淺談無線通訊的噪聲干擾與驗證要點

　　隨著過去十數年無線通訊技術的快速發展與規格的不斷進化，各種不同的無線技術不論是GSM、GPS、WLAN(如Wi-Fi)、Bluetooth等都開始逐漸出現、并普及于日常生活中。無線通訊技術本身即已博大精深，而在導入至各式電子裝置與應用領域時，更必須考慮到電磁干擾(Electromagnetic Interference，即一般通稱的EMI)與電磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)的問題，以避免相關功能受到干擾而產生訊號劣化、影響其正常運作。然而，盡管世界各地已紛紛立法建立相關的電磁規范，關注于對電磁輻射與RF(Radio Frequency)射頻的限制，但在面對不同通訊模塊彼此間可能產生相互干擾的這個狀況下，卻難以有一套固定的標準，去預防或解決相關難題，這也因此成為各產品開發商最需加以克服的重點。

　　除此之外，加上近來可攜式裝置的熱潮以及通訊功能的多元化，使得這些相關通訊模塊與天線，皆必須設計成更加輕薄短小的體積，來符合行動應用的需求，這樣的狀況更使得產品要做到最佳化設計更為難上加難。要在極其狹小與精簡的空間中，建置更多不同的無線模塊與天線，這些組件彼此間勢必將更容易產生噪聲干擾、而影響到其傳輸表現，因為經常觀察到像是傳輸距離變短、傳輸速率降低等等不利于產品通訊性能的狀況。百佳泰(Allion Labs, Inc)在此文中，將介紹在無線通訊狀況下，應如何正確量測無線通訊訊號及進行電磁兼容分析，希冀能與相關開發廠商相互切磋交流、提供技術上的參考。

　　復雜的通訊環境：載臺噪聲(Platform Noise)造成的接收感度惡化(De Sense)

　　首先，先來試想一般消費者在使用現在新式手持裝置(不論是智能型手機或是平板電腦)時的可能情境：消費者到了用餐時間，想尋找鄰近的餐廳，便可以拿出手機，透過點擊打開預先下載好的一款應用程序，然后透過聲控方式，說出想選擇的料理種類，接著，應用程序便會將接收到的的聲訊傳送至網絡上該應用程序業者的服務器進行解譯、用戶所在位置定位及搜尋，并將符合條件的選項乃至地圖顯示于屏幕上，用戶便能按圖索驥的找到合適的理想餐廳。

　　事實上，在這短短幾秒看似簡單的操作過程中，背后便包含了許多零組件的運作，包括像是觸控屏幕的感應、產品(硬件)與用戶操作接口(軟件)的結合使用、麥克風透過消除背景雜音收訊以傳遞干凈的用戶聲訊、3G模塊的啟動、與鄰近基站的聯機能力、GPS定位系統的作用、服務器搜尋結果的回傳等等。雖然對用戶來說，感受到的是「好不好用」的使用觀感;但對開發者而言，卻必須從背后的機械結構、組件選擇、軟硬件整合到通訊模塊一一詳加驗證，才能創造良好的使用經驗、完整實現產品的使用目的。

　　因此，了解產品在整個通訊環境中所有可能產生電磁訊號的組件，可說是在進行建置設計時的一大重要前提。透過圖一，我們可以清楚看到，在目前一般新式裝置中主要有四大種類的組件會產生電磁訊號，這些組件自行發出的訊號若是因設計不良而造成相互干擾，便可稱作載臺噪聲(Platform Noise)。這四類組件包括有系統平臺(如中央處理器、內存、電源供應器)、對內對外的連接器耦合路徑(如各種傳輸接口像是USB、HDMI)、外購平臺模塊(如觸控屏幕、相機鏡頭模塊、固態硬盤及其它向廠商外購后進行組裝的組件)及無線芯片組/無線模塊(如Wi-Fi 802.11 a/b/g/n、Bluetooth、GPS)等，這四大類組件均需透過縝密的量測、計算，才能精確找出最佳的電路設計與妥善進行整體產品建置，避免彼此間的干擾，將所有可能的問題風險降至最低。　　

 　　所謂載臺噪聲的干擾(Platform Noise Interference)是指什么呢?舉例而言，面板是目前所有操控裝置的最大組件，而裝置內天線所發射的任何訊號都會打到面板，而面板所發出的噪聲也都會進到天線中;同樣的，天線發出的電波也會影響到各個接口;而不同模塊各自所發出的訊號，也會成為彼此的噪聲，這就是所謂的載臺噪聲干擾。而當這些的模塊、組件都在同時運作，并且干擾無法被控制在一定限度之下時，便會產生「接收感度惡化」(Degradation of Sensitivity，De Sense)的現象，影響裝置無線效能的正常運作。

　　譬如在同一個頻段中，當A手機能夠接收1000個頻道的訊號，而B手機僅能接收到500個頻道，在實際感受上，用戶便會認為B手機的收訊能力不佳。由于天線、濾波器、前置電路并不會在任一特定頻道中表現特別差，歸納來說，這便可能是因為B手機在設計時有未盡之處，而受到載臺噪聲的干擾，造成所謂的接收感度惡化。

　　量測出載臺噪聲干擾的方法并不困難，可以選擇一個干凈無外界干擾的環境(如電磁波隔離箱)，透過單獨量測單一無線模塊接電路板作用的訊號吞吐量(Throughput)結果(如圖二的黃色線段)，以及量測該模塊建置于產品系統平臺之中作用的訊號吞吐量結果(如圖二的藍色線段)，兩者間進行比較，便會發現到作用于產品平臺中時明顯有訊號劣化情形。而兩者間路徑損失(Path Loss)的差異，便可視為載臺噪聲的干擾所致。