文章來源：IEEE.SPECTRUM，TECH2IPO/創見 陳錚編譯，譯文創見首發，轉載請註明出處
Roberson 住在伊利諾伊的惠頓學院，每次當他開車接近位於山頂的電子變壓器時，車子的調頻收音機就會嘟嘟響個不停。當他在芝加哥路過一個高速列車經過的路口時，其正在通話中的手機都會立馬斷線。有相同遭遇的 Matheson 已經開始訓練自己習慣這一事實，他每次都要等到播放電視廣告時才會使用自己的電動牙刷，因為只要他一打開電動牙刷，卧室中的電視所播放的畫面和聲音就會受到干擾。
這就是射頻噪音污染對於我們生活的干擾，它無處不在。這是一種你看不見、聽不到、聞不着也嘗不到的污染物。你不能將它召喚出來在閒暇時分好好研究一番，因為它行蹤不定，處處都有它的身影。事實上任何一個電子設備都能發出射頻噪音，從發電機到汽車引擎，再到你桌上的電腦都無一倖免。那些看隨處可見的高壓霓虹燈和我們屋內的日光燈鎮流器一刻不停地在發出高頻率的嘟嘟聲，你敢説沒有聽到過？工業機械、電梯、電焊工、繼電器、電源開關，甚至是用來調節枱燈亮度大小的開關，都加入到了這個射頻噪音軍團中。（當然了，這種噪音的天然來源也是無處不在，閃電、太陽耀斑都包含其中，但是在本文中我們不會對天然來源進行討論。）
由射頻噪音污染帶來的問題可以分為以下四類：首先，它增加了部署無線系統的成本，因為它減少了設備的電池壽命；其次，它在廣泛的頻率之中帶來了多種多樣的干擾；同時，現如今還沒有針對這一噪音污染的政策干預，因為你受到的干擾越多，就需要在更多的頻段中進行轉換以將信息發出。因此現實中的無線網絡其實並不能達到人們預先設計好的數據傳輸效率。最後，想要追蹤射頻污染的源頭是非常昂貴的，當你想要去查個究竟的時候，只要電子設備使用者將其停用就難以查出源頭。
可想而知，當物聯網全面進入生活中時，這種射頻噪音污染會更加嚴重。物聯網的普及會使我們身邊無數的普通物件都被安裝上覆雜的射頻控制芯片，比如門鎖、電燈開關以及所有的電器，連汽車甚至是我們的身體都有可能被裝上芯片，這一切都是為了讓萬物都能連上網。每一個芯片都會變成潛在的射頻噪音污染源。雖然有很多技術手段可以用於解決這一問題，但是由於被使用於各種產品中的射頻控制芯片數量太過龐大，這也就意味着製造商不會有動力去為他們的產品增加屏蔽噪音的功能，因為這無疑會增加其製造成本。我們常説沉默是金，沒錯，想要獲得一個靜謐的環境也是要花錢的。
與射頻噪音抗爭的拉鋸戰
是時候讓我們公開討論射頻噪音污染這一問題了，關於這一問題的研究在數十年前就已經展開，我們只不過是將這個問題重新帶回公眾視線中。
不管你是否相信，美國直到上世紀 70 年代中期才由電信科學研究所展開了針對射頻噪音的系統性研究。而此時，始於商業廣播電台的人造電子噪音已經困擾了人們近半個世紀。噪音問題隨着電子產品與無線系統使用的增多而不斷增長，在這期間很多細節已經隨着使用產品的不同而發生了改變。
早在 1927 年時就已經出現了可以抑制射頻噪音的方法，這種方法能夠讓人們開車依然正常收聽車內收音機。但是直到上世紀 30 年代末，全美國也才有 20% 的汽車裝有內置收音機，這也就意味着有 80% 的車主其實並不會想到使用噪音抑制裝置。而當電信科學研究所在上世紀 60 年代中期至 70 年代初期進行廣泛的射頻噪音評估時，發現絕大部分汽車都沒有使用射頻噪音抑制裝置。這些汽車製造了嚴重的電子噪音，測量人員甚至可以聽到隔了幾個街區之外的噪音。
如今每一輛汽車中都裝有收音機，但是發出噪音的火花塞問題已經不再是個困擾。這個消音過程仍在持續：在上世紀 60 年代，安靜的交流電機開始取代了吵個不停的發電機，電子點火器也替代了發出噪音的配電器。與此同時，電子開關取代了鬧哄哄的繼電器。如今越來越常見的電動汽車將會帶來比普通汽車更多的電子噪音干擾，但是它們已經做到了充分抑制噪音以保證手機與車內收音機的工作。同樣的改進還出現在辦公場所與家居生活中，早期的燈光調節器通常都會發出電子噪音，而今天的同類產品則安靜得多。個人電腦也針對靜音問題進行了重新設計，在計算機內部與外部的無線數據連接過程中降低了電子噪音。
雖然人們已經為此做出了許多努力，但是射頻噪音問題還是日益嚴重。儘管大多數的電子設備帶來的射頻噪音污染相比它們的前輩已經有所削減，但是要知道，我們如今日常生活中使用的電子產品也比過去多得多。而另一個使射頻噪音污染問題更加嚴重的原因在於電網已經迅速擴展，風電場與家用太陽能發電也接入其中。當這些設備生成電力並將其傳輸迴流進電網的時候，它們需要大量的 60 赫茲功率乃至更高速率的直流電開關。如果在過程中操作不當，它們也將為電網帶去大量的射頻噪音。那些沒有專家維護設備的且使用風電系統和太陽能發電的普通家庭，將因此面臨被放大了的射頻噪音污染風險。
讓事情變得更糟的是如今的電子產品對於射頻噪音更加敏感了。很多新的無線系統，包括智能手機所使用的無線網絡在內，都被設計成儘可能使用較低功率來保證基本功能的運行。這就意味着只需要一點點的射頻噪音干擾就足以減少智能手機無線網絡信號的覆蓋範圍。
有一些日常電子設備的固有功能中就包含了不必要的能量傳輸，比如説微波爐，它用於烹飪食物的射頻能量中同樣包含了大量的射頻噪音。當微波爐的射頻屏蔽裝置不完善時，就會使得這種射頻能量泄露並且影響到其他電子設備的運作。射頻噪音還有可能來源於設備的缺陷，比如説一個在高壓電力傳輸系統絕緣罩上出現的小小缺口。這一類疏忽會出現在意想不到的時間與地點，製造出頻率難以被預測的噪音。
射頻噪音污染問題到底有多嚴重？
城市之中的射頻噪音比郊區要高得多，這是因為城市中彙集了數量繁多且種類各異的電子設備，城市當中的個人電腦、收音機、家用電器以及工業電子設備都要被鄉村地區更為密集。
為了勾勒出一個具有代表性的射頻噪音地圖，我們選擇了一個典型的美國城市郊區作為採集地。我們為噪音監測車配備了頂部天線、GPS 接收器以及一個外形小巧的訂製的頻譜測量儀器。我們開着這輛全副武裝的車子穿過北弗吉尼亞，這條路線經過了許多高壓與低壓輸電線路，大約覆蓋了 10 平方公里地區。
我們將頻譜接收器設置到 10 頻段，範圍從 100 到 1500 兆赫，這個範圍應該可以覆蓋大部分未知的信號。為了能夠檢測到供電開關的噪音水平，我們關注 100 千赫左右的噪音振幅變化，而為了能檢測到輸電線路的射頻噪音，我們還關注 60 赫茲到 120 赫茲的噪音振幅變化。
我們沿着一條高壓輸電線路開了很長一段時間，卻並沒有檢測到很多射頻噪音，不過我們發現了會隨機出現一些熱點。這表明此處的射頻噪音的來源並不是系統性因素，在高壓輸電線路中並不存在設計缺陷。但是這些被檢測到的隨機出現的射頻噪音熱點有可能是鬆動的螺母，或者是線路絕緣材料破裂造成的。如果電力公司能夠定期維修線路，這些射頻噪音將不會成為問題，但是在現實中電力公司往往要等到有人開始投訴才進行電路整修。
在我們的這次測量實驗中，最有可能產生射頻噪音的户外高壓線路其頻率比 500 MHz 高出了 10%。在離這條高壓線路 100 米遠處，其被檢測出的噪音水平達到了令人吃驚的程度，在某些情況下這種噪音可以達到 60 分貝，這已經超出了在正常的環境下能夠存在的熱噪聲水平。
我們這個簡單的實驗能夠讓你對於城郊環境中的射頻噪音分佈具有基本的認識。讓我們感到吃驚的是，自從 30 多年前電信科學研究所展開針對射頻噪音的調查之後，此後再沒有人使用可靠的測量手段對於射頻噪音進行完整的、具有統計意義的調查。隨着時間、地點、頻段以及操作環境的變化，射頻噪音的水平也會發生明顯的改變。比如説我們通常認為高於 100 MHz 的頻段中就不應該有射頻噪音存在，但是在這次我們條件有限的測量中也已經發現了該頻段中存在大量的射頻噪音。
最大的問題在於沒有意識到問題的存在
真正令人擔憂的是，沒有人知道近年來户外射頻噪音水平到底是增加了還是減少了。針對室內環境也是如此，如今在室內存在着如此多的無線設備，但是卻沒有人系統地進行過測量。事實上，建築物內的射頻噪音已經成為了一個大麻煩。在一個普通的中產階級家庭當中如今已經擺滿了能夠製造射頻噪音的各種電子設備，還記得本文開頭提到的電動牙刷嗎？這些能夠發出噪音的電子產品還包括了筆記本電腦電源、電動工具、LED 燈控制器以及所有存在設計缺陷的電子設備。
射頻噪音確確實實會對於你的手機信號接收產生干擾，但是你要如何發現它呢？這就是問題所在，你可能根本不知道自己的手機信號接收不良是因為射頻噪音的存在。
新式的無線電信號發射器以及它們的故作玄虛的數字調製方案在發生故障時不會為你留下準確的線索。老式的系統則透明的多——「聽上去似乎是汽車引擎干擾了我的信號」。自動糾錯方案和重傳方案可以完全將那些對於用户信號的干擾隱藏起來。你唯一能夠發現蛛絲馬跡的地方就是手機性能越來越差，或者是手機電池的續航時間比以前差得多。即使我們能收集到大批用户對此的批評抱怨（況且現在還沒有），可能對於解決問題也無濟於事。
想要解決開始解決這個問題，我們就需要大範圍的收集統計射頻噪音相關數據。我們需要確定射頻噪音在何時何地出現以及處於那一頻段之中，並且在每一次監測中都追蹤到它的來源。我們需要取得在不同的電子環境、人類活動、建築規範、天氣以及地形條件下的測量樣本。
一個人在他的新家廚房天花板裝上了 LED 燈，並且配上了調光器開關。他鎮上的幾個鄰居卻開始發現自家車庫門開關變得不太靈光了。在幾周後，這個人終於發現了原來是自己的廚房燈具影響了鄰居車庫大門的運作。他嘗試了各種方法去修正這個問題都失敗了，不得已只好將調光開關換成了普通的開關，噪音干擾果然消失了。這是一個真實的故事。沒有人對此地的射頻噪音做任何測量，當地的聯邦通信委員會辦公室也不想要知道這一情況。那麼這到底能怪誰呢？是錯誤地使用了調光開關還是安裝環節發生了錯誤？如果調光開關本身就是罪魁禍首，那麼全美國有數以百萬計的調光開關，它們會造成何種干擾，沒人知道。
建立噪音數據庫成為解決問題關鍵
如果我們能夠建立起相關的噪音數據庫，在理論上是可以讓當局修改如今的監管標準的，甚至可以進一步利用這些數據去影響未來幾十年的相關標準。其中最難的部分就是在成本與效益之間設立一個保持平衡的標準。然而現在我們面臨的狀況是幾乎所有的相關數據都缺失，我們只能在自己收集到的非常有限的數據基礎上採取行動，因此也難以去證明射頻噪音問題是不是一個廣泛存在的問題。
監管部門需要改變分配電磁波頻譜的方式，如今的監管者只擔心其中一種非常確定的干擾源即廣播電台，但是他們卻忽視了射頻噪音的存在。相對於那些已知的干擾源來説，射頻噪音造成的干擾會嚴重得多。
即使你從來沒有因為使用電動牙刷而干擾到自家電視的信號，你的手機通話也沒有因為接近變壓器而被打斷，你仍然承擔了射頻噪音污染帶來的成本。因為你所依賴的無線網絡系統不得不在設計上持續改進以處理不斷加劇的噪音。在電子設備越來越普及且使用的頻段越來越集中時，射頻噪音問題只會越來越嚴重。消除射頻噪音沒有什麼一勞永逸的方法，因為這個問題不僅僅出在設計與維修中，它還有一定的隨機性，因此我們難以排除造成射頻噪音的其他影響因素。
無論如何，現在因為缺失射頻噪音基礎數據以至於難以衡量該問題的嚴重性，這種狀況是不能被接受的。在我們採取行動之前，首先需要數據的支持去理解射頻噪音在無線通信中扮演的角色。如果放任射頻噪音問題不去解決，之後想要解決問題付出的代價會越來越大。
資料來源：TECH2IPO
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