浅谈无线通讯的噪声干扰与验证测试要点

选择一个干净无外界干扰的环境（如电磁波隔离箱），透过单独量测单一无线模块接电路板作用的讯号吞吐量（Throughput）结果（如图二的黄色线段），以及量测该模块建置于产品系统平台之中作用的讯号吞吐量结果（如图二的蓝色线段），两者间进行比较，便会发现到作用于产品平台中时明显有讯号劣化情形。而两者间路径损失（Path Loss）的差异，便可视为载台噪声的干扰所致。

图1：路径损失比较示意图。

在此必须强调一个观念，那就是载台噪声的存在是不可避免的，我们不可能将噪声降到零值，因为模块必须透过系统供电，而模块所放置的位置也会影响到邻近其它模块与接口，其中势必会有噪声的产生。不过载台噪声的存在虽然不可避免，却可以设法让其干扰降到最低、而不致影响通讯表现的程度，这也就是为什么我们要去量测噪声、找出干扰源的原因。

然而，要量测出载台噪声干扰并非难事，但若要验证载台噪声的来源有哪些、以及个别来源造成的干扰程度，则需要非常复杂与细致的量测方法，而这绝对是开发者的一大挑战。光是控制变因并对可能造成干扰的组件进行交叉量测，彼此间便可以产生上千种组合，像是不同的通讯频道间、Bluetooth与Wi-Fi、Wi-Fi与3G、3G与GPS等等，都可能因为讯号共存（Co-existence）、串音（Crosstalk）等状况造成讯号损耗。如何透过正确的量测顺序与手法、并将其间耗时的交叉量测加以自动化，以有效判断主要噪声源，便是其中的学问所在。

降低噪声的首要重点：制定合理的噪声预算（Noise Budget）以进行调变

在了解到载台噪声的干扰会造成接收感度恶化的情形，并且已知如何量测后，下一个重点就在设定出装置噪声的许可值，也就是制订出合理的噪声预算（Noise Budget），才能为装置做出最适宜的调整。也就是说，在得知该无线通讯技术可以如何解调（例如已知该3G模块的恶化情形是可以透过GPS模块解调的），了解到噪声大小与Eb/No（系统平均讯噪比）后，设定出合宜的噪声容许值，才能进行噪声干扰的修正（而非消除）。

然而，这样的修正并非单一组件的校正，而是需要一连串环环相扣的验证与修改。举例来说，当装置的屏幕对天线接收造成干扰时，要进行调变的不只是面板本身，还包括了背后的显示卡、输入输出功率、线路的设计、LVDS接口等，甚至是天线的表面电流分布方式，都需要进行调变。从图三简略的图示便可看出，影响无线装置讯号接收能力的可变因素有许多，而彼此间均有牵一发而动全身的依存关系。因此，依据实际的载台噪声状况，订定出合理的噪声预算，再据此进行调变以降低噪声，才是能有效提升产品质量的关键。

图3：无线装置接收表现的主要影响因素。

实例说明：最大干扰源--触控面板

如前所述，触控面板是各类以触控为核心应用的新式装置中所占面积最大的组件，相应产生的干扰问题也就越多，因此，确保其所造成的载台噪声能控制在噪声预算内，自然是验证时的第一要务。根据百佳泰的验证经验，目前在智能型手机及平板装置中，约莫有60%的干扰问题都来自于触控面板，其中又有70%是源于面板里的IC控制芯片，接下来我们就将针对触控面板的验证要点进行说明。

触控面板顾名思义，就是具备触控功能的面板，然而，触控面板第一个所需要克服的干扰，不是来自同一装置内的其它模块或接口，而是面板本身对触控功能所产生的干扰。包括像是面板的画素电极（Pixel Electrode）、画素频率（Pixel Clock）、储存电容（Storage Capacitor）、逐线显示（Line-by-Line Address）背光板模块（Back Light Unit）等都会造成面板对触控的干扰。

此时就要去量测触控时的电压，扫瞄并观察在不同时间以及使用不同触控点的电压变化，以了解实际载台噪声的状况，才能进行适当的调变。基本而言，触控的扫瞄电压约是100~200k，而屏幕的更新率则是五毫秒（ms），以检查所有触控点，这种低周期的频率便非常容易造成对GPS及SIM卡的干扰。因此，触控面板必须提高电压才能解决面板的干扰，也就是透过微幅降低触控感应的灵敏度，以换来载台噪声降低；而在实际量测观察时，除了需要透过精确的夹具与仪器外，也必须量测时域（而非频率），才能得到真正的错误率（BER）数据。

图4：触控面板噪声预算鱼骨图。

在量测出触控面板本身的噪声后，并设定出合理的噪声预算值后，就可以开始进行触控面板对各种不同模块的噪声量测，图四的触控面板噪声预算鱼骨图，就是我们根据经验归纳研究出的量测与验证顺序，必须透过对噪声预算的控制，来观察触控面板对不同模块的干扰状况。在图五的实际量测图中