标签: 信号干扰

在无线系统中，无线信道的干扰会给用户带来很多困扰，它会降低指定信号的接收率。干扰可能会来自有意、无意或偶然辐射体，并在不同频段中出现。 无线通信的使用率在过去10年中增长了100倍，但可用的免许可频段的数量却没有做到同步增长，这意味着任何使用免许可频段的人都需要与所在地区其他人共享该频谱。随着无线电频谱资源的日渐匮乏，制造商始终坚持提高频谱利用率以便获得最高的容量和性能（例如共享或重复使用）。由此，无线通信系统工作中必然存在着有限的无线电干扰。 干扰信号分类 干扰信号的频率是识别干扰源的最常用参数，通常可以根据频率特性对干扰信号进行分类。无线通信系统中存在多种不同的干扰类型，一般分为同频率干扰、邻频道干扰、带外干扰、互调干扰和阻塞干扰等。 同频率干扰： 无用信号的频率与有用信号的频率相同，并对接收同信道有用信号的接收机造成的干扰，称为同信道干扰； 邻道干扰： 干扰台（站）相邻信道功率落入接收机信道内造成的干扰，称为邻道干扰； 带外干扰： 发射机的谐波或杂散辐射在接收有用信号的通带内造成的干扰，称为带外干扰； 互调干扰： 互调干扰又分为发射机互调干扰和接收机互调干扰。 发射机互调干扰 是指多部发射机信号落入另一部发射机，并在末级功放的非线性作用下相互调制，产生不需要的组合频率，对具有相同接收信号频率的接收机造成的干扰。 接收机互调干扰 是指多个强信号同时进入接收机时，在接收机前端非线性电路作用下产生互调频率，互调频率落入接收机中频频带内造成的干扰； 阻塞干扰： 无线电设备接收微弱的有用信号时，受到接收频率两旁、高频回路带内强干扰信号的干扰，称为阻塞干扰。阻塞干扰轻则降低接收灵敏度，重则导致通信中断。 无线系统的干扰分类对工程师的响应有着决定性影响。例如，当设计简单或过滤不足的发射机产生的谐波进入较高频段时，就会出现带外干扰。过滤掉发射机的谐波可以确保无线系统不会影响在更高频段中工作的其它系统。 干扰查寻 然而，随着频谱需求的增加，无线系统干扰也会增加。因此，为使所有无线系统正常工作，干扰的识别和降低显得格外重要。在最坏的情况下，干扰会中断整个无线系统的通信，这促使工程师对无线电干扰进行有效的测试。 无线系统的干扰分类对工程师的响应有着决定性影响。例如，当设计简单或过滤不足的发射机产生的谐波进入较高频段时，就会出现带外干扰。过滤掉发射机的谐波可以确保无线系统不会影响在更高频段中工作的其它系统。 解决方案 在无线信号测试过程中，有时会遇到高噪声的情况，最有可能的原因就是干扰，而干扰源很难用肉眼进行定位，尤其是在建筑分布密集的城市环境中，使用万用表无法解决这一问题。 可以选用手持式频谱分析仪搭配定向喇叭天线来进行干扰查寻，通过频谱分析仪来跟踪干扰信号，并结合定向喇叭天线，即可在不中断测量的情况下定位干扰源。在移动测量的过程中，观察频谱仪所显示的信号幅度的变化，一般来说，信号幅度测量值最大时，干扰源在此方向的可能性也最大。但需要注意的是，可能会由于周围复杂的环境造成多径反射从而降低定位的准确度，因此一般选择空旷的地区或高处进行测试，最大程度减小环境带来的影响。 在很多测试场景中，不一定要准确定位干扰源的物理位置并进行消除，可以通过选择避免干扰，这就需要先找出某个干扰较少的频段，同样可以选用频谱分析仪来进行检测，如在C波段进行干扰查找，同样可以使用手持式频谱分析仪搭配定向天线的方法进行干扰查找，从而找出合适测试的波段。虹科手持式频谱分析仪具有非常高的接收机灵敏度，并且覆盖0.3GHz到87GHz的各个频段，可根据需求进行选择。对比专业的微波测试模块，具有低经济成本和时间成本的优势，是外场测试、干扰检测、天线对准和视距验证的必备工具。它能够检测同频带干扰，带内干扰，宽带和窄带干扰等。紧凑轻便和可靠的圆锥形喇叭天线系统是重要组成部分之一。它体积小，重量轻，可以轻松爬塔，无需任何工具即可手动将其安装在水平或垂直杆上，配合手持式频谱分析仪一起用于干扰检测。除了喇叭天线外，对数周期天线也常用于干扰检测，虹科对数周期天线底部采用标准的 1/4 英寸螺母安装接口，可灵活装配各种支架，如搭配手持式支架使用；尺寸小、重量轻、且非常便携，适用于户外测试中。

作者：百佳泰/Jim 随着无线通信技术，例如5G、W-Fi、蓝牙等不断推层出新，以及连网产品快速普及，带给人们更快捷便利的生活；然而，无线信号干扰的问题却是日渐严重。无线信号干扰源不胜枚举，而在日常生活环境中，最容易遇到的无线干扰有三种: 1.同频干扰(Co-channelinterference)： 在同一场域不同装置同时使用相同无线频道，例如同样使用2.4GHz Channel 6的微波炉和Wi-Fi装置便会互相产生干扰而降低性能。 2.临频干扰(Adjacentchannel interference)： 异于同频干扰，临频干扰是相邻频道的“距离”不够远，以导致信号能量干扰到邻近的几个频道。 3.射频干扰(RFinterference)： 因应便携式设备热潮以及多元化的功能应用，相关模块设计已往轻薄短小发展，系统内的辐射信号对自身天线性能产生干扰。 面对第三种由系统内不同通讯模块彼此产生的射频干扰，因没有一套举世通用的标准去预防、解决，使得产品达到优化设计难上加难，尤其在极其狭小与精简的空间中，组件彼此间更容易产生噪声干扰、而影响到其传输表现。本篇文章将聚焦日常生活中常见的射频干扰问题，包括USB 3.1 设备(例如USB Dongle)在连接系统(例如笔记本电脑)时，与系统Wi-Fi 2.4GHz信号或是蓝牙2.4GHz信号之间所产生的射频干扰(RF interference)，针对这些干扰问题，亦提供相对应的测试解决方案。 首先来介绍De-sense 接收感度恶化（Degradation of Sensitivity），它是目前在产品设计、开发、量产中普遍面临的问题。Desense棘手之处在于，其干扰与被干扰的信号频率相近，无法以简单的滤波器滤除，所以通常须采取屏蔽（Shielding）、远离噪声源等硬件改善的方法，来破坏噪声传输路径达到降低干扰。然而，越趋小型化的电子产品，阻挡噪声路径的方案，效果也越来越不易设计与掌控。 其次，由系统内部发射的干扰信号虽小，但是因为距离接收天线非常近，危害影响却很大。此种干扰会降低天线的信噪比（Signal-to-noise ratio），进而造成天线的吞吐量（Throughput）大幅下降，其中较常见的状况即为USB 3.1 设备在连接系统时，与系统Wi-Fi 2.4GHz信号之间所产生的干扰，高速传输接口与无线通信出现严重抵触，使得现行许多设备无法两者并存。 图1: 连接USB3 设备后，噪声比未连接时多了 20dBm。 (Source: Intel Document: 327216-001 P.10) USB 3.1 所产生的信号干扰可能来自接头、线材及设备本身，如果Wi-Fi的天线靠近信号辐射的位置，则来自USB 3.1的干扰较易影响系统的无线接收器的灵敏度，这会导致无线网络质量的下降。 图2: 干扰信号来自接头、线材以及设备本身。 (Source: Intel Document: 327216-001 P.9) 而目前系统不断走向更为轻薄的体积发展，也使用了多功能SoC芯片， 在单一芯片内能同时拥有Wi-Fi、蓝牙和USB 3.1三种功能，使得系统天线和USB端口在产品设计上若是相对位置太相近，将会恶化干扰问题(见图标1、图标2) ， 所以只要是配有USB3.1接口的系统，为了避免无线网络速率下降或是联机范围缩小等问题，在线材及设备上对无线干扰的遮蔽就变得相当重要。 无线干扰的潜在风险 面对产品设计不良的而造成的无线干扰问题，对于消费者以及厂商会带来什么样的影响呢? 消费者: 若产品质量可被消费者认同，则消费者对于该品牌可能会抱持较正面的态度，甚至加速其购买行为。 厂商: 因产品质量不佳带来许多负面效果，例如: 1.增加产品开发时间 2.增加产品研发费用 3.增加退货的机会 4.销售量的减少 5.降低用户对公司质量的信任 6.降低使用者对品牌的忠诚度 7.降低公司品牌的形象 无线干扰Wireless Desense测试方案 为了解决上述USB 3.1对无线干扰的问题，百佳泰提出了 Wireless De-sense 的测试方案，目的是为了让厂商能透过专业测试实验室进行测试来确认产品质量、建立良好的品牌信誉以立足于庞大的产业链中。Wireless Desense不但能够针对系统产品，亦能够针对USB配件、蓝牙配件，提供相对应的验证服务。接下来，就让笔者来分享百佳泰打造的专业测试环境与实测案例吧! Wireless Desense测试环境 ·测试平台、信号衰减器以及AP分别放置电波隔离室(箱)，以排除其他干扰变量发生 ·测试平台(SUT或是DUT)可为笔记本电脑、USBDocking、蓝牙键盘、蓝牙音箱等 图3: Wireless Desense测试环境 Wireless Desense实测案例 测试平台： 两台笔记本电脑，编号为USB#0和USB#1 测试手法： 在3段不同的讯号强度，分别为强信号、中等信号以及弱信号下，将同一个USB 3.1装置插入两台笔记本电脑系统的USB接口，量测USB装置连接与未连接系统之间系统Wi-Fi 接收与传送吞吐量流量差异变化。 测试标准： 百佳泰订定严格的吞吐量流量差异标准，以确保一般使用者在笔记本安插USB装置时，不会影响笔记本连网速度以及稳定性等问题。 · 强信号 (RSSI: -45 ~ -50 dB)下，吞吐量流量差异标准 <= 5% · 中等信号 (RSSI: -68 ~ -72 dB)下，吞吐量流量差异标准 <= 5% · 弱信号 (RSSI: -78 ~ -81 dB)下，吞吐量流量差异标准 <= 10% 测试结果： 根据报告显示，在强信号(StrongSignal)的测试状态下，不管是USB#0笔记本电脑或是USB#1笔记本电脑，两台系统的Wi-Fi 接收或是传送 吞吐量流量差异都在合格范围低于5%标准值。 在中等信号(MediumSignal)测试状态下，USB#0笔记本电脑得到的传送数值-7.43%以及接收数值-8.05%皆高于标准值5%，这项结果显示，系统Wi-Fi在中等信号下，将会明显得被USB装置的信号影响。 在弱信号(WeakSignal)的测试状态下，USB#0笔记本电脑的接收、传送以及USB#1笔记本接收的吞吐量流量差异，皆在合格范围低于5%标准值。唯独USB#1笔记本的发送数值为-11.04%高于标准值5%，对应到日常生活中的常见问题，例如笔记本电脑在上传档案时会发生延迟现象。 Bluetooth HID Device Co-existence Test 测试平台： 两台笔记本电脑，编号为USB#0和USB#1 测试手法： 在3段不同的信号强度，分别为强信号、中等信号以及弱信号下，将同一个USB 3.1装置插入两台笔记本系统的USB接口，确认USB装置连接与未连接系统时，蓝牙键盘与蓝牙鼠标皆可顺利且正常的操作。 测试标准： 透过专业测试人员严加判断测试结果，确保一般使用者在笔记本安插USB装置时，不会影响蓝牙键盘或是蓝牙鼠标使用上的不顺畅。 ·强信号 (RSSI: -45 ~ -50 dB)下，键盘/ 鼠标操作无任何延迟以及中断的现象 ·中等信号 (RSSI: -68 ~ -72 dB)下，键盘/ 鼠标操作无任何延迟以及中断的现象 ·弱信号 (RSSI: -78 ~ -81 dB)下，键盘/ 鼠标操作无任何延迟以及中断的现象 测试结果： 根据报告显示，无论在在强信号(Strong Signal)、中等信号(Medium Signal)亦或是弱信号(Weak Signal)的测试状态下，不管是USB#0笔记本或是USB#1笔记本，蓝牙键盘或是蓝牙鼠标在操作上无任何延迟以及中断现象。 Bluetooth Audio Streaming Test 测试平台： 两台笔记本电脑，编号为USB#0和USB#1 测试手法： 在3段不同的信号强度，分别为强信号、中等信号以及弱信号下，将同一个USB 3.1装置插入两台笔记本电脑系统的US接口，同时播放Youtube 4K影片，确认USB装置连接与未连接系统时，蓝牙音箱仍可顺利正常播放声音，不会有任何延迟或破音情况发生。 测试标准： 透过专业测试人员严加判断测试结果，确保一般使用者在笔记本安插USB装置时，播放中的Youtube 4K影片，不会受到USB信号影响，而能够透过蓝牙音箱正常播放声音。 ·强信号 (RSSI: -45 ~ -50 dB)下，声音正常播放，没有任何延迟或破音情况发生 ·中等信号 (RSSI: -68 ~ -72 dB)下，声音正常播放，没有任何延迟或破音情况发生 ·弱信号 (RSSI: -78 ~ -81 dB)下，声音正常播放，没有任何延迟或破音情况发生 测试结果： 根据报告显示，无论在在强信号(Strong Signal)、中等信号(Medium Signal)亦或是弱信号(Weak Signal)的测试状态下，不管是USB#0笔记本或是USB#1笔记本，蓝牙音箱皆能正常播放声音，没有任何延迟或破音。 结语 Desense并非单一产品才会发生的问题，任何组件在运作时，工作频率只要是相近的，都有可能会发生因干扰而造成信号接收感度下降的情况，这些从组件发出的信号若是因设计不良，就很有可能会造成相互干扰。传输接口，例如HDMI、触控屏幕、相机模块、固态硬盘及无线芯片组/无线模块（如Wi-Fi、蓝牙、GPS）等，均需透过缜密的量测、计算，才能精准找出最佳的内建位置，避免彼此间的干扰，将所有可能的问题风险降至最低。 本文所探讨的内容虽然仅是噪声验证的其中一种状况，然而，我们已可以见微知著了解到无线通信技术的博大精深，以及信号干扰掌控的技术深度。厂商在开发时，均需透过更深入的研究、更多的技术资源与精力投入，或是透过第三方专业实验室协助，开发相应的量测方式及与测试解决方案。本文提及的测试环境以及测试手法等等，看似不难，然而，在执行测试时需要专业知识以及测试经验，例如在不同大小的屏蔽室，该如何调整DUT与衰减器之间的距离以及天线角度调整等等。 Wireless Desense测试亦在百佳泰推出的系统周边配件资格认证计划中，扮演举足轻重的角色；随着轻薄型计算机市占率逐年增高，相对带动了周边零配件的需求并且带动市场的蓬勃发展，百佳泰与时俱进，持续开发的系统周边配件资格认证计划，尤以Mac配件资格认证最具代表性，期望能够协助制造商在早期阶段验证产品与系统的兼容性。一旦产品通过测试后，百佳泰将会提供测试报告及证书作为 产品质量证明 。通过质量测试的产品在市场上更能表现出与一般产品的差异性: 1. 成为市场上一流的产品 2. 具备创新与排他性 3. 深受市场消费者信赖的产品 4. 消费市场上的质量保证 无论您是供货商、品牌商、电商及通路商，百佳泰都能够在质量证明上助您一臂之力。

       因为RX信号干扰严重，经过两个多星期的分析及实验，认为可能存在引入干扰的地方都测试过了，还是没有解决，在这些基础上，跟老大们一起分析实验，最后终于找到了问题的根源，还是滤波电容的问题，因为电路设计中没有在输出端加滤波电容，只有反馈回路有一个较小的电容，（主要是他们COPY之前的设计，当然同样的设计之前的产品没有出现这些问题）一开始并没有想到是输出端有噪声反馈回来再被放大。最后只好把反馈电路的电容改大试试看，没想到问题解决了。又找了其他组有经验的人来帮忙分析，就在原来的设计上，在输出端加上滤波电容，问题就解决了。          由于升压部分的噪声没有去除，同时反串回电源，加了磁珠也不能隔离，不知道是不是噪声频率太低，磁珠起不了多少作用。一直误导我们认为是电源加入的噪声，可又怎么都找不到根源。        花了好长时间没有真正找到问题的根源，一是经验不足能力差了，二是过分相信经验了，相同的设计在另一块板子上就没有一点问题，换到另一块板子上就出现问题了，一直都认为设计没有问题，可能在layout上，可看来看去也觉得不可能。问题还是在设计上，其实别人的推荐电路上在输出端是有滤波电容的，不知道为什么他们没要，而且之前的板子都没有问题，就一直COPY过来了，这块板子上才显现出问题，也分析的头疼，差点就把有关的元件一个一个的换了测试。虽然问题解决了，最后再改个板，不过暴露出来的问题还是值得注意的，多思考推荐电路的设计理念，不管弄清楚几分，对自己处理问题还是有益的，那毕竟是别人一个团队的心血。         在此感谢那些关注上一篇求助帖的朋友么，谢谢大家的支持，也很庆幸我们找到了问题的根源。