邁向萬物互聯的挑戰：資深工程師眼中的無線共存性（Wireless Coexistence）測試實務

在電磁相容性（EMC）領域摸爬滾打了二十多年，我見證了這個產業從單純的「預防干擾」演變成如今極其複雜的「確保共存」，早期我們只關心設備是否會發出超標的電磁輻射，或是能否抵抗簡單的靜電放電，但隨著 2020 年底全球 IoT 產品突破 200 億件，頻譜變得前所未有的擁擠，現在一個資深工程師最頭痛的不再是單純的訊號屏蔽，而是無線共存性（Wireless Coexistence），這是一場在授權與非授權頻段（如 2.4GHz ISM 頻段）中爭奪生存空間的戰爭。

為什麼傳統 EMC 測試已不足以應對現代 RF 環境？

過去的法規測試，如歐盟的 RED 指令，雖然定義了接收器阻塞測試（Receiver Blocking Tests），但這些測試大多是在理想的實驗室條件下進行的「Pass/Fail」判定，無法真實反映設備在現實世界中的表現。

現實世界的 RF 環境是動態且殘酷的，想像一個充滿 WLAN、藍牙和 LTE 訊號的醫院環境，醫療監控系統（WPMS）必須在這些強大的干擾源中保持數據傳輸的連續性，如果我們只按照傳統的「理想化」條件進行測試，得到的性能數據在實際運作中往往會大打折扣，這就是為什麼我們現在必須引入 ANSI C63.27 標準，這也是目前唯一針對無線共存性提供詳細指南的測試標準。

從干擾發射到功能性無線性能（FWP）

在資深工程師的眼裡，共存性測試的本質是評估功能性無線性能（Functional Wireless Performance, FWP），我們不再只看電場強度，而是看應用層的表現，例如一個無線病患監護系統，它的 FWP 就是「病患數據能持續且準確地傳送到監控站」，如果因為干擾導致數據延遲或失敗，引發警報誤報，這就是共存性失敗的表現。

深入剖析 ANSI C63.27：無線共存測試的核心架構

ANSI C63.27 的核心在於建立一個基於風險的測試計畫，身為測試計畫的制定者，我們必須定義六個核心步驟：識別電磁環境、確定 FWP、評估風險等級、選擇測試方法、確定預期訊號以及確定干擾訊號。

風險等級與測試計畫的制定

標準將產品分為三個風險等級（Tier）：高風險（Tier 1）、中度風險（Tier 2）和最低風險（Tier 3），這種分類法決定了測試的複雜程度，對於 Tier 1 產品（如維生醫療設備），我們甚至需要在測試中同時引入三個併發的干擾訊號，以模擬最極端的情況。

在實際操作中，我們會先量測特定地點（如醫院或繁忙商場）的頻譜占用情況，以瞭解設備將面臨的真實 EM 環境，這不僅僅是為了符合法規，更是為了確保產品未來的可靠性。

關鍵指標：從實體層到應用層的 KPI

我們透過關鍵性能指標（KPI）來量化 FWP。對於傳輸 IP 封包的設備，封包錯誤率（PER）和 Ping 延遲是最直觀的指標。在資深工程師的測試清單中，數據吞吐量（Throughput）和區塊錯誤率（BLER）也是不可或缺的項目。

實戰演練：複雜 RF 環境下的輻射測試挑戰

當我們從傳導測試轉向輻射測試（Radiated Testing）時，技術難度會呈幾何倍數增加。

OTA 鏈路預算的精確計算與補償

在全電波暗室（RAC）中進行無線測試，我們必須精確計算 OTA 鏈路預算（Link Budget），這涉及功率放大器增益、天線增益、路徑損耗以及天線指向誤差等複雜變數。

公式上，接收功率（Pr）等於發射功率（Pt）加上放大器與天線的總增益，再減去各種損耗，為了補償輻射訊號的路徑損耗，我們會使用訊號產生器與頻譜分析儀進行掃描校準，資深工程師會建議在後處理步驟中應用路徑損耗補償，以確保數據的真實性。

OTA 輻射測試中的路徑損耗補償設定，展示了從發射端到接收端的補償計算邏輯。

寬頻放大器在共存性測試中的關鍵角色

在輻射抗擾度（EMS）或共存性測試中，放大器是整個系統的靈魂，為了在 3 米距離下產生足夠的場強（如 10 V/m 或更高），我們需要數百甚至上千瓦的功率輸出。

我通常會選擇具備高線性度的 Class A 放大器，雖然它們效率較低，但能提供最精確的輸入訊號複製，並將諧波與交互調變產物降至最低，如果放大器進入壓縮區（如 1 dB 壓縮點），產生的諧波可能會讓受測設備（EUT）產生非預期的反應，這會嚴重誤導測試結果；此外由於天線阻抗隨頻率劇烈變化，放大器必須具備極高的電壓駐波比（VSWR）耐受能力，即使在全反射的情況下（如天線開路或短路）也不能損壞。

跨產業應用實例：從智慧醫療到自動駕駛

無線共存性的挑戰橫跨了多個高科技產業，每個產業都有其獨特的技術痛點。

智慧醫療：病患監護系統的極限測試

在醫療場景中，多個並置（Co-located）設備的相互干擾（Mutual Interference）是極大威脅。當兩台設備距離僅有 20 公分且在相同頻道運作時，性能下降會非常顯著。

資深工程師會利用自動化腳本，同時運行多個 PER 量測，例如當第一台設備啟動傳輸後，再開啟第二台干擾源，觀察第一台設備 PER 是否從正常的低水平飆升至 29% 以上（遠超法規要求的 10% 限制），這種極限測試能幫助研發團隊優化韌體層面的抗干擾演算法。

車用電子：整車層級的無線性能評估

現代車輛整合了 Wi-Fi、藍牙、LTE 甚至無線電池管理系統（BEMS），它們全都擠在 2.4GHz 頻段，這需要使用大型半電波暗室，將車輛置於轉盤中央，並在 3 米距離外佈署高增益號角天線進行測試，為了不漏掉車內微弱的訊號，我們有時還需要將頻率選擇性功率感測器直接放置在車體內部。

車用電子整車層級的輻射共存性測試架構，展示了轉盤、天線與監控儀器的空間佈置。

深入探討：UV 曲線與現場錄製回放

對於希望深入優化接收器性能的工程師來說，UV 曲線（UV Shaped Curves）量測是必經之路，透過掃描干擾訊號的頻率與功率，我們可以繪製出接收器處理帶內（In-band）與帶外（Out-of-band）干擾的能力曲線，此外現在流行一種「將現場帶回實驗室」的方法：使用數位 IQ 記錄器在現實場景（如繁忙的十字路口）錄製 RF 頻譜，然後在暗室中回放給受測設備。這種方法能發現許多純人工合成訊號無法模擬的邊際故障。

產品與解決方案介紹

選擇正確的「戰友」是成功的關鍵，針對上述複雜的共存性測試，R&S 提供了一套成熟的產品矩陣：

R&S CMW500 無線通訊測試儀
這是共存性測試的核心，能模擬 WLAN AP、LTE 基地台或藍牙裝置，並內建數據應用單元（DAU）來量測 Ping 延遲與 PER。

R&S SMW200A 向量訊號產生器
用於產生極其精確且複雜的干擾訊號，支持高達三路併發干擾訊號的產生。

R&S FSW 訊號與頻譜分析儀
具備業界領先的動態範圍，用於監控 RF 頻譜並驗證路徑補償結果。

R&S BBA 系列寬頻放大器

• BBA130： 可調諧的設計，允許工程師在 Class A 與 Class AB 之間調整，靈活應對不同調變訊號。
• BBA150： 覆蓋高達 6GHz 的頻率範圍，具備強大的抗失配能力，是輻射抗擾度測試的基準。
• BBA300： 針對 5G 與微波頻段優化，頻率可延伸至 18GHz，滿足最新一代無線通訊的測試需求。

R&S AdVISE 視覺檢查軟體
透過影像辨識技術，自動監控受測設備的螢幕或燈號變化，完美取代了傳統耗時耗力的人眼觀察法。

共存性是連結世界的隱形基石

深感無線共存性測試的重要性，它不再只是為了一個證書，而是為了確保在萬物互聯的未來，我們的無線設備能夠在混亂的電磁波中，依然穩健地傳遞每一筆關鍵數據，透過遵循 ANSI C63.27 標準，並搭配如 R&S CMW500 與 BBA 系列放大器等頂尖工具，我們才能真正打造出具備「頻譜韌性」的高品質產品。