BAW 濾波器解決擁擠 Wi-Fi 環(huán)境中的干擾問題（第二部分）

本博客文章是 Wi-Fi 前端設計難題系列（兩部分）的第二部分，第一部分探討了相關的熱量問題。.

設計 Wi-Fi 接入點時，很多方法均可解決干擾問題，但是高品質(zhì)帶緣濾波器這種方法可以充分利用現(xiàn)有的每一段頻譜。

本博客文章是 Wi-Fi 前端設計難題系列（兩部分）的第二部分，第一部分探討了相關的熱量問題。

家中 Wi-Fi 出現(xiàn)信號干擾，消費者有很多辦法可以解決這個問題，例如移動路由器的位置，重新連接 Wi-Fi 網(wǎng)絡，重啟調(diào)制解調(diào)器，一籌莫展的時候還可以聯(lián)系服務供應商。可是，作為一名 RF 工程師，你可以怎樣設計 Wi-Fi 接入點，從而在源頭解決最嚴重的干擾問題呢？

本篇博文將重點探討影響 Wi-Fi 干擾的以下幾個因素：

需要同時支持多種無線標準

干擾類型各不相同

帶緣的重要作用r

高性能帶緣共存濾波器的重要意義

一個接入點，多種無線技術標準

開發(fā) Wi-Fi 接入點時，設計人員必須考慮多種無線技術標準：

中距和短距標準，例如Bluetooth、Zigbee和Z-Wave

功率較高的近距和遠距標準，例如Wi-Fi、3G/4G LTE和5G

其中很多標準有可能會互相干擾，導致用戶的連接出現(xiàn)問題。

另外，未許可頻譜也會造成干擾。由于無線通信為了分流數(shù)據(jù)擴大容量，許可網(wǎng)絡和未許可網(wǎng)絡的重要作用都在與日俱增。除此之外，全新的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)領域也在大量利用未許可頻譜。

如何確保許可頻帶、未許可頻帶以及多種協(xié)議和睦共存，不會互相干擾？這是我們需要考慮的問題。

干擾類型各不相同：從設備內(nèi)部干擾到 LTE 和藍牙的干擾

設備內(nèi)部和設備之間都可能出現(xiàn)干擾，例如無線載波的信號可以互相干擾，兩種無線標準也可以互相干擾。藍牙、LTE 和 Wi-Fi 這三種技術應用非常廣泛，所以藍牙和 LTE 對 Wi-Fi 的干擾也最為常見。我們來詳細探討一下這幾類干擾：

設備內(nèi)部干擾：系統(tǒng)的多個天線架構有可能互相產(chǎn)生干擾，從而削弱受擾天線之間的耦合效果（天線隔離度）。其他天線的傳輸 (Tx) 信號會增大受擾接收器的噪聲功率，對信噪比產(chǎn)生負面影響。接收器 (Rx) 敏感度降低，從而造成工程設計人員所說的“減敏”。

減敏，即接收器受到外部噪源影響，靈敏度降低。這種現(xiàn)象可以導致無線連接丟失或中斷。這種問題并非現(xiàn)代才出現(xiàn)，早期無線電設備也時常遇到這個問題——其他組件啟動之后，接收器的敏感度便會受到影響。然而，由于目前無線技術已廣泛應用于智能手機、Wi-Fi 路由器、藍牙揚聲器等設備，這種問題如果不能妥善處理，便會產(chǎn)生更大的負面影響。

“減敏”主要出現(xiàn)在以下三種情況：

兩個無線電系統(tǒng)占用相鄰頻率，并且發(fā)生載波泄漏。

一個發(fā)射器的諧波落入另一個系統(tǒng)的載波頻率范圍。

兩個無線電系統(tǒng)共用同一頻率范圍。

LTE和Wi-Fi：下圖中，頻段 40、頻段 7 和頻段 41 這三個 LTE 頻段非常接近 Wi-Fi 頻段的信道。2.4 Ghz Wi-Fi 無線電頻段高低兩端都非常有可能泄入相鄰頻段的載波。如果系統(tǒng)設計不當，蜂窩信道 1 和 Wi-Fi 信道 11 便可能互相干擾彼此的收發(fā)容量。

藍牙和Wi-Fi：藍牙和 Wi-Fi 發(fā)射信號的方式不同，采用不同的協(xié)議，但是工作頻率范圍相同（如下圖所示）。因此，如果 Wi-Fi 在 2.4Ghz 頻段工作，Wi-Fi 和藍牙便會影響對方發(fā)射信號。由于藍牙和 Wi-Fi 的無線電設備時常在同一實體區(qū)域工作，例如位于同一接入點內(nèi)，兩種標準互相干擾，有可能影響雙方無線接口的性能和可靠性。

帶緣在 Wi-Fi 共存方面的重要作用

美國政府已經(jīng)采取多種方法幫助消費者解決相關問題，其中一種方法是出臺法規(guī)，規(guī)范多種電子設備的輻射和頻譜，要求消費類產(chǎn)品必須經(jīng)過合規(guī)檢測。

美國聯(lián)邦通信委員會 (FCC) 要求多數(shù)RF設備均須經(jīng)過檢測，證明產(chǎn)品符合 FCC 的要求。他們規(guī)定設備在較低和較高的 Wi-Fi 頻率范圍內(nèi)應具有陡峭的裙邊，以此實施嚴格的帶緣要求，從而保障相鄰頻譜共存。

Wi-Fi 接入點可以通過兩種方式達到 FCC 的要求：

Wi-Fi 接入點可以通過兩種方式達到 FCC 的要求：

采用帶緣非常陡峭的濾波器。

解決干擾問題的設計技巧：采用高品質(zhì)的 BAW 濾波器

我們采用高性能共存帶緣濾波器，Wi-Fi 發(fā)射器可以在接近 FCC 高低帶緣的范圍工作。

高品質(zhì)體聲波帶通濾波器已經(jīng)成功為眾多客戶所采用，展現(xiàn)了以下諸多長處：

裙邊極陡，可在Wi-Fi 頻段實現(xiàn)低損耗，在帶緣和相鄰 LTE / TD-LTE 頻段實現(xiàn)高抑制性能

尺寸大幅縮小，有助于設計人員打造更加小巧、更有吸引力的家用或辦公室用終端用戶器件

可實現(xiàn)同一器件或臨近器件Wi-Fi和LTE信號共存

獨特的功率處理能力，可在高性能高功率接入點和小基站中使用

這些濾波器能夠解決多用戶多輸入/多輸出 (MU-MIMO) 系統(tǒng)遇到的溫度難題，同時不會影響諧波合規(guī)和輻射性能。如果希望充分覆蓋整個分配頻譜，這一點至關重要。

可是，高品質(zhì) BAW 濾波器在 FCC 規(guī)定帶緣方面的表現(xiàn)為何如此出色？

#1: 相對于在 Wi?Fi 頻率范圍內(nèi)的 SAW 技術而言，BAW 器件插入損耗更低，帶緣更陡，溫度更加穩(wěn)定

接入 Wi-Fi 等帶寬更大的網(wǎng)絡之后，由于聲能輻射進入基板體，表面聲波 (SAW) 器件的插入損耗將會提高。在下圖中，我們可以看到隨著頻率的升高（右移），高品質(zhì) BAW 的體輻射損耗更小，因此是多路復用器濾波器設計的最佳選擇。此外，BAW 還能保證 FCC 要求的陡峭帶緣，SAW 在此類高頻范圍無法達到這一性能要求。

BAW 也比其他技術具有更好的溫度穩(wěn)定性，這在 FCC 認證測試中具有優(yōu)勢。多數(shù) Wi-Fi 設計均以室溫為基準 (20-25℃)，但系統(tǒng)實際的運行溫度可能達到 60-80℃。溫度升高，插入損耗便會增加，如果事先未考慮到這一點，產(chǎn)品認證期間便可能出現(xiàn)問題。采用 BAW 技術可以減少插入損耗，提高認證測試的通過率。

BAW 相對于 SAW 的更多優(yōu)勢請見我們免費的電子書《RF Filter Technologies ForDummies?》（卷一）。

#2: BAW 濾波可以幫助工程設計人員實現(xiàn)干擾頻段無縫過渡

下圖中，使用濾波器之后，帶緣響應優(yōu)于使用之前。設計人員利用這種技術可以突破 RF 前端輸出功率的極限，同時不會違反 FCC 對于功率頻譜密度的規(guī)定。沒有采用濾波技術的情況下，一些頻譜可能無法使用，運營商和制造商利用帶緣 BAW 濾波技術之后，即可充分利用這些頻譜，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速度，加大帶寬。

#3: 高品質(zhì) BAW 帶緣濾波器可以將信道 1 和信道 11 的范圍擴大兩到三倍。

Wi-Fi 設計人員設置信道功率時，通常必須把符合帶緣監(jiān)管要求的最低功率設為整個設備所有信道的功率。例如，信道 1 符合監(jiān)管要求的功率為 15dBm，雖然信道 6 可以達到 23dBm，設計人員還是會將控制方案的整體功率設為 15dBm。設計人員如果使用帶緣濾波，可以大幅提高控制方案的整體功率，從而減少所需的 RF 鏈路。

除此之外，BAW 帶緣濾波器的發(fā)射功率可以達到 28dBm，使得系統(tǒng)性能增強幅度超過 15%，5G 多用戶 MIMO 的同信道干擾也會減少。

CPE 開發(fā)人員如果不采用帶緣濾波，Wi-Fi 頻段的信道 1 和信道 11 便難以遵守 FCC 的規(guī)定；而采用高品質(zhì) BAW 帶緣濾波器之后，CPE 設計人員即可將所有信道（1 到 11）的功率均保持在較高水平。

為了具體地了解帶緣濾波器的作用，我們看一下用戶體驗在采用帶緣濾波器前后的差異：

采用濾波器之前：假設你所在的房間內(nèi)有多人使用 Wi-Fi 和手機，你正在使用信道 5 的 Wi-Fi 觀看足球比賽直播，沒有緩沖也沒有中斷。可這時，房間進入一個手機用戶，開始占用你的 Wi-Fi 在信道 5 的空間。CPE 設備經(jīng)過調(diào)整之后，將你轉(zhuǎn)移至信道 1，以便釋放信道 5 的空間。如果 Wi-Fi 設備沒有帶緣濾波器（如左側的塊狀圖所示），Wi-Fi 的信號強度和直播質(zhì)量將會出現(xiàn)下降，導致程序出現(xiàn)緩沖。這是什么原因？因為 CPE 設備為了遵守 FCC 的規(guī)定，必須降低信道 1 的功率，以免干擾相鄰的蜂窩頻段。

采用濾波器之后：如果 CPE 設備具備帶緣濾波器（如右側塊狀圖所示），信道 1 和信道 11 便不會受到影響，也不需要降低功率，你可以繼續(xù)流暢觀看足球比賽直播。

深入了解：Qorvo 的 Wi-Fi 解決方案能夠協(xié)助解決信號干擾的原理

我們已經(jīng)進入了一個互聯(lián)的時代，設備和無線標準越來越多，共存和干擾的問題必然也將持續(xù)存在。采用高品質(zhì) BAW 濾波器的 Wi-Fi 設計可以增強 Wi-Fi 接入點的性能，從而充分利用現(xiàn)有的每一段頻譜。

欲了解更多相關信息，請觀看這段由Mouser Electronics和 Qorvo 提供的圖示演講視頻(37:56)，了解 Qorvo 技術如何幫助您的 Wi-Fi 產(chǎn)品克服這些共存難題和帶緣難題。

有沒有看過 Wi-Fi 連接性系列的第一部分？了解一下 Wi-Fi 接入點克服溫度難題的幾大技巧。

審核編輯黃昊宇