5G终端常见的干扰因素及控制方法

张嘉显

苏州科技大学，江苏 苏州 215009

0 引言

5G指的是第五代移动通信技术，与4G相比，5G具有更高的性能、更低的延迟和更高容量的特性。为了增加无线传输速率，5G在4G的基础上开发了新的频带资源，但该频率并不处于黄金频段，因此，使用增加基站等方法克服了毫米波穿透力差、衰减大带来的影响。尽管可以克服信号在传输过程中的种种阻碍，但有来自终端设备的接收部分的影响，终端有许多因素影响信号的准确传输与接收，需找到这些因素并积极克服。为此，文章主要研究有关终端内部干扰，而对互干扰因素不做过多赘述。

1 5G终端常见的干扰因素

1.1 外部因素（互干扰）

随着独立移动电池的发展，用户将放弃有线电缆终端，取而代之的是独立个体的移动终端。如今，无线技术广泛应用于信息的下载和扩展，软件无线电技术的应用也越来越成熟。干扰源和无线通信干扰的程度和结果也在实时增加，无线通信面临着电子对抗显著增强的严重情况。

相互干扰是对系统之间或系统内部所产生的电磁干扰，削弱了有用的信号，系统之间的相互干扰，即移动发射台正常运转时所承担的其他干扰接收机有用信号的同信道干扰，信道的功率、交换、码分多址跳跃、碰撞、干扰阻塞。随着不同通信方式的出现，以及用户对不同服务需求的增加，频谱资源日益有限，交叉干扰问题日益严重。

1.2 内部因素（自干扰）

终端内部干扰多是由于内部非线性的器件，其中又分为有源非线性和无源非线性器件。有源器件产生的干扰比无源器件更强。邢金强[1]研究表明，功率放大器（PA）就是主要的非线性来源，在理想的PA中，一定的系数可以用来传输并放大输入信号的功率。实际上，如果PA中的输入信号输出很低，线性放大可以得到很好的保证，但是如果输入信号输出很高，则非线性区域中的信号输出会较差，高阶变量的输出将出现在非线性的域中，具体输出形式如图1所示。

图1 PA的理想输出与实际输出比较

（1）谐波干扰。当PA输入端信号为monophone signal（即表达式为Acoswt，其中A为信号幅度，w为角度）时，PA输出端信号会出现二次、三次甚至更高次的谐波分量。通常情况下此处只考虑二次谐波分量与三次谐波分量，阶数越高，谐波产物的功率越低，自干扰问题越小。如果该谐波元素落在附近的接收波段，将导致相同或相邻频率的干扰，诸如此类的干扰较低的频率发射，以较高频率接收的情况下多有发生。当发生干扰时，该谐波干扰会对接收模块有影响，表现为降低接收部分对信号的敏感度，如图2所示。

图2 谐波干扰

（2）互调干扰。当输入的信号是一个two-tone signal时，即含有2个monophone signal（Acoswt+Acosw1t），输出信号包含除两个monophone signal产生的谐波分量外的几个频率分量，这些频率分量形式如n1w1±n2w2。当n1+n2=2时，被称为二阶互调产物，依此类推；特殊地，若二者之和为1，则称其引起的干扰为谐波干扰。因此，如果两段信号产物同时落在接收信号的频率上，则接收信号的干扰被称为互调干扰（也称为协同干扰）。该干扰的示意如图3所示。

图3 互调干扰

移动通信系统的互调干扰和谐波干扰类似，也主要研究二阶、三阶的干扰，这是由于三阶差分系统以上的系统产生的非线性产物的影响与阶数成反比，具体原因由于篇幅问题不再赘述。

2 5G终端干扰因素的控制方法

2.1 外部因素控制

天线工作时所处的各种电磁条件和环境一直是无线通信系统的核心组成部分，一直以来都是人们密切关注的焦点。为了实现5G通信系统的高速、低时间延迟、高可靠性、超大容量等优势,必须先考虑在天线系统中应用的电磁相容（EMC）问题。一方面，无论是基站天线系统还是移动终端天线系统，都难免存在带外杂散信号的干扰；另一方面，天线模块对通信系统中其他模块产生的同频、邻频电磁噪声尤为敏感，从而影响天线的工作性能[2]。

传统雷达仅采用一些普通材料来保护天线和通信系统不受整个环境的影响，需在传统雷达的基础上引入新的设计理念，保持雷达设计的电磁接口具有电磁特性。近年来，人工电磁超曲面的研究取得了一定的进展，使得设计具有结构和电磁特性的高性能雷达成为可能，频率选择表面（FSS）具有基本轮廓、成本低、加工工艺成熟等优点，广泛应用于微波器件、雷达、天线反射面等电磁尺度领域。

2.2 内部因素

（1）数字预失真（DPD）技术。DPD全称为Digital Pre-Distortion，是通过数学建模提前补偿PA的非线性和记忆效应。该技术是通过将PA与一预失真元件级联，即非线性失真函数被嵌入数字和数字基带信号处理域，具有与放大器显示相同的失真量，但功能与PA的相反。结合这两种非线性失真特性，可以实现一个高度线性、无失真的系统。同时，由于PA的失真特性（非线性特性随时间、偏压、温度、器件等因素的变化），需要使用反馈机制对输出信号进行采样，并用以勘正预失真算法以进行校准。完成上述两步后可使输出端的信号转化为未失真（经非线性补偿）信号。

（2）PA后的滤波器。该方法也分为两部分，一部分是在PA后增加滤波器，另一部分是将PA后滤波器的技术进行提升。前一部分是在PA输出端加一谐波滤波器来抑制谐波，但很难完全消除该PA输出端的谐波信号，因此需提升滤波器技术，更好地消除非线性带来的影响，并减少滤波器给终端接收与发射性能的影响。目前5G通信中使用的滤波器主要有声表面波滤波器和声体积波滤波器，也在向5G新兴滤波技术Xbar迈进。

（3）增加干扰消除电路。参考全双工自干扰消除方法[3]，如模拟域名移除法、数字域名移除法等。在模拟电路方面，通过模拟电路设计，对自身干扰信号进行再构成和将再构成后的内部干扰信号直接从接收信号中减去。在数字领域中，主要依靠自我干扰的方法预测和重组自我干扰的人数，在接收信号的过程中减少自身干扰作用，将剩余的部分消除。

3 结束语

综上所述，在5G终端网络中存在一定的问题，相关人员需要找出这些问题，并结合相关知识解决问题，或将其合理利用转化。文章针对5G网络存在的问题，在当前的知识层面上寻找合适的方法进行解决，提出了对终端外部的保护，对终端内部运用DPD技术、架设滤波器及电路的方法将该影响降至最低甚至消除，以期积极推进5G技术的发展。