Allion Labs / Jim Wang

隨著無線通信技術(shù)，例如5G、W-Fi、藍(lán)牙?等不斷推層出新，以及連網(wǎng)產(chǎn)品快速普及，帶給人們更快捷便利的生活；然而，無線信號(hào)干擾的問題卻是日漸嚴(yán)重。無線信號(hào)干擾源不勝枚舉，而在日常生活環(huán)境中，最容易遇到的無線干擾有三種:

1.同頻干擾（Co-channel interference）：在同一場(chǎng)域不同裝置同時(shí)使用相同無線頻道，例如同樣使用2.4GHz Channel 6的微波爐和Wi-Fi裝置便會(huì)互相產(chǎn)生干擾而降低性能。

2.臨頻干擾（Adjacent channel interference）：異于同頻干擾，臨頻干擾是相鄰頻道的“距離”不夠遠(yuǎn)，以導(dǎo)致信號(hào)能量干擾到鄰近的幾個(gè)頻道。

3.射頻干擾（RF interference）：因應(yīng)便攜式設(shè)備熱潮以及多元化的功能應(yīng)用，相關(guān)模塊設(shè)計(jì)已往輕薄短小發(fā)展，系統(tǒng)內(nèi)的輻射信號(hào)對(duì)自身天線性能產(chǎn)生干擾。

面對(duì)第三種由系統(tǒng)內(nèi)不同通訊模塊彼此產(chǎn)生的射頻干擾，因沒有一套舉世通用的標(biāo)準(zhǔn)去預(yù)防、解決，使得產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)難上加難，尤其在極其狹小與精簡(jiǎn)的空間中，組件彼此間更容易產(chǎn)生噪聲干擾、而影響到其傳輸表現(xiàn)。本篇文章將聚焦日常生活中常見的射頻干擾問題，包括USB 3.1 設(shè)備（例如USB Dongle）在連接系統(tǒng)（例如筆記本電腦）時(shí)，與系統(tǒng)Wi-Fi 2.4GHz信號(hào)或是藍(lán)牙2.4GHz信號(hào)之間所產(chǎn)生的射頻干擾（RF interference），針對(duì)這些干擾問題，亦提供相對(duì)應(yīng)的測(cè)試解決方案。

首先來介紹De-sense 接收感度惡化（Degradation of Sensitivity），它是目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、量產(chǎn)中普遍面臨的問題。Desense棘手之處在于，其干擾與被干擾的信號(hào)頻率相近，無法以簡(jiǎn)單的濾波器濾除，所以通常須采取屏蔽（Shielding）、遠(yuǎn)離噪聲源等硬件改善的方法，來破壞噪聲傳輸路徑達(dá)到降低干擾。然而，越趨小型化的電子產(chǎn)品，阻擋噪聲路徑的方案，效果也越來越不易設(shè)計(jì)與掌控。

其次，由系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)射的干擾信號(hào)雖小，但是因?yàn)榫嚯x接收天線非常近，危害影響卻很大。此種干擾會(huì)降低天線的信噪比（Signal-to-noise ratio），進(jìn)而造成天線的吞吐量（Throughput）大幅下降，其中較常見的狀況即為USB 3.1 設(shè)備在連接系統(tǒng)時(shí)，與系統(tǒng)Wi-Fi 2.4GHz信號(hào)之間所產(chǎn)生的干擾，高速傳輸接口與無線通信出現(xiàn)嚴(yán)重抵觸，使得現(xiàn)行許多設(shè)備無法兩者并存。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1: 連接USB3 設(shè)備后，噪聲比未連接時(shí)多了 20dBm。 (Source: Intel Document: 327216-001 P.10)

 

USB 3.1 所產(chǎn)生的信號(hào)干擾可能來自接頭、線材及設(shè)備本身，如果Wi-Fi的天線靠近信號(hào)輻射的位置，則來自USB 3.1的干擾較易影響系統(tǒng)的無線接收器的靈敏度，這會(huì)導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的下降。

圖2: 干擾信號(hào)來自接頭、線材以及設(shè)備本身。(Source: Intel Document: 327216-001 P.9)

而目前系統(tǒng)不斷走向更為輕薄的體積發(fā)展，也使用了多功能SoC芯片，在單一芯片內(nèi)能同時(shí)擁有Wi-Fi、藍(lán)牙?和USB 3.1三種功能，使得系統(tǒng)天線和USB端口在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上若是相對(duì)位置太相近，將會(huì)惡化干擾問題（見圖標(biāo)1、圖標(biāo)2），所以只要是配有USB 3.1接口的系統(tǒng)，為了避免無線網(wǎng)絡(luò)速率下降或是聯(lián)機(jī)范圍縮小等問題，在線材及設(shè)備上對(duì)無線干擾的遮蔽就變得相當(dāng)重要。

 

無線干擾的潛在風(fēng)險(xiǎn)

面對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不良的而造成的無線干擾問題，對(duì)于消費(fèi)者以及廠商會(huì)帶來什么樣的影響呢?

消費(fèi)者:?若產(chǎn)品質(zhì)量可被消費(fèi)者認(rèn)同，則消費(fèi)者對(duì)于該品牌可能會(huì)抱持較正面的態(tài)度，甚至加速其購(gòu)買行為。

廠商:?因產(chǎn)品質(zhì)量不佳帶來許多負(fù)面效果，例如:

1. 增加產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間
2. 增加產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用
3. 增加退貨的機(jī)會(huì)
4. 銷售量的減少
5. 降低用戶對(duì)公司質(zhì)量的信任
6. 降低使用者對(duì)品牌的忠誠(chéng)度
7. 降低公司品牌的形象

 

無線干擾Wireless Desense測(cè)試方案

為了解決上述USB 3.1對(duì)無線干擾的問題，百佳泰提出了 Wireless De-sense 的測(cè)試方案，目的是為了讓廠商能透過專業(yè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試來確認(rèn)產(chǎn)品質(zhì)量、建立良好的品牌信譽(yù)以立足于龐大的產(chǎn)業(yè)鏈中。Wireless Desense不但能夠針對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)品，亦能夠針對(duì)USB配件、藍(lán)牙?配件，提供相對(duì)應(yīng)的驗(yàn)證服務(wù)。接下來，就讓筆者來分享百佳泰打造的專業(yè)測(cè)試環(huán)境與實(shí)測(cè)案例吧!

Wireless Desense測(cè)試環(huán)境?

• 測(cè)試平臺(tái)、信號(hào)衰減器以及AP分別放置電波隔離室(箱)，以排除其他干擾變量發(fā)生
• 測(cè)試平臺(tái)（SUT或是DUT）可為筆記本電腦、USB Docking、藍(lán)牙?鍵盤、藍(lán)牙?音箱等

圖3: Wireless Desense測(cè)試環(huán)境

Wireless Desense實(shí)測(cè)案例

結(jié)語(yǔ)

Desense 并非單一產(chǎn)品才會(huì)發(fā)生的問題，任何組件在運(yùn)作時(shí)，工作頻率只要是相近的，都有可能會(huì)發(fā)生因干擾而造成信號(hào)接收感度下降的情況，這些從組件發(fā)出的信號(hào)若是因設(shè)計(jì)不良，就很有可能會(huì)造成相互干擾。傳輸接口，例如HDMI、觸控屏幕、相機(jī)模塊、固態(tài)硬盤及無線芯片組/無線模塊（如Wi-Fi、藍(lán)牙?、GPS）等，均需透過縝密的量測(cè)、計(jì)算，才能精準(zhǔn)找出最佳的內(nèi)建位置，避免彼此間的干擾，將所有可能的問題風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

本文所探討的內(nèi)容雖然僅是噪聲驗(yàn)證的其中一種狀況，然而，我們已可以見微知著了解到無線通信技術(shù)的博大精深，以及信號(hào)干擾掌控的技術(shù)深度。廠商在開發(fā)時(shí)，均需透過更深入的研究、更多的技術(shù)資源與精力投入，或是透過第三方專業(yè)實(shí)驗(yàn)室協(xié)助，開發(fā)相應(yīng)的量測(cè)方式及與測(cè)試解決方案。本文提及的測(cè)試環(huán)境以及測(cè)試手法等等，看似不難，然而，在執(zhí)行測(cè)試時(shí)需要專業(yè)知識(shí)以及測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，例如在不同大小的屏蔽室，該如何調(diào)整DUT與衰減器之間的距離以及天線角度調(diào)整等等。

Wireless Desense測(cè)試亦在百佳泰推出的系統(tǒng)周邊配件資格認(rèn)證計(jì)劃中，扮演舉足輕重的角色；隨著輕薄型計(jì)算機(jī)市占率逐年增高，相對(duì)帶動(dòng)了周邊零配件的需求并且?guī)?dòng)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，百佳泰與時(shí)俱進(jìn)，持續(xù)開發(fā)的系統(tǒng)周邊配件資格認(rèn)證計(jì)劃，尤以Mac配件資格認(rèn)證最具代表性，期望能夠協(xié)助制造商在早期階段驗(yàn)證產(chǎn)品與系統(tǒng)的兼容性。一旦產(chǎn)品通過測(cè)試后，百佳泰將會(huì)提供測(cè)試報(bào)告及證書作為產(chǎn)品質(zhì)量證明。通過質(zhì)量測(cè)試的產(chǎn)品在市場(chǎng)上更能表現(xiàn)出與一般產(chǎn)品的差異性:

1. 成為市場(chǎng)上一流的產(chǎn)品
2. 具備創(chuàng)新與排他性
3. 深受市場(chǎng)消費(fèi)者信賴的產(chǎn)品
4. 消費(fèi)市場(chǎng)上的質(zhì)量保證

無論您是供貨商、品牌商、電商及通路商，百佳泰都能夠在質(zhì)量證明上助您一臂之力。