首先我得說,「IoT」指的應該是「干擾物(Interference of Things)」,其他你聽到的解釋都只是行銷術語。

雖然採用有線通訊的連網裝置相對較少,但這類裝置──從農業、醫療應用到烤吐司機、寵物用品──大部分都是透過藍牙、Wi-Fi或是蜂巢式通訊來連結;其中有部份會被設計為將EMI發射限制於適當頻道,並拒絕頻外功率,但很多並不會。

以上的問題在美國時間8月9日於華盛頓特區(Washington D.C.)舉行的年度IEEE EMC+SIPI Symposium大會的「物聯網設計電磁相容性」(EMC for IoT)場次,被進一步突顯。

在這場長達4小時的研討會中,與會者了解到很多連網裝置設計在承受外部EMI方面做得不夠,可能是成本、功率以及尺寸等因素帶來的壓力,讓某些廠商銷售的產品只能剛好達到最低程度要求,而問題就會來自那些連網裝置的意圖發射器(intentional radiators)。

在某些情況下,「不良」發射器會發射過多的頻外能量;相反的,有些接收器排除頻外能量的過濾能力有限或是缺乏這種能力。

歐盟的無線電設備指令(European Radio Equipment directive)規定:「因無線電通訊或是無線電定位目的,有意圖發射或接受無線電波的設備,對無線電頻譜有系統性的使用;為了確保對無線電頻譜的有效利用,以避免有害的干擾,所有這類設備都屬於本指令的適用範圍。」

注意以上提到的「避免有害干擾」;很多產品會在認證實驗室接受EMI耐受度測試,確保能符合歐盟指令以及其他適用標準。其他連網裝置也會進行自我認證,其中有些產品可能因為來自發射器的過量鄰近頻道功率過量,或是採用不合格收發器,而無法通過合格測試。

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此CDMA訊號的部份功率溢至相鄰頻道

下圖的CDMA訊號之相鄰頻道功率低於雜訊基底,除了兩個低水準峰值。

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乾淨的CDMA訊號很適合其5MHz頻道

注意,Wi-Fi是使用未授權2.4GHz頻段,涵蓋2500~2690MHz;航空無線電導航以及無線電定位頻段是從2700MHz開始,兩者之間只有100MHz的頻段差距,有些廉價無線裝置的功率就可能會溢過該間隙。

在研討會上,來自荷蘭特文特大學(University of Twente Enschede and Thales Netherlands)的博士Frank Leferink在題為「無線系統(意圖性) EMI缺陷」的演說中指出,確保裝置與系統不會相互干擾的代價,是功耗、尺寸以及成本;「工程師想要拿掉濾波器,」他表示:「有些軟體定義無線電(SDR)設計者完全不用濾波器,認為只要靠軟體就能消除EMI問題。」

「超外差(superheterodyne)接收器的效果最好,」Leferink接著指出:「不過這種元件成本很高而且耗電,因此許多裝置會使用較便宜、耗電較低的外差(heterodyne)接收器。」

不過因為外差接收器比較敏感,它們比起超外差接收器,對於來自電子干擾器(Jammers)的干擾耐受程度可能較差。對此Leferink指出,除了軍方,使用電子干擾器是不合法的,但還是可以在深圳花500美元買到;可能會有歹徒會用電子干擾器破壞家用或汽車保全系統,入侵住宅竊盜或是偷走車輛。

在另一場技術研討上,美國國家標準技術研究所(NIST)的Bill Young提出了一個問題,即配備4G/LTE通訊的設備,會溢出功率至鄰近GPS頻段,干擾GPS接收器「固定」在衛星上的功能;他的演說題為「頻譜共享量測學:量測鄰近頻段LTE波形對GPS收發器衝擊」,分享了一種自動化測試量測方法,讓NIST工程師能為主管機關收集足夠資料,以決策該如何處理此議題。

隨著連網裝置越來越普及,顯然來自這些裝置的干擾,以及它們無法抵抗的干擾,會讓所有的EMI工程師在未來很久都不可能丟掉飯碗!

編譯:Judith Cheng

(參考原文:IoT: The Interference of Things,by Martin Rowe)