Allion Labs / Jim Wang
隨著無線通信技術，例如5G、W-Fi、藍牙?等不斷推層出新，以及連網(wǎng)產(chǎn)品快速普及，帶給人們更快捷便利的生活；然而，無線信號干擾的問題卻是日漸嚴重。無線信號干擾源不勝枚舉，而在日常生活環(huán)境中，最容易遇到的無線干擾有三種:
1.同頻干擾（Co-channel interference）：在同一場域不同裝置同時使用相同無線頻道，例如同樣使用2.4GHz Channel 6的微波爐和Wi-Fi裝置便會互相產(chǎn)生干擾而降低性能。
2.臨頻干擾（Adjacent channel interference）：異于同頻干擾，臨頻干擾是相鄰頻道的“距離”不夠遠，以導致信號能量干擾到鄰近的幾個頻道。
3.射頻干擾（RF interference）：因應便攜式設備熱潮以及多元化的功能應用，相關模塊設計已往輕薄短小發(fā)展，系統(tǒng)內(nèi)的輻射信號對自身天線性能產(chǎn)生干擾。
面對第三種由系統(tǒng)內(nèi)不同通訊模塊彼此產(chǎn)生的射頻干擾，因沒有一套舉世通用的標準去預防、解決，使得產(chǎn)品達到優(yōu)化設計難上加難，尤其在極其狹小與精簡的空間中，組件彼此間更容易產(chǎn)生噪聲干擾、而影響到其傳輸表現(xiàn)。本篇文章將聚焦日常生活中常見的射頻干擾問題，包括USB 3.1 設備（例如USB Dongle）在連接系統(tǒng)（例如筆記本電腦）時，與系統(tǒng)Wi-Fi 2.4GHz信號或是藍牙2.4GHz信號之間所產(chǎn)生的射頻干擾（RF interference），針對這些干擾問題，亦提供相對應的測試解決方案。
首先來介紹De-sense 接收感度惡化（Degradation of Sensitivity），它是目前在產(chǎn)品設計、開發(fā)、量產(chǎn)中普遍面臨的問題。Desense棘手之處在于，其干擾與被干擾的信號頻率相近，無法以簡單的濾波器濾除，所以通常須采取屏蔽（Shielding）、遠離噪聲源等硬件改善的方法，來破壞噪聲傳輸路徑達到降低干擾。然而，越趨小型化的電子產(chǎn)品，阻擋噪聲路徑的方案，效果也越來越不易設計與掌控。
其次，由系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)射的干擾信號雖小，但是因為距離接收天線非常近，危害影響卻很大。此種干擾會降低天線的信噪比（Signal-to-noise ratio），進而造成天線的吞吐量（Throughput）大幅下降，其中較常見的狀況即為USB 3.1 設備在連接系統(tǒng)時，與系統(tǒng)Wi-Fi 2.4GHz信號之間所產(chǎn)生的干擾，高速傳輸接口與無線通信出現(xiàn)嚴重抵觸，使得現(xiàn)行許多設備無法兩者并存。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1: 連接USB3 設備后，噪聲比未連接時多了 20dBm。 (Source: Intel Document: 327216-001 P.10)
USB 3.1 所產(chǎn)生的信號干擾可能來自接頭、線材及設備本身，如果Wi-Fi的天線靠近信號輻射的位置，則來自USB 3.1的干擾較易影響系統(tǒng)的無線接收器的靈敏度，這會導致無線網(wǎng)絡質(zhì)量的下降。
圖2: 干擾信號來自接頭、線材以及設備本身。(Source: Intel Document: 327216-001 P.9)
而目前系統(tǒng)不斷走向更為輕薄的體積發(fā)展，也使用了多功能SoC芯片，在單一芯片內(nèi)能同時擁有Wi-Fi、藍牙?和USB 3.1三種功能，使得系統(tǒng)天線和USB端口在產(chǎn)品設計上若是相對位置太相近，將會惡化干擾問題（見圖標1、圖標2），所以只要是配有USB 3.1接口的系統(tǒng)，為了避免無線網(wǎng)絡速率下降或是聯(lián)機范圍縮小等問題，在線材及設備上對無線干擾的遮蔽就變得相當重要。
無線干擾的潛在風險
面對產(chǎn)品設計不良的而造成的無線干擾問題，對于消費者以及廠商會帶來什么樣的影響呢?
消費者:?若產(chǎn)品質(zhì)量可被消費者認同，則消費者對于該品牌可能會抱持較正面的態(tài)度，甚至加速其購買行為。
廠商:?因產(chǎn)品質(zhì)量不佳帶來許多負面效果，例如:
- 增加產(chǎn)品開發(fā)時間
- 增加產(chǎn)品研發(fā)費用
- 增加退貨的機會
- 銷售量的減少
- 降低用戶對公司質(zhì)量的信任
- 降低使用者對品牌的忠誠度
- 降低公司品牌的形象
無線干擾Wireless Desense測試方案
為了解決上述USB 3.1對無線干擾的問題，百佳泰提出了 Wireless De-sense 的測試方案，目的是為了讓廠商能透過專業(yè)測試實驗室進行測試來確認產(chǎn)品質(zhì)量、建立良好的品牌信譽以立足于龐大的產(chǎn)業(yè)鏈中。Wireless Desense不但能夠針對系統(tǒng)產(chǎn)品，亦能夠針對USB配件、藍牙?配件，提供相對應的驗證服務。接下來，就讓筆者來分享百佳泰打造的專業(yè)測試環(huán)境與實測案例吧!
Wireless Desense測試環(huán)境?
- 測試平臺、信號衰減器以及AP分別放置電波隔離室(箱)，以排除其他干擾變量發(fā)生
- 測試平臺（SUT或是DUT）可為筆記本電腦、USB Docking、藍牙?鍵盤、藍牙?音箱等
圖3: Wireless Desense測試環(huán)境
Wireless Desense實測案例
測試平臺：兩臺筆記本電腦，編號為USB#0和USB#1
測試手法：在3段不同的訊號強度，分別為強信號、中等信號以及弱信號下，將同一個USB 3.1裝置插入兩臺筆記本電腦系統(tǒng)的USB接口，量測USB裝置連接與未連接系統(tǒng)之間系統(tǒng)Wi-Fi 接收與傳送吞吐量流量差異變化。
測試標準：
百佳泰訂定嚴格的吞吐量流量差異標準，以確保一般使用者在筆記本安插USB裝置時，不會影響筆記本連網(wǎng)速度以及穩(wěn)定性等問題。
- 強信號（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，吞吐量流量差異標準 <= 5%
- 中等信號（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，吞吐量流量差異標準 <= 5%
- 弱信號（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，吞吐量流量差異標準 <= 10%
測試結(jié)果：
根據(jù)報告顯示，在強信號（Strong Signal）的測試狀態(tài)下，不管是USB#0筆記本電腦或是USB#1筆記本電腦，兩臺系統(tǒng)的Wi-Fi 接收或是傳送 吞吐量流量差異都在合格范圍低于5%標準值。
在中等信號（Medium Signal）測試狀態(tài)下，USB#0筆記本電腦得到的傳送數(shù)值-7.43%以及接收數(shù)值-8.05%皆高于標準值5%，這項結(jié)果顯示，系統(tǒng)Wi-Fi在中等信號下，將會明顯得被USB裝置的信號影響。
在弱信號（Weak Signal）的測試狀態(tài)下，USB#0筆記本電腦的接收、傳送以及USB#1筆記本接收的吞吐量流量差異，皆在合格范圍低于5%標準值。唯獨USB#1筆記本的發(fā)送數(shù)值為-11.04%高于標準值5%，對應到日常生活中的常見問題，例如筆記本電腦在上傳檔案時會發(fā)生延遲現(xiàn)象。
| RSSI Type | Traffic | Throughput (Mbps) w/o dongle | Throughput (Mbps) w/ dongle | Throughput Drop Rate(w/ Dongle-w/o Dongle) / (w/o Dongle) | Criteria | |
| USB #0 Laptop | RSSI: -45 ~ -50 dB (Strong) | Tx | 180.0 | 176.0 | -2.22% | <= 5% |
| Rx | 179.0 | 172.0 | -3.91% | <= 5% | ||
| RSSI: -68 ~ -72 dB (Medium) | Tx | 175.0 | 162.0 | -7.43% | <= 5% | |
| Rx | 174.0 | 160.0 | -8.05% | <= 5% | ||
| RSSI: -78 ~ -81 dB (Weak) | Tx | 94.3 | 91.6 | -2.86% | <= 10% | |
| Rx | 93.1 | 87.9 | -5.59% | <= 10% | ||
| USB #1 Laptop | RSSI: -45 ~ -50 dB (Strong) | Tx | 180.0 | 176.0 | -2.22% | <= 5% |
| Rx | 178.0 | 175.0 | -1.69% | <= 5% | ||
| RSSI: -68 ~ -72 dB (Medium)? | Tx | 179.0 | 175.0 | -2.23% | <= 5% | |
| Rx | 173.0 | 168.0 | -2.89% | <= 5% | ||
| RSSI: -78 ~ -81 dB (Weak) | Tx | 90.6 | 80.6 | -11.04% | <= 10% | |
| Rx | 91.6 | 85.6 | -6.55% | <= 10% |
測試平臺：兩臺筆記本電腦，編號為USB#0和USB#1
測試手法：在3段不同的信號強度，分別為強信號、中等信號以及弱信號下，將同一個USB 3.1裝置插入兩臺筆記本系統(tǒng)的USB接口，確認USB裝置連接與未連接系統(tǒng)時，藍牙?鍵盤與藍牙?鼠標皆可順利且正常的操作。
測試標準：
透過專業(yè)測試人員嚴加判斷測試結(jié)果，確保一般使用者在筆記本安插USB裝置時，不會影響藍牙?鍵盤或是藍牙?鼠標使用上的不順暢。
- 強信號（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，鍵盤/ 鼠標操作無任何延遲以及中斷的現(xiàn)象
- 中等信號（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，鍵盤/ 鼠標操作無任何延遲以及中斷的現(xiàn)象
- 弱信號（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，鍵盤/ 鼠標操作無任何延遲以及中斷的現(xiàn)象
測試結(jié)果：
根據(jù)報告顯示，無論在在強信號（Strong Signal）、中等信號（Medium Signal）亦或是弱信號（Weak Signal）的測試狀態(tài)下，不管是USB#0筆記本或是USB#1筆記本，藍牙?鍵盤或是藍牙?鼠標在操作上無任何延遲以及中斷現(xiàn)象。
測試平臺：兩臺筆記本電腦，編號為USB#0和USB#1
測試手法：在3段不同的信號強度，分別為強信號、中等信號以及弱信號下，將同一個USB 3.1裝置插入兩臺筆記本電腦系統(tǒng)的US接口，同時播放Youtube 4K影片，確認USB裝置連接與未連接系統(tǒng)時，藍牙?音箱仍可順利正常播放聲音，不會有任何延遲或破音情況發(fā)生。
測試標準：
透過專業(yè)測試人員嚴加判斷測試結(jié)果，確保一般使用者在筆記本安插USB裝置時，播放中的Youtube 4K影片，不會受到USB信號影響，而能夠透過藍牙?音箱正常播放聲音。
- 強信號（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，聲音正常播放，沒有任何延遲或破音情況發(fā)生
- 中等信號（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，聲音正常播放，沒有任何延遲或破音情況發(fā)生
- 弱信號（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，聲音正常播放，沒有任何延遲或破音情況發(fā)生?
測試結(jié)果：
根據(jù)報告顯示，無論在在強信號（Strong Signal）、中等信號（Medium Signal）亦或是弱信號（Weak Signal）的測試狀態(tài)下，不管是USB#0筆記本或是USB#1筆記本，藍牙?音箱皆能正常播放聲音，沒有任何延遲或破音。
結(jié)語
Desense 并非單一產(chǎn)品才會發(fā)生的問題，任何組件在運作時，工作頻率只要是相近的，都有可能會發(fā)生因干擾而造成信號接收感度下降的情況，這些從組件發(fā)出的信號若是因設計不良，就很有可能會造成相互干擾。傳輸接口，例如HDMI、觸控屏幕、相機模塊、固態(tài)硬盤及無線芯片組/無線模塊（如Wi-Fi、藍牙?、GPS）等，均需透過縝密的量測、計算，才能精準找出最佳的內(nèi)建位置，避免彼此間的干擾，將所有可能的問題風險降至最低。
本文所探討的內(nèi)容雖然僅是噪聲驗證的其中一種狀況，然而，我們已可以見微知著了解到無線通信技術的博大精深，以及信號干擾掌控的技術深度。廠商在開發(fā)時，均需透過更深入的研究、更多的技術資源與精力投入，或是透過第三方專業(yè)實驗室協(xié)助，開發(fā)相應的量測方式及與測試解決方案。本文提及的測試環(huán)境以及測試手法等等，看似不難，然而，在執(zhí)行測試時需要專業(yè)知識以及測試經(jīng)驗，例如在不同大小的屏蔽室，該如何調(diào)整DUT與衰減器之間的距離以及天線角度調(diào)整等等。
Wireless Desense測試亦在百佳泰推出的系統(tǒng)周邊配件資格認證計劃中，扮演舉足輕重的角色；隨著輕薄型計算機市占率逐年增高，相對帶動了周邊零配件的需求并且?guī)邮袌龅呐畈l(fā)展，百佳泰與時俱進，持續(xù)開發(fā)的系統(tǒng)周邊配件資格認證計劃，尤以Mac配件資格認證最具代表性，期望能夠協(xié)助制造商在早期階段驗證產(chǎn)品與系統(tǒng)的兼容性。一旦產(chǎn)品通過測試后，百佳泰將會提供測試報告及證書作為產(chǎn)品質(zhì)量證明。通過質(zhì)量測試的產(chǎn)品在市場上更能表現(xiàn)出與一般產(chǎn)品的差異性:
- 成為市場上一流的產(chǎn)品
- 具備創(chuàng)新與排他性
- 深受市場消費者信賴的產(chǎn)品
- 消費市場上的質(zhì)量保證
無論您是供貨商、品牌商、電商及通路商，百佳泰都能夠在質(zhì)量證明上助您一臂之力。