超寬頻 (UWB) 抗干擾測試全解析：確保車用數位鑰匙與無線通訊的安全性與可靠度
- Sonya Chan
- 1月20日
- 讀畢需時 7 分鐘
隨著車聯網技術的飛速演進，超寬頻（Ultra-Wideband, UWB）技術已成為新一代汽車數位鑰匙（Digital Key）的核心標準。然而，隨著無線頻譜日益擁擠，來自 Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7 以及 5G 網路的訊號干擾，正對 UWB 系統的穩定性構成前所未有的挑戰。對於汽車製造商與晶片供應商而言，如何在複雜的電磁環境中確保 UWB 應用的功能正常，已不再是選配項目，而是產品上市前必須跨越的技術門檻。本文將深入探討 UWB 技術的特性、面臨的干擾風險，以及如何透過先進的測試解決方案，如向量訊號產生器與無線通訊測試儀，來驗證設備的抗干擾能力。
UWB 技術在車用領域的崛起與頻譜挑戰
超寬頻（UWB）技術因其能提供精確的定位與短距離通訊能力，正在迅速改變我們與汽車互動的方式。與傳統的射頻技術相比，UWB 具備極高的測距精度與安全性，這使其成為「安全測距應用」的首選技術 。
UWB 的核心運作原理
UWB 技術與傳統窄頻通訊截然不同，它利用極短的無線電脈衝進行傳輸，這些脈衝佔據了超過 500 MHz 的頻寬，在頻譜分佈上，UWB 通常運作於 3.1 GHz 至 10.6 GHz 的頻率範圍內，這種寬頻特性賦予了 UWB 兩大優勢：
高精度定位： 能夠實現即時資產追蹤與導航。
高安全性： 支援安全的存取控制與非接觸式行動支付 。
在車用領域，由車聯網聯盟（Car Connectivity Consortium, CCC）定義的數位鑰匙應用，正是 UWB 技術最早且最關鍵的導入案例，憑藉其高準確度、可靠性與安全性，UWB 的應用範圍已不僅止於無鑰匙進入系統（Keyless Entry），更擴展至車內兒童存在檢測（Child Presence Detection）以及手勢控制等先進功能 。
頻譜共存的危機：為何抗干擾測試至關重要？
儘管 UWB 功能強大，但它在物理層上有一個顯著的特性：低傳輸功率，UWB 的訊號發射功率被限制在極低的水平（例如 -41.3 dBm/MHz），這使得它能夠在其他無線服務所使用的頻段中「安靜」地運作而不造成干擾 。
然而，這種低功率特性也是一把雙面刃。由於 UWB 運作的頻段與許多現代無線技術重疊或相鄰，它非常容易受到來自其他高功率無線服務的干擾。這些干擾源主要包括：
Wi-Fi 6E 與 Wi-Fi 7： 運作於 6 GHz 頻段，與 UWB 的運作頻率高度重疊 。
C-V2X（車聯網通訊）： 車輛對外界的通訊技術。
未來的蜂巢式網路（Cellular Networks）： 新一代的行動通訊標準 。
因此，測試 UWB 應用——特別是涉及安全性的應用（如解鎖車門）——是否會被這些無線服務中斷，變得至關重要，如果不進行嚴格的抗干擾測試，當車主站在充滿 Wi-Fi 訊號的停車場或繁忙的街道上時，可能會面臨數位鑰匙失效的風險，這對於使用者體驗與車輛安全性都是無法接受的。
構建全方位的 UWB 抗干擾測試環境
為了在研發與品質保證（QA）階段準確評估現有與未來無線服務對 UWB 的影響，必須建立一套嚴謹的測試系統，這不僅是為了確保功能正常，更是為了能夠採取適當的對策來避免干擾，確保長期運作的穩定性 。
關鍵測試指標：飛行時間（ToF）與接收靈敏度
在 UWB 的眾多特性中，「安全距離測量」是各類應用的基礎，因此，在驗證 UWB 裝置與晶片組時，精確的飛行時間（Time of Flight, ToF）測量是絕對必要的，ToF 直接關係到系統判斷車主與車輛距離的準確性，是防止中繼攻擊（Relay Attacks）的關鍵。
抗干擾測試的核心邏輯，在於觀察當存在干擾訊號時，ToF 數值是否發生變化，或者接收靈敏度是否下降，干擾訊號可能會嚴重降低微弱 UWB 訊號的接收品質，導致 ToF 測量誤差甚至無法測量 。
測試設備配置詳解
Rohde & Schwarz 提供了一套完整的測試解決方案，能夠在不需要額外校正或路徑延遲測量的情況下，執行精確的 ToF 與接收靈敏度測量，這套系統的核心組件包括無線通訊測試儀與高效能的向量訊號產生器 。
這套測試系統的運作邏輯如下：
核心測試儀（R&S CMP200）： 這是無線通訊測試儀的主體，負責處理 UWB 訊號的分析與產生。
遠端射頻探頭（R&S CM-Z310A）： 連接至 CMP200，它包含 RF 功率分配器/結合器以及一系列衰減器，這個設計使得系統能夠進行 ToF 和靈敏度測量，並將干擾訊號注入測試路徑中 。
干擾源生成（R&S SMM100A）： 為了模擬真實世界的干擾，系統使用向量訊號產生器（如 R&S SMM100A）來產生干擾訊號，這台訊號產生器具備極佳的 RF 特性，頻率覆蓋範圍從 100 kHz 到 44 GHz，完整涵蓋了 6 GHz 以下的現有無線標準，以及 5G NR FR1 和 Wi-Fi 7 的新定義頻段 。
測試環境（R&S CMQ200）： 對於空中下載（OTA）測試，需要一個隔離外部雜訊的環境。CMQ200 屏蔽箱提供了 0.3 GHz 至 14 GHz 的頻率範圍與超過 80 dB 的屏蔽效能，非常適合 UWB OTA 測試 。
自動化測試軟體與流程
整個測試流程由 Python 基礎的軟體解決方案 R&S WMT（Wireless Manufacturing Test）控制。這套軟體專為大量生產測試與全自動研發應用量身打造，支援 5G NR、Wi-Fi、Bluetooth 以及 UWB 的測試（包含 TX、RX、ToF 與 AoA 測試） 。
在測試過程中，R&S WMT 軟體會透過標準的 FiRa UCI 指令介面（COM port）來控制待測物（DUT） 。測試的具體步驟通常如下：
建立連結： 測試儀與 DUT 建立通訊。
注入干擾： 透過訊號產生器產生特定頻率與功率等級的干擾訊號。這些訊號可以透過傳導方式（Conducted）經由功率耦合器注入，或透過天線以 OTA 方式注入 。
壓力測試： 逐漸增加干擾訊號的強度至指定數值，以此測試干擾源對 DUT 的影響 。
數據監控： 測試人員觀察 ToF 數值是否發生飄移，或是因為干擾過大導致無法完成 ToF 測量 。
實測數據解析：Wi-Fi 訊號對 UWB 的衝擊
為了具體量化干擾的影響，我們可以參考實際的測試案例。下圖展示了在不同頻寬的 Wi-Fi 訊號干擾下，UWB 接收器靈敏度的變化情形。
頻寬與功率的影響分析
從圖表數據中，我們可以觀察到幾個關鍵現象，深刻揭示了現代無線環境對 UWB 的挑戰：
干擾功率與靈敏度的負相關： 隨著橫軸「干擾源功率（Power (interferer) in dBm）」的增加（從 -85 dBm 向右移動至 -65 dBm），縱軸的「接收靈敏度（Sensitivity in dBm）」數值呈現上升趨勢（即靈敏度變差）。例如，當干擾功率極低時，系統靈敏度維持在約 -92 dBm 的高水平；但隨著干擾增強，靈敏度退化至 -85 dBm 甚至更差 。這意味著在強干擾環境下，UWB 裝置需要更強的訊號才能被成功解碼，這直接縮短了有效通訊距離。
頻寬效應（20 MHz vs. 320 MHz）： 圖中藍線代表 20 MHz 頻寬的干擾源，紅線代表 320 MHz 頻寬的干擾源。我們可以清楚看到，紅線（320 MHz）的靈敏度衰退發生得比藍線（20 MHz）更晚。換句話說，在相同的干擾功率下，較窄頻寬（20 MHz）的干擾訊號對 UWB 造成的影響更為劇烈。 這是因為在總功率相同的情況下，將能量集中在較窄的 20 MHz 頻寬內，其功率頻譜密度（Power Spectral Density）會顯著高於分散在 320 MHz 寬頻中的能量。對於 UWB 這種極寬頻的接收器來說，高密度的窄頻干擾往往比低密度的寬頻雜訊更具破壞力。
臨界點的識別： 透過使用高精度的向量訊號產生器進行掃描，工程師可以精確找出 DUT 的「崩潰點」。例如在圖中，當 20 MHz 干擾訊號強度超過 -80 dBm 後，靈敏度開始出現明顯的階梯式下降。這類數據對於定義產品的運作極限規格至關重要。
以全面測試確保 UWB 的未來
隨著 UWB 技術在智慧型手機與汽車之間的應用日益普及，確保其在複雜電磁環境下的強韌性已成為產業的剛性需求。無論是數位鑰匙的解鎖反應，還是車內兒童偵測的安全性，都不容許因無線干擾而出現誤判。
Rohde & Schwarz 所提供的綜合測試解決方案，結合了 R&S CMP200 無線通訊測試儀與 R&S SMM100A 向量訊號產生器，為開發者提供了一條通往高品質產品的捷徑。透過精確的 ToF 測量、靈活的 OTA/傳導測試配置，以及對各種干擾情境的模擬，製造商能夠在產品上市前消除潛在風險，確保 UWB 裝置在 Wi-Fi 7 與 5G 世代中依然能提供安全、可靠的服務 。這不僅是為了通過認證，更是為了贏得消費者對新世代車用科技的信任。
