件中 PA是主要的非线性来源。描述非线性器件输入输出信号的泰勒级数展开式是：y=f(V)=a+a1v÷a2v2+a3v3+a4v4÷a5v5+ (1)其中，V为输入信号，y为输岀信号。当输入为单音信号COSWt时，输岀信号就包含了 2wt、3砒等高次谐波分量。如谐波落 入另一接收频段时就造成了谐波干扰，如图1所示。该干扰多发生在低频发射和

4、高频接收同 时进行的场景。当输入信号包含多个频率分量时，输出就包含了这些频率分量的各阶互调产物。以输入 两个频率分 COSWIt和CoSW2t为例，输岀会包含二阶互调(wl±w2)、三阶互调(2wl± W2、wl±2w2)等。如互调产物落入接收频段就会造成互调干扰。该干扰多发生在高低频同LTE与5G NR终端互干扰研究发场景，外界信号倒灌入UE发射链路场景等，如LTE语音和5G数据并发，LTE信令和5G 数据并发等。互调失真中二阶和三阶失真幅度最大，阶数越高失真幅度越小，一般来说三阶 以上互调失真幅度较小在多数场景下带来的影响可不考虑。此外，谐波混频干扰也是需要注

5、意的干扰场景。> GITE 频带 NR 3.5GLTE频带NR3.5GLTE频带NR 2.5G诂岌干Ijt2典型频段的互干扰目前3.3 GHz-4.2 GHZ频段（以下简称3. 5 GHZ频段）是5G的重点部署 频段，对其造成严重干扰的信号多为低频信号产生的二次谐波/三次谐波、二 阶互调/三阶互调等。以B3与3. 5 GHZ的互干扰为例，如图2所示。B3上行的二次谐波会对3. 5 GHZ下行造成二次谐波干扰。B3上行与3. 5 GHZ上行的二阶互调产物会对B3 的下行接收造成干扰。此外还有更髙阶的四阶互调和五阶互调干扰等。1/10 11805 ISeO3300420d1515:24901

6、2452M°5970丸40下而将对互干扰情况做进一步的分析。为简化分析，假左终端同时支持LTE 和5G,在天线架构上分为LTE与5G共天线和独立天线两种架构。下而将依次 分析谐波F扰、互调干扰及谐波混频干扰。谐波干扰1共天线架构当LTE与5G采用共天线架构时，B3 PA输出的二次谐波对35 GHZ接收通路的影响主 要分为以下三部分，具体干扰路径如图所示。一部分谐波经过 B3 DUP1 exer->HarmoniC FiIter->Switch->Triplexer->Switch->3. 5 GHZ F订ter->Switch->LNA,之后

7、进入RFlC主接收通道，带来于扰。一部分谐波与上述类似，经过天线空口辐射耦合进入辅接收通道。另有一部分B3 PA输岀的谐波经过PCB板宜接耦合进入3. 5 GHZ主接收和辅接收通逍， 带来干扰。对于上述经发射和接收通路进入3. 5 GHZ LNA输入端的谐波干扰，一般采用谐波抑制滤 波器(HarmOniC Filter)来降低 I扰。共天线谐波干扰表为前端器件的典型参数，可用于对谐波干扰进行分析计 算。RFlC前端器件谐波参数:LTE 5G NR 终瑞？参数取值B3 PA输出功率ZclBm28B3 PA二次谐波/dBc35B3 双工器 3.5 GHZ 扌JdB30B3双工器二次谐波dBc100

8、B3谐波抑制滤波器 3.5 GHZ抑制dBB3 ASM 开关 3.5 GHZ 插损dB1B3 ASM开关二次谐波/dBc100TnPIeXer 3.5 GHZ 抑制dB18天线隔离度AlB103.5 GHZ ASM 开关插损clB13.5 GHZ ASM开关二次谐波/dBc1003.5 GHZ滤波器插损MBr 厶3.5 GHZ开关插损clB0.73.5 GHZ开关一次谐波/dBc100PCB隔离度dB75谐波干扰强度的计算结果:丁扰类型主接收链路干扰辅接收强度T扰传导谐波/dBm-84.7-94.7PCB泄露干扰/dBm-82-82输入LNA的二次谐波/dBm-79.7-81.15 MHZ 带

9、宽ZdBm-Hz-1-146.7-148.120 MHZ 带宽ZdBm-Hz-1-152.7-154.1二次谐波加载到LNA输入口带来了终端底噪的抬升，造成了灵敏度的相应 回退。当工作带宽为5 MHz时，主辅接收链路经最大比合并后灵敏度回退达22.5 dB.当带宽为20 MHZ时，主辅接收链路经最大比合并后灵敏度回退16. 5 dB。 可见在共天线架构下，B3二次谐波对3.5 GHZ的灵敏度带来了很大的回退。2独立天线架构当LTE与NR采用独立天线设计时，B3发射信号的2次谐波将经过红色路 线进入3. 5 GHZ的接收通路造成谐波干扰。相比共天线架构，B3 PA输出的谐 波将经天线耦合进入辅接

10、收通路，造成谐波干扰。除谐波抑制滤波器可以带来 一定的谐波抑制外，天线间隔离也进一步降低了谐波干扰。独立天线谐波干扰采用与表1同样的参数，汁算独立天线架构下的谐波干 扰，结果如表所示：F扰类型主接收链路扰I辅接收强度F扰传导谐波/dBm-94.7-94.7PCB泄露T扰dBm-82-82输入LNA的-次谐波dBm-81.1-81.15 MIIz TiT j JBnTlIr1-148.1-148.120 Mll 带宽,dBmHz" 154.1 154.1当工作带宽为5 MHz时，经最大比合并，主辅天线灵敏度回退达21.8dB,当带宽为20 MHZ时，经最大比合并，主辅天线灵敏度回退15

11、. SdBo可见在独立天线架构下，B3二次谐 波对35 GHZ的灵敏度也带来了很大的回退。3谐波干扰小结下表对共天线和独立天线两种架构下谐波干扰带来的灵敏度回退情况进行了汇总。由对 比可见，独立天线架构对灵敏度的改善仅有0.7 dB,即采用独立天线并没有明显地改善灵 敏度。灵敏度回退对比dB结构5 MHZ20 MHZ共天线22.516.5分立天线21.815.8汇总了共天线和独立天线两种架构下不同来源的谐波干扰强度。对比可见，独立天线只改善了主接收链路的传导干扰值，而对辅接收链路并没有改善。 LTE 与 5G NR 终相比之下，PCB泄履带来的干扰对终端灵敏度的回退起到了主导作用。分立天 线和

12、谐波抑制滤波器均无法彻底解决B3对3. 5 GHZ的二次谐波干扰。谐波干扰对比dBm结构主接收传导干扰辅接收传导干扰PCB潰露干扰共天线结构-84.7-94.7-82分立天线结构-94.7-94.7-82三、互调干扰互调干扰是另一个引起终端灵敏度回退的主要因素。终端内部多个前端器件均会 产生互调干扰，包括 Triplexer. Switch. DUPleXer、PA 等，其中 B3PA 和 3. 5 GHZ PA 是产生互调干扰的主要来源。1定性分析以B3 PA为例，互调产物包括以下几方而：(1) RFlC输出的B3信号与正向馈入的3. 5 GHZ信号会进行互调，产生二阶、四阶、 五阶等互调产

13、物。(2) RFlC输出的B3信号与反向馈入的3. 5 GHZ信号产生的二阶、四阶、五阶互调产 物。以上互调产物的一部分经过B3 DUPIeXer进入B3的主接收通路，一部分经前端器件及 天线耦合进入辅接收通路，还有一部分经PCB耦合进入主辅接收通路。如图5所示，互调产 物传播路径如虚线所示。以二阶互调为例，讣算互调产物对接收灵敏度的影响如下：(1) B3 PA产生的正向二阶互调产物落入B3主接收通路的强度为：PB3_out+(P3. 5G.out-PCBiso+PB3_GAIN)-IP2-IS0B3_dup (1)(2) B3 PA产生的反向二阶互调产物落入B3主接收通路的强度为：PB3_o

14、ut+(P3. 5G_out-IL-IS0Trip-IS0Dup)-IP2-IS0B3_dup (2)(3) B3 PA产生的正向二阶互调产物落入B3辅接收通路的强度为：PB3_out+(P3. 5G_OUt-PCBiSo+PB3_GAIN)-IP2-IS0B3_dup-IL-IS0Ant (3)(4) B3 PA产生的反向二阶互调产物落入B3辅接收通路的强度为：PB3,out+(P3. 5G_out-IL-IS0Trip-IS0Dup)-IP2-IS0B3_dup-IS0Ant (4)其中，PB3_oUt为Band3 PA的输出功率值，P3. 5G.out为35 GHZ PA的输岀功率值，P

15、CBiSO为PCB板间隔离，IP2为二阶互调截断强度，IS0B3_dup为双工器在B3的收发隔离 度，IL为链路插入损耗，ISOAnt为天线间隔离度。同理可分析，35 GHz PA产生的二阶互调干扰如图6所示:2定量分析表6列出了 B3和3.5 GHZ相关器件互调计算参考值。利用这些参数可计 算互调干扰的强度以及落入接收频段带来的灵敏度回退情况。LTE与5G NR终端互干扰研器件常规参数指标非线性器件IP2IP4参数描标ISO: PCB70 clBLNA IP220 dBmISO: AntennaIOdBLNAIP4-6 dBmISO: B3 Duplexer50 dBB3 PA fnvad

16、1P221.9 dBmISO: TriPIeXel15 clBB3 PA reverse IP224 dBmIL: 3.5 GHZFllter1.25 dBB3 PA fbnval IP429.1 (IBmIL: SwltCh B30.6 dBB 3 PA IeVeISe IP430 dBmIL: SWitCh 3.5 GHZ0.8 dB3.5 GHZ PA fbnval 1P229.1 (IBnIIL: DUPIeXer3dB3.5 GHZ PA fbnvard IP440.6 (IBlIIIL: TLiPleXeI B30.9 dBB3 DUpIeXer IP2120 CIBmIL: Tn

17、PIeXeI 3.5GHZLldBB3 DuPleXef IP463 ClBInAttenUatiOlL3.5 GlIZiIlter(B3.B3 DlIPIeXeIya3.5 GHZ40 dB3.5 GlIZ filter IP212OdBmPA Gaill28 dB3.5 GHZillterIP463 dBmLNANF3 dBSwitCll IP212OdBinBW5 NIHzSWiTCh IP460 dBmIhemIal NnOiSe-104.5 dBmTriPleXer IP215OdBmLTE SNR-1 dBTiiplexei' IP476 (IBnI计算落入B3主辅接收通路

18、的二阶互调产物，引起的整机灵敏度相比单频段灵敏度回退 值为29 dBu落入B3 LAA主辅接收通路的四阶互调产物带来的整机灵敏度回退为7 dB.可 见，二阶互调造成的灵敏度回退占主导地位。PA的正向互凋在各互调产物中占主导地位， 即PA输岀信号经PCB泄露到另一 PA输入端引起的互调。外加滤波器等射频器件难以解决因 PCB泄壺造成的互调扰，需考虑调度等方式来规避该干扰。四、谐波混频干扰在零中频接收机中，高频信号与本振混频后经低通滤波器被还原到基频。同样，下行接 收信号的倍频与本振的倍频混频，经低通滤波器后也会被还原到基频。该信号将对有用信号 造成干扰，导致灵敏度回退。这种干扰称为谐波混频干扰。以三次谐波为例，如图7所示，FC为低频段下行有用信号的中心频点，3Fc为髙频段上 行发射信号的中心频点。两个信号在接收机中分别经本振的FC频率和其三次谐波3Fc频率混频，频谱均被搬移到基带，RFIC接收机内部的低通滤波器无法区分这两个信号从而造成 干扰。在实际收发信号中，当3. 5 GHZ信号的发射频段与LTE接收频段的倍频有 交叠即存在发生谐波混频干扰的可能。如图8所示，场景2和场景3将会发生 谐波混频3-4 O祓干扰预段3.5GHt的侠娥场養1场舄2场采3场爰A下图是终端内部谐波混频干扰的示意图，以B26÷B41为例。B41