隨著無線通信技術(shù)，例如5G、W-Fi、藍(lán)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(yán)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(shí)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(yuǎn)，以導(dǎo)致信號能量干擾到鄰近的幾個(gè)頻道。
3.射頻干擾（RF interference）：因應(yīng)便攜式設(shè)備熱潮以及多元化的功能應(yīng)用，相關(guān)模塊設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)去預(yù)防、解決，使得產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shè)備（例如USB Dongle）在連接系統(tǒng)（例如筆記本電腦）時(shí)，與系統(tǒng)Wi-Fi 2.4GHz信號或是藍(lán)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(yīng)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(shè)計(jì)、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(yuǎn)離噪聲源等硬件改善的方法，來破壞噪聲傳輸路徑達(dá)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(shè)計(jì)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?yàn)榫嚯x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(jìn)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(shè)備在連接系統(tǒng)時(shí)，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(yán)重抵觸，使得現(xiàn)行許多設(shè)備無法兩者并存。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1: 連接USB3 設(shè)備后，噪聲比未連接時(shí)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(shè)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(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的下降。
圖2: 干擾信號來自接頭、線材以及設(shè)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(shí)擁有Wi-Fi、藍(lán)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(shè)計(jì)上若是相對位置太相近，將會惡化干擾問題（見圖標(biāo)1、圖標(biāo)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(luò)速率下降或是聯(lián)機(jī)范圍縮小等問題，在線材及設(shè)備上對無線干擾的遮蔽就變得相當(dāng)重要。
無線干擾的潛在風(fēng)險(xiǎn)
面對產(chǎn)品設(shè)計(jì)不良的而造成的無線干擾問題，對于消費(fèi)者以及廠商會帶來什么樣的影響呢?
消費(fèi)者:?若產(chǎn)品質(zhì)量可被消費(fèi)者認(rèn)同，則消費(fèi)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(fù)面效果，例如:
- 增加產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間
- 增加產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用
- 增加退貨的機(jī)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試來確認(rèn)產(chǎn)品質(zhì)量、建立良好的品牌信譽(yù)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(lán)牙?配件，提供相對應(yīng)的驗(yàn)證服務(wù)。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(shí)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(lán)牙?鍵盤、藍(lán)牙?音箱等
圖3: Wireless Desense測試環(huán)境
Wireless Desense實(shí)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(qiáng)度，分別為強(qiáng)信號、中等信號以及弱信號下，將同一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)：
百佳泰訂定嚴(yán)格的吞吐量流量差異標(biāo)準(zhǔn)，以確保一般使用者在筆記本安插USB裝置時(shí)，不會影響筆記本連網(wǎng)速度以及穩(wěn)定性等問題。
- 強(qiáng)信號（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，吞吐量流量差異標(biāo)準(zhǔn) <= 5%
- 中等信號（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，吞吐量流量差異標(biāo)準(zhǔn) <= 5%
- 弱信號（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，吞吐量流量差異標(biāo)準(zhǔn) <= 10%
測試結(jié)果：
根據(jù)報(bào)告顯示，在強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值5%，這項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)值。唯獨(dú)USB#1筆記本的發(fā)送數(shù)值為-11.04%高于標(biāo)準(zhǔn)值5%，對應(yīng)到日常生活中的常見問題，例如筆記本電腦在上傳檔案時(shí)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(qiáng)度，分別為強(qiáng)信號、中等信號以及弱信號下，將同一個(gè)USB 3.1裝置插入兩臺筆記本系統(tǒng)的USB接口，確認(rèn)USB裝置連接與未連接系統(tǒng)時(shí)，藍(lán)牙?鍵盤與藍(lán)牙?鼠標(biāo)皆可順利且正常的操作。
測試標(biāo)準(zhǔn)：
透過專業(yè)測試人員嚴(yán)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(shí)，不會影響藍(lán)牙?鍵盤或是藍(lán)牙?鼠標(biāo)使用上的不順暢。
- 強(qiáng)信號（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，鍵盤/ 鼠標(biāo)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(biāo)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(biāo)操作無任何延遲以及中斷的現(xiàn)象
測試結(jié)果：
根據(jù)報(bào)告顯示，無論在在強(qiáng)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(lán)牙?鍵盤或是藍(lán)牙?鼠標(biāo)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(qiáng)度，分別為強(qiáng)信號、中等信號以及弱信號下，將同一個(gè)USB 3.1裝置插入兩臺筆記本電腦系統(tǒng)的US接口，同時(shí)播放Youtube 4K影片，確認(rèn)USB裝置連接與未連接系統(tǒng)時(shí)，藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)：
透過專業(yè)測試人員嚴(yán)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(shí)，播放中的Youtube 4K影片，不會受到USB信號影響，而能夠透過藍(lán)牙?音箱正常播放聲音。
- 強(qiáng)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(bào)告顯示，無論在在強(qiáng)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(lán)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(yùn)作時(shí)，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(shè)計(jì)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(jī)模塊、固態(tài)硬盤及無線芯片組/無線模塊（如Wi-Fi、藍(lán)牙?、GPS）等，均需透過縝密的量測、計(jì)算，才能精準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)降至最低。
本文所探討的內(nèi)容雖然僅是噪聲驗(yàn)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(shù)的博大精深，以及信號干擾掌控的技術(shù)深度。廠商在開發(fā)時(shí)，均需透過更深入的研究、更多的技術(shù)資源與精力投入，或是透過第三方專業(yè)實(shí)驗(yàn)室協(xié)助，開發(fā)相應(yīng)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(shí)需要專業(yè)知識以及測試經(jīng)驗(yàn)，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(rèn)證計(jì)劃中，扮演舉足輕重的角色；隨著輕薄型計(jì)算機(jī)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(shí)俱進(jìn)，持續(xù)開發(fā)的系統(tǒng)周邊配件資格認(rèn)證計(jì)劃，尤以Mac配件資格認(rèn)證最具代表性，期望能夠協(xié)助制造商在早期階段驗(yàn)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(bào)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(fèi)者信賴的產(chǎn)品
- 消費(fèi)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。
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