5G CPE通信環境下的Coexistence：WLAN 5G和LTE N79的頻譜管理、天線及元件隔離度技術討論

前言：

如何透過硬體設計來優化Wi-Fi 7與5G LTE的共存，以確保多種通信技術在同一頻譜範圍內能夠有效且穩定地協同運作。建議的策略包括頻段分隔、天線技術的優化、滤波器和隔離器的強化、更智能的功率控制、時分和頻分多工的深入應用、智能協調機制的發展，以及更複雜的天線方向性設計。這些策略需要在硬體設計的不同階段進行綜合考慮，透過實驗和測試確保在實際應用中有效解決Wi-Fi 7與5G LTE之間的共存問題，實現更高水準的通信效能和頻譜管理。個階段進行綜合考慮，同時通過詳盡的實驗和測試來驗證其效果，以確保Wi-Fi 7與5G LTE之間的共存能夠在實際應用中實現更高水準的通信效能和頻譜管理。

簡介：

要透過硬體設計改善Wi-Fi 7與5G LTE的共存，需採取更多策略，以確保多種通信技術在同一頻譜範圍內協同運作。以下是針對5G 與LTE N79頻段更深入的建議：

• 頻段分隔： 在硬體設計階段，採用高度精確的頻段分隔，確保Wi-Fi 7和5G LTE之間的頻段互不重疊。這可透過頻段選擇和強化的頻段管理技術實現，確保不同通信技術在頻段上有足夠的空間以減小相互之間的干擾。

圖1. WIFI 5G 與 LTE頻譜分佈

• 最大的挑戰：在LTE N79和WLAN 5GHz之間僅有150MHz的Guard Band的情況下，確保最佳的隔離度是一項極大的硬體挑戰。這種狹窄的Guard Band意味著這兩個系統在頻譜上非常接近，容易引起相互干擾。

圖2. WIFI 5G 與 LTE的Guard Band

解決方案的探討：

1. 相鄰頻段干擾： 由於Guard Band狹窄，存在相鄰頻段干擾的風險。即使微小的頻譜泄露也可能對相鄰系統產生不良影響。在實際應用中，由於LTE N79和Wi-Fi等通信系統在各自波段的發射（Tx）泄漏和相鄰信道泄漏率（ACL R），可能導致嚴重的干擾威脅。若不使用濾波器進行濾波，這可能大大影響數據速率。同時，由於高功率信號可能到達接收（Rx）路徑，存在潛在的硬體損壞風險。

圖3. N79與5GHz WLAN共存情況下引發的干擾問題

2. 設計傳輸線路的挑戰： 在有限的頻寬內實現高隔離度的傳輸線路是一項技術上的挑戰。需要採用高效的濾波器和隔離器，以確保在這150MHz的Guard Band內的最小頻譜交叉。

      圖4. 改善共存性能的天線多工器架構

3. 天線隔離度的設計：實現兩根同頻段天線的高隔離度是至關重要的，防止之間的相互干擾。用於提高同頻段天線之間的隔離度技術的探討：

• 空間分離： 將兩根天線物理上分開，增加之間的距離。這有助於減少直接的耦合和相互干擾。在設計物理天線布局時，考慮最小距離，以確保隔離度。

圖6.天線距離與隔離度關係

• 方向性天線：可以將信號更好地聚焦在特定方向上，同時減少向其他方向的泄漏。這可以有效地降低相互干擾的可能性。

圖7. 方向性天線

• 極化分離： 使用不同的極化方向（例如，一個天線是水平極化，另一個是垂直極化）可以降低它們之間的相互耦合提高隔離度。

圖8. 天線極化

• 使用低互耦合的連接器： 使用低互耦合的連接器，以減少信號在連接器和天線之間的泄漏。

結論：

Coexistence在無線通信環境中扮演著至關重要的角色，尤其是在LTE和Wi-Fi等不同通信系統同時運作的情境下。共存的成功實現直接關係到通信系統的性能。以下是關於coexistence的主要觀點和影響：

• 頻譜共存的必要性： 在有限的頻譜資源下，不同通信系統必須共存以確保最佳的頻譜利用率。共存不僅關係到技術層面，還關係到確保用戶間穩定連接的重要性。
• 干擾對throughput的嚴重性： 在沒有有效共存策略的情況下，相互干擾可能嚴重影響通信系統的throughput，導致數據速率降低和通信品質下降。這不僅影響了使用者體驗，還可能對通信網絡的整體性能產生負面影響。
• 濾波器和隔離的重要性： 在確保共存的過程中，濾波器和隔離等硬體設計元素變得至關重要。有效的濾波和隔離可最小化不同通信系統之間的相互干擾，確保高效頻譜共存。
• 硬體損壞風險： 由於高功率信號可能對硬體造成損壞，共存方案中必須考慮並實施有效的硬體保護策略，以確保通信系統的穩定性和可靠性。

Coexistence對於無線通信系統的成功運作至關重要。針對不同通信系統之間的共存，必須綜合考慮硬體設計、濾波器應用、頻段管理和功率控制等多方面因素，以最大程度地減小相互之間的干擾，確保通信系統的高效運行。