使用BAW滤波器在拥挤的Wi-Fi环境中解决干扰(下)
2018年1月30日
这是关于Wi-Fi前端设计挑战的系列文章的第二篇。第1部分热方面的考虑。
有许多策略，消费者可以尝试在他们的房屋中修复Wi-Fi的干扰问题 - 移动路由器，将设备重新连接到他们的Wi-Fi网络，循环调制解调器的电源......并在没有工作的情况下调用他们的服务提供商they don’t know what else to try. But as an RF engineer, how can you design a Wi-Fi access point that addresses the biggest interference issues from the outset?
这篇博客文章探讨了影响Wi-Fi干扰的以下因素:
- 需要支持多种无线标准
- 不同类型的干扰
- 为什么带边很重要
- 高性能BANDEDGE和共存BAW过滤器的重要性
一个接入点，许多标准
开发Wi-Fi接入点时，设计人员必须考虑许多无线技术标准：
许多这些标准可能相互干扰，导致用户的连接问题。
然后还有未经许可的频谱要对付。由于无线通信受到限制，为了不断扩大容量，需要卸载数据，因此许可和未许可网络正成为越来越重要的因素。此外,新物联网领域在很大程度上吸引了这一无牌频谱。
面临的挑战是保持所有这些许可和未许可的频带和多个协议在没有干扰的情况下相互协作。
不同类型的干扰:从设备内部到LTE和蓝牙
干扰可以发生在设备内部或设备之间，包括无线载波信号之间或无线标准之间。最常见的干扰场景是蓝牙和LTE与Wi-Fi，因为这些技术是如此广泛。让我们更详细地看看其中的一些。
- 设备内存共存：对于设备内共存，系统的多个天线结构可以相互干扰。因此，受影响的天线之间的耦合(天线隔离)是折衷的。外部发射(Tx)信号增加了受影响接收机的噪声功率，这对信噪比有负面影响。接收(Rx)敏感度下降，这导致了工程师们所说的“脱敏”。
脱敏是由于外部噪声源而导致接收器灵敏度下降，并导致无线连接中断或中断。这并不是一个新问题——早期的无线电在其他组件活跃时遇到了接收器灵敏度问题——但现在这个问题对今天的无线技术来说尤其麻烦，包括智能手机、Wi-Fi路由器、蓝牙扬声器和其他设备。
主要的“感觉”场景是:
- 两个无线电系统占用边界频率，发生载体泄漏。
- 一个发射机的谐波落在另一个系统使用的载波频率上。
- 两个无线电系统共用相同的频率。
- LTE和Wi-Fi：如下图所示，LTE的几个频段(40,7和41)与Wi-Fi波段非常接近。在2.4 GHz波段的高端和低端，泄漏到邻近Wi-Fi无线电波段是非常可能的。如果没有适当的系统设计，蜂窝和Wi-Fi通道1和11可能会干扰彼此的传输和接收能力。
- 蓝牙和无线网络:蓝牙和Wi-Fi的传输方式不同，使用的协议不同，但工作在相同的频率范围内，如下图所示。因此，当Wi-Fi运行在2.4 GHz频段时，Wi-Fi和蓝牙传输会相互干扰。由于蓝牙和Wi-Fi无线电通常在同一物理区域(例如在接入点内)运行，这两种标准之间的干扰可能会影响这两种无线接口的性能和可靠性。
为什么频带边缘对Wi-Fi共存很重要
联邦政府试图帮助消费者的一种方式是监管许多电子设备的排放和频谱，并要求消费产品接受合规测试。
在美国，联邦通讯委员会(FCC)要求大多数射频设备都要经过测试以证明遵守FCC规则。他们通过要求Wi-Fi的低频段和高频段有陡峭的边缘来加强严格的频带边缘，以帮助与相邻频谱共存。
Wi-Fi接入点有两种方式来满足FCC的要求:
- 关闭Wi-Fi 1频道和11频道的功率，因为它们处于Wi-Fi频谱的边缘。
- 使用带有非常陡峭的带边的过滤器。
克服干扰挑战的设计技巧:使用高q BAW滤波器
我们的方法是使用高性能共存和带边滤波器，以允许Wi-Fi发射器在接近FCC上和下频带边缘的地方工作。
客户已经使用高Q成功体声波(BAW)带通滤波器，它提供许多优点:
- 非常陡峭的裙子在频带边缘和相邻LTE / TD-LTE带中同时在Wi-Fi频带和高拒绝中表现出低损耗
- 大规模削减,哪些有助于设计师为家庭和办公环境创造更小、更有吸引力的终端用户设备
- 解决Wi-Fi和LTE信号共存问题在同一设备内或彼此附近
- 独特的功率处理能力，允许实现高性能、高功率的接入点和小蜂窝基站
这些过滤器就解决了严格的热挑战多用户多输入/多输出（MU-MIMO）系统，而不会影响谐波合规性和排放性能。这对于在完整分配的频谱上实现可靠的覆盖至关重要。
但为什么高Q BAW滤波器对FCC带边进行这种差异？
#1:与SAW技术相比，BAW器件在Wi - Fi频率下具有更低的插入损耗、更陡的频带边缘和更好的温度稳定性
当你移动到更高的带宽，如Wi-Fi，表面声波(SAW)设备可能遭受更高的插入损失比BAW，因为声能辐射到基片的大部分。如下图所示，当你在频率上移动(向右)，你可以看到高q BAW是一个很好的选择，因为这种体积辐射损耗效应的滤波器设计。此外，BAW保持FCC带边缘所需的陡峭裙;在这些较高的频率下，声表面波不能满足性能要求。
与其他技术相比，BAW还具有更好的温度稳定性，这使它在FCC认证测试中具有优势。大多数Wi-Fi设计是在室温(20-25°C)的工作台上创建的，但该系统在其应用环境中实际上可以在60-80℃左右运行°C。插入损耗随着温度的升高而增加，如果未能对此进行估计，可能会在产品认证期间造成问题。使用BAW减少了插入损耗的变化，使认证测试结果更可预测。
了解更多关于BAW和SAW的免费电子书，RF Filter Technologies For Dummies®(Volume 1)．
＃2：BAW过滤可以帮助工程师在干扰乐队之间提供无缝过渡
如下图所示，使用滤波器的带边响应比不使用滤波器的带边响应更好，它允许设计者在满足FCC要求的同时推高射频前端输出功率的极限功率谱密度．这意味着带边BAW滤波允许运营商和制造商通过使用没有滤波可能丢失的频谱来提供高速数据和更大的带宽。
#3:高q BAW带边滤波器可以将通道1和11的范围扩大2-3倍
Wi-Fi设计者通常必须将整个设备的功率设置为所有通道符合带宽的最低功率。因此，如果通道1的顺应信道为15 dBm，而通道6的顺应信道可以达到23 dBm，则设计者将整个功率控制方案确定为15 dBm。使用带边滤波可以让设计者将功率方案设置为更高的功率，从而可以使用更少的射频链来实现他们的目标。
BAW带边滤波器还可以显示功率处理能力，传输高达28 dBm。这可以将系统性能提高15%以上，并使5G多mimo具有更少的同信道干扰。
不使用带宽滤波的CPE开发人员很难满足FCC对Wi-Fi波段通道1和11的要求。相比之下，当使用高q BAW带边滤波器时，它允许CPE设计者在所有通道(1 - 11)中保持功率水平相同。
下面是带边滤波器和不带边滤波器的用户体验的区别:
- 没有bandedge过滤器:让我们假设你有几个人使用Wi-Fi和手机的房子。您正在使用频道5的Wi-Fi，流媒体播放足球游戏并经历没有缓冲或中断。但是，新的移动用户到达房子并开始接管您的频道5 Wi-Fi空间。CPE单元调整并反弹到通道1以释放通道5的更多空间5.如果Wi-Fi单元没有BandEdge过滤器（如左侧的框图中），则您的Wi-Fi强度和流媒体降级发生缓冲的点。为什么？由于为了满足FCC要求，CPE单元必须在通道1中返回其功率，因此它不会干扰相邻的蜂窝频带。
- 使用BandEdge过滤器：但是，如果CPE单元已经设计有BandEdge过滤器（如右侧的框图中所示），则通道1和11不会受到影响，并且功率电平不需要退避。您可以在没有任何缓冲的情况下观看您的流式足球比赛。
深入了解：Qorvo Wi-Fi解决方案如何帮助解决干扰挑战
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