Allion Labs / Jim Wang
随着无线通信技术，例如5G、W-Fi、蓝牙™等不断推层出新，以及连网产品快速普及，带给人们更快捷便利的生活；然而，无线信号干扰的问题却是日渐严重。无线信号干扰源不胜枚举，而在日常生活环境中，最容易遇到的无线干扰有三种:
1.同频干扰（Co-channel interference）：在同一场域不同装置同时使用相同无线频道，例如同样使用2.4GHz Channel 6的微波炉和Wi-Fi装置便会互相产生干扰而降低性能。
2.临频干扰（Adjacent channel interference）：异于同频干扰，临频干扰是相邻频道的“距离”不够远，以导致信号能量干扰到邻近的几个频道。
3.射频干扰（RF interference）：因应便携式设备热潮以及多元化的功能应用，相关模块设计已往轻薄短小发展，系统内的辐射信号对自身天线性能产生干扰。
面对第三种由系统内不同通讯模块彼此产生的射频干扰，因没有一套举世通用的标准去预防、解决，使得产品达到优化设计难上加难，尤其在极其狭小与精简的空间中，组件彼此间更容易产生噪声干扰、而影响到其传输表现。本篇文章将聚焦日常生活中常见的射频干扰问题，包括USB 3.1 设备（例如USB Dongle）在连接系统（例如笔记本电脑）时，与系统Wi-Fi 2.4GHz信号或是蓝牙2.4GHz信号之间所产生的射频干扰（RF interference），针对这些干扰问题，亦提供相对应的测试解决方案。
首先来介绍De-sense 接收感度恶化（Degradation of Sensitivity），它是目前在产品设计、开发、量产中普遍面临的问题。Desense棘手之处在于，其干扰与被干扰的信号频率相近，无法以简单的滤波器滤除，所以通常须采取屏蔽（Shielding）、远离噪声源等硬件改善的方法，来破坏噪声传输路径达到降低干扰。然而，越趋小型化的电子产品，阻挡噪声路径的方案，效果也越来越不易设计与掌控。
其次，由系统内部发射的干扰信号虽小，但是因为距离接收天线非常近，危害影响却很大。此种干扰会降低天线的信噪比（Signal-to-noise ratio），进而造成天线的吞吐量（Throughput）大幅下降，其中较常见的状况即为USB 3.1 设备在连接系统时，与系统Wi-Fi 2.4GHz信号之间所产生的干扰，高速传输接口与无线通信出现严重抵触，使得现行许多设备无法两者并存。
图1: 连接USB3 设备后，噪声比未连接时多了 20dBm。 (Source: Intel Document: 327216-001 P.10)
USB 3.1 所产生的信号干扰可能来自接头、线材及设备本身，如果Wi-Fi的天线靠近信号辐射的位置，则来自USB 3.1的干扰较易影响系统的无线接收器的灵敏度，这会导致无线网络质量的下降。
图2: 干扰信号来自接头、线材以及设备本身。(Source: Intel Document: 327216-001 P.9)
而目前系统不断走向更为轻薄的体积发展，也使用了多功能SoC芯片，在单一芯片内能同时拥有Wi-Fi、蓝牙™和USB 3.1三种功能，使得系统天线和USB端口在产品设计上若是相对位置太相近，将会恶化干扰问题（见图标1、图标2），所以只要是配有USB 3.1接口的系统，为了避免无线网络速率下降或是联机范围缩小等问题，在线材及设备上对无线干扰的遮蔽就变得相当重要。
无线干扰的潜在风险
面对产品设计不良的而造成的无线干扰问题，对于消费者以及厂商会带来什么样的影响呢?
消费者: 若产品质量可被消费者认同，则消费者对于该品牌可能会抱持较正面的态度，甚至加速其购买行为。
厂商: 因产品质量不佳带来许多负面效果，例如:
- 增加产品开发时间
- 增加产品研发费用
- 增加退货的机会
- 销售量的减少
- 降低用户对公司质量的信任
- 降低使用者对品牌的忠诚度
- 降低公司品牌的形象
无线干扰Wireless Desense测试方案
为了解决上述USB 3.1对无线干扰的问题，百佳泰提出了 Wireless De-sense 的测试方案，目的是为了让厂商能透过专业测试实验室进行测试来确认产品质量、建立良好的品牌信誉以立足于庞大的产业链中。Wireless Desense不但能够针对系统产品，亦能够针对USB配件、蓝牙™配件，提供相对应的验证服务。接下来，就让笔者来分享百佳泰打造的专业测试环境与实测案例吧!
Wireless Desense测试环境
- 测试平台、信号衰减器以及AP分别放置电波隔离室(箱)，以排除其他干扰变量发生
- 测试平台（SUT或是DUT）可为笔记本电脑、USB Docking、蓝牙™键盘、蓝牙™音箱等
图3: Wireless Desense测试环境
Wireless Desense实测案例
测试平台：两台笔记本电脑，编号为USB#0和USB#1
测试手法：在3段不同的讯号强度，分别为强信号、中等信号以及弱信号下，将同一个USB 3.1装置插入两台笔记本电脑系统的USB接口，量测USB装置连接与未连接系统之间系统Wi-Fi 接收与传送吞吐量流量差异变化。
测试标准：
百佳泰订定严格的吞吐量流量差异标准，以确保一般使用者在笔记本安插USB装置时，不会影响笔记本连网速度以及稳定性等问题。
- 强信号（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，吞吐量流量差异标准 <= 5%
- 中等信号（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，吞吐量流量差异标准 <= 5%
- 弱信号（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，吞吐量流量差异标准 <= 10%
测试结果：
根据报告显示，在强信号（Strong Signal）的测试状态下，不管是USB#0笔记本电脑或是USB#1笔记本电脑，两台系统的Wi-Fi 接收或是传送 吞吐量流量差异都在合格范围低于5%标准值。
在中等信号（Medium Signal）测试状态下，USB#0笔记本电脑得到的传送数值-7.43%以及接收数值-8.05%皆高于标准值5%，这项结果显示，系统Wi-Fi在中等信号下，将会明显得被USB装置的信号影响。
在弱信号（Weak Signal）的测试状态下，USB#0笔记本电脑的接收、传送以及USB#1笔记本接收的吞吐量流量差异，皆在合格范围低于5%标准值。唯独USB#1笔记本的发送数值为-11.04%高于标准值5%，对应到日常生活中的常见问题，例如笔记本电脑在上传档案时会发生延迟现象。
| 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% |
测试平台：两台笔记本电脑，编号为USB#0和USB#1
测试手法：在3段不同的信号强度，分别为强信号、中等信号以及弱信号下，将同一个USB 3.1装置插入两台笔记本系统的USB接口，确认USB装置连接与未连接系统时，蓝牙™键盘与蓝牙™鼠标皆可顺利且正常的操作。
测试标准：
透过专业测试人员严加判断测试结果，确保一般使用者在笔记本安插USB装置时，不会影响蓝牙™键盘或是蓝牙™鼠标使用上的不顺畅。
- 强信号（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，键盘/ 鼠标操作无任何延迟以及中断的现象
- 中等信号（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，键盘/ 鼠标操作无任何延迟以及中断的现象
- 弱信号（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，键盘/ 鼠标操作无任何延迟以及中断的现象
测试结果：
根据报告显示，无论在在强信号（Strong Signal）、中等信号（Medium Signal）亦或是弱信号（Weak Signal）的测试状态下，不管是USB#0笔记本或是USB#1笔记本，蓝牙™键盘或是蓝牙™鼠标在操作上无任何延迟以及中断现象。
测试平台：两台笔记本电脑，编号为USB#0和USB#1
测试手法：在3段不同的信号强度，分别为强信号、中等信号以及弱信号下，将同一个USB 3.1装置插入两台笔记本电脑系统的US接口，同时播放Youtube 4K影片，确认USB装置连接与未连接系统时，蓝牙™音箱仍可顺利正常播放声音，不会有任何延迟或破音情况发生。
测试标准：
透过专业测试人员严加判断测试结果，确保一般使用者在笔记本安插USB装置时，播放中的Youtube 4K影片，不会受到USB信号影响，而能够透过蓝牙™音箱正常播放声音。
- 强信号（RSSI: -45 ~ -50 dB）下，声音正常播放，没有任何延迟或破音情况发生
- 中等信号（RSSI: -68 ~ -72 dB）下，声音正常播放，没有任何延迟或破音情况发生
- 弱信号（RSSI: -78 ~ -81 dB）下，声音正常播放，没有任何延迟或破音情况发生
测试结果：
根据报告显示，无论在在强信号（Strong Signal）、中等信号（Medium Signal）亦或是弱信号（Weak Signal）的测试状态下，不管是USB#0笔记本或是USB#1笔记本，蓝牙™音箱皆能正常播放声音，没有任何延迟或破音。
结语
Desense 并非单一产品才会发生的问题，任何组件在运作时，工作频率只要是相近的，都有可能会发生因干扰而造成信号接收感度下降的情况，这些从组件发出的信号若是因设计不良，就很有可能会造成相互干扰。传输接口，例如HDMI、触控屏幕、相机模块、固态硬盘及无线芯片组/无线模块（如Wi-Fi、蓝牙™、GPS）等，均需透过缜密的量测、计算，才能精准找出最佳的内建位置，避免彼此间的干扰，将所有可能的问题风险降至最低。
本文所探讨的内容虽然仅是噪声验证的其中一种状况，然而，我们已可以见微知著了解到无线通信技术的博大精深，以及信号干扰掌控的技术深度。厂商在开发时，均需透过更深入的研究、更多的技术资源与精力投入，或是透过第三方专业实验室协助，开发相应的量测方式及与测试解决方案。本文提及的测试环境以及测试手法等等，看似不难，然而，在执行测试时需要专业知识以及测试经验，例如在不同大小的屏蔽室，该如何调整DUT与衰减器之间的距离以及天线角度调整等等。
Wireless Desense测试亦在百佳泰推出的系统周边配件资格认证计划中，扮演举足轻重的角色；随着轻薄型计算机市占率逐年增高，相对带动了周边零配件的需求并且带动市场的蓬勃发展，百佳泰与时俱进，持续开发的系统周边配件资格认证计划，尤以Mac配件资格认证最具代表性，期望能够协助制造商在早期阶段验证产品与系统的兼容性。一旦产品通过测试后，百佳泰将会提供测试报告及证书作为产品质量证明。通过质量测试的产品在市场上更能表现出与一般产品的差异性:
- 成为市场上一流的产品
- 具备创新与排他性
- 深受市场消费者信赖的产品
- 消费市场上的质量保证
无论您是供货商、品牌商、电商及通路商，百佳泰都能够在质量证明上助您一臂之力。