标签: 无线效能

无线效能对个人电脑 (PC) 的重要性快速提升，随着人们对网络连接的需求不断增加，无线效能已成为现代生活和工作的关键元素之一。无线效能对PC的重要性在于它直接影响着用户体验、生产力和工作效率。一台PC具有优异的无线效能，将使用户能够充分利用产业数字化世界所提供的各种服务和应用；而当产品设计出来后，无线效能低落时，就需要专业的顾问团队给予建议跟协助。 电脑无线效能低落，内部噪声抑制与改善实例分享 承上篇 『电脑无线效能低落如何改善？专家实测案例传授，手把手教你Debug！』 ，我们经过天线调整的验证，吞吐量 (Throughput) 有了一定程度改善，但在2.4GHz Channel 1, 11的RX (downlink) 数值仍是不甚理想，TX (uplink)的数值则非常好，通常此现象是因为产品内部噪声造成，因此本篇将进一步地针对DUT内部噪声的分析与抑制实作提供经验分享。 噪声生成主要来自于电源、高速运算与通讯等主动组件与电路（下图），噪声透过辐射以及实体电路传导，进而影响到天线收发或者无线通信模块，造成Wi-Fi、BT等无线性能变差，因此噪声越小越好。 通常处理噪声有两大方向： PCB电路 、 机构设计 PCB电路设计：噪声电路新增滤波器与电容等零件、更改电路走线与大量铺地 (Ground)，降低噪声能量，减少影响其系统或天线的机会。 机构设计：封堵噪声源与天线附近的结构缝隙，阻止噪声泄漏影响天线收发。 百佳泰透过隔离室 (Shielding Room)、频谱分析仪、高频探棒 (RF Probe) 等设备以及工程师协助客户收敛噪声来源与噪声处理建议。 近场高频探棒（下图左）：高频探棒外观结构通常有圆形与棒状，不同大小的圆形结构，会影响量测区域大小与不同频率的能量强度，通常用于大范围快速搜寻噪声用；棒状探棒可直接接触小区域、电路板线路与零件接脚，用于小范围确认噪声源。 量测架设（下图右）：在隔离室 (Shielding Room) 内利用频谱分析仪与高频探棒搜寻电子产品噪声来源。 接续上篇案例的处理过程，因机台的空间尺寸小且无法用屏蔽阻绝噪声辐射源，调整PCB零件与走线有可能成效不彰，为避免浪费过多开发成本，噪声对策采取进行机构修改。上篇中，已经将天线修改为一前一后，所以机构对策也要分别对两支天线独立处理，下方图表为相关对策： 解決方案說明 方法 1卡片阅读机 (Card Reader) 与箱体 (Chassis) 接触的地方用金属胶带或导电泡棉加强搭接并减少缝隙，可减少箱体内部噪声往箱体外泄露，减少前墙天线 (Front-End Antenna) 的影响。方法 2卡片阅读机 (Card Reader) 本体覆盖金属胶带，减少PCBA裸露程度，降低噪声辐射对前墙天线 (Front-End Antenna) 的影响。方法 3片阅读机 (Card Reader) 的连接线用金属胶带包覆，减少连接线的辐射噪声向外影响。方法 4箱体 (Chassis) 与滑盖 (Cover) 的接触区域，增加导电泡棉，减少活动件的缝隙泄漏噪声而影响前后墙天线 (Front/Back -End Antenna)。 经过以上解决方案的调整，下图使用频谱分析仪来看2.4GHz频带噪声的变化量。通常噪声对策不会一次到位，因为每个噪声泄漏的地方有可能会互相影响，必须逐个量测并且加上对策，噪声能量才会逐渐明显降低。 各项增加噪声对策的量测结果（上图），在所有对策都使用后，看出噪声能量在前墙天线 (Front-End Antenna) 于Channel 1降低6.92dB、Channel 11降低4.08dB，并且整个2.4GHz频段明显改善。 而后墙天线 (Back-End Antenna) 于Channel 1反而提高2.53dB、Channel 11降低1.34dB，考虑2.4GHz中后段明显改善以及2.4GHz频段噪声峰值 (Peak) 降低，故也将Solution 5纳入有效对策。 目前在频谱分析仪上能够看出差异，接着进行Throughput测试，确认这些解决方法对于Throughput的改善程度，并依Throughput结果来决定采用全部或者部分噪声对策。若是Throughput数据与Criteria仍有落差，也可以继续增加对策，但这些对策还需考虑开发成本与开发进度，质量与时程需要取得一个平衡。 由上表得知，经噪声除错后，20m模拟衰减距离的RX (downlink) Throughput皆已优化至Pass，代表解决方案为有效的。100m 模拟衰减距离的Throughput结果，同样可看到Throughput的大幅改善，协助解决终端使用者体验不佳的问题。

随着科技的不断发展，无线功能在电脑产业中的应用已蔚为主流，无线技术的整合应用无疑为使用者带来了极大的便利。然而，在追求便利性的同时自然也伴随着一些潜在风险，特别是在无线效能方面；因此无线技术的可靠性绝对是一个不容忽视的问题。 举例来说，虽然无线连接提供了更灵活的使用场景，但信号稳定性和连接可靠性却容易受到外部干扰而产生影响。不论是电波干扰、无线信号干扰抑或是其他无线设备的竞争都可能导致连接质量上的不稳定，进而影响使用者体验。但是能检测出无线效能是否低落纯粹只是基本功，更重要的是如何找出真正的问题所在，并且针对问题进行改善及排除。接下来百佳泰将透过真实的量测案例，带领大家一步步地了解如何改善电脑无线效能低落的恼人问题 电脑无线效能低落，除错与改善实例分享 在百佳泰曾经合作的案例当中，曾有客户的电脑产品在上市后因为无线效能不佳，遭到大量客诉。客户在面对这样的紧急状况时十分需要像百佳泰这样的专业顾问团队协助问题的定位与厘清，并且希望能够从中给予提供第三方的客观建议，以协助他们及早进行产品修正及调整。 Step.1 Throughput实际量测：天线的VSWR(电压驻波比) 与Isolation(天线隔离度) 针对此次个案，百佳泰顾问团队首先协助客户进行Throughput的基本量测。经量测后确认，baseline的数据确实不佳；为了定位问题，百佳泰进一步进行天线的VSWR与Isolation量测，并得到以下结果。 ◆ VSWR(电压驻波比)，量测频率范围为2GHz~6GHz，红线是Wi-Fi操作频带，蓝线与绿线分别为主天线 (Main Antenna)及副天线(Aux Antenna)。 从VSWR的测试中我们可以看到主、副天线在2.5GHz区间皆超过一般业界标准3。至于在曲线图则可以看到设计的操作频率往低频偏移；而5GHz在之前的验证中因为在throughput没有问题，故我们不会在VSWR这边进行调整。因此，若是未来想让5GHz throughput的数值更好，VSWR仍是一个可以进行调整的部分。 接下来，我们来观察Isolation数据，看看是否有需要修正的问题。 ◆ Antenna Isolation(天线隔离度)，量测频率范围为2GHz~6GHz，红线是Wi-Fi操作频带。 Isolation(隔离度)于2.4GHz与2.5GHz频率分别为-11.23与-14.9dB，两者皆超过一般业界标准 -20~-30 dB，这恐会有隔离度不足而造成throughput性能不好的潜在风险。 综合以上天线的电压驻波比与隔离度测试结果，我们几乎可以断言， 此次实测的电脑产品在天线上存在一些设计疑虑，导致throughput下降 。 Step.2电脑无线性能改善实作：Isolation优化与Throughput验证 经过天线的基本量测后，我们将针对VSWR(电压驻波比)与Isolation(天线隔离度)问题着手进行调整与测试，由于VSWR必须对天线本体结构来进行调整，再加上在该客户表示 基于厂内原物料管控因素，故无法针对天线结构进行变更 ，因此百佳泰顾问团队便建议客户可从Isolation问题进行调整。 在先前的量测结果中，Isolation S21数值为-11.23dB@2.4GHz、-14.9dB@2.5GHz，我们从下图的天线位置中可以看到。两支天线不但都位于产品的正面右侧位置，且两支天线距离间隔不到3公分。因此综合天线实际位置与Isolation数值进行推测，百佳泰顾问团队合理假设， 两支天线有可能因彼此过于接近，造成throughput降低 。 为了验证此假设，我们将两天线中间放置两种隔离材料进行实验，从下图右方的网络分析仪画面中可以看到吸波材与铜箔皆可提高隔离度，2.4GHz Isolation从-12.23dB改善至-14dB；2.5GHz Isolation从-14.9dB改善至-16.5dB。 接下来我们直接用Throughput来验证隔离材料是否能改善效能，从下表可以看出隔离材料Channel 1于20m从23.05Mbps改善至37.52 ~ 47.38Mbps，100m则从6.5Mbps改善至11.24~18.32Mbps，双双验证了改善Isolation确实可提高Throughput性能。 经过以上的Isolation优化与Throughput验证，再次证明「两天线间的距离太近，进而造成Throughput数值低落」的假设是正确的。根据此验证结果，百佳泰建议客户变更天线位置，修改成前墙一支天线、后墙一支天线，此作法不仅可提高天线隔离度，同时也能提升天线可传输的覆盖范围。 待客户变更天线位置，调整成一前一后的天线设计后，百佳泰随即为客户进行Throughput测试确认修改后的效果。量测结果如下表所示。Throughput数据在更改天线位置后明显获得改善，RX(黄色底色) Channel 1，20m从27.73改善至74.07得到Pass结果，其他Channel与距离也都得到Throughput数值提升。 看完了今天的无线效能实测案例分享，相信大家可以发现，不论是天线设计的变更，天线本体与布局设计的好坏，都会直接影响到Throughput的测试结果。

在前一系列的 平板电脑评比：电池寿命与充电的效能比较。 本次我们要来评比 无线效能的好坏 差异会有多少 。无线网络占平板电脑一个很重要的核心，因为平板电脑上并没有有线网络的接口，因此使用无线网络是平板电脑唯一连接网络的管道，从拿到平板电脑后开机第一个项目就是要透过无线网络连在线网去设定账号、更新软件或是做其他功能的设定，之后使用时的浏览网页、在线购物、追剧、下载APP、玩在线游戏等等都是需要无线网络的连线，因此无线网络的效能对于平板电脑的好坏或使用者感受其实有很大的影响。 图: 测试环境 – 无线网络屏蔽室 为了确保测试的一致性，以避免受到其他外在的干扰，所以整个测试环境都是在屏蔽室中执行，测试项目包含以下四大项目。 上传与下载能力 在拥塞环境中的传输效能 与蓝牙共存的效能 与无线基地台不同距离时的使用效能 表: 受测平板型号 （一）上传与下载能力 首先，先来看无线网络上传与下载能力的部分，在无线基地台方面我们使用：ASUS RT-AX88U（固件版本:3.0.0.4.386.48631），加密方式为：WPA2-PSK-AES，测试软件则是使用IxChariot（Test Script: High_Performance_Throughput.scr）来分别量测2.4GHz（channel 1, 6 and 11）与5GHz(channel 36, 149 and 161）上传与下载的能力。 图: 测试示意图 5台平板电脑个别的量测2.4GHz数据如下： 30Mbps）。 量测5GHz（Bandwidth 40MHz and 80MHz）的数据如下： 5GHz的部分：我们可以看到HT40的部分都超过150Mbps，其中又以Walmart表现得较好一些，HT80所测出来的数值也差不多是HT40的两倍，数值都超过300Mbps，因此不管是追剧、下载APP、玩在线游戏等使用5GHz频段连线时都可以满足其需求。 （二）拥塞环境中的传输效能 接着在拥塞环境中无线传输效能的部分，使用无线网络不可能都没有外在的干扰，多少都会受到左右邻居或是楼上楼下的无线网络干扰，一般家庭环境大约是20%~30%，办公室环境大约是40%~60%，比较多人频繁使用无线网络的地方（如咖啡厅）则会高达70%~80%，本次测试挑选最严苛环境，无线网络的干扰约在80%上下的环境中来测试其传输能力。 图: 2.4GHz频谱图with 80% Congestion 5台平板电脑个别量测无线网络拥塞环境的数据如下： 从结果可看出：各台平板都因干扰环境下而效能有不同程度的下降，2.4GHz下降的幅度会比较大且速度影响很多，有些甚至会造成拨放的延迟与画质下降等影响，而在5GHz下虽然也是有一定程度的下降，但是上传与下载速度都能维持在100Mbps以上，受到的影响就小很多，所以要在干扰很多的环境下使用建议还是使用5GHz的连线。 （三）与蓝牙共存的效能 再来看到与蓝牙设备一起使用时的效能，因为蓝牙的工作频段也是使用2.4GHz频段所以会对使用相同频段的无线网络互抢资源，平板电脑在平常的使用下除了Wi-Fi 连线外，同时我们也将蓝牙打开并与蓝牙耳机连线拨放音乐，在此环境下我们来看看各家的平板电脑是否会受但蓝牙传输的干扰而使效能降低。 从上图测试数据看出，如果比较蓝牙不开启时，无线网络传输都在50Mbps以上，开启蓝牙后我们可以看到各台平板电脑普遍都降20~30Mbps，表示蓝牙对无线网络的效能有很大的影响，虽然说不到不能用的程度不过效能的确会下降，因此为维护好的使用质量，在开启蓝牙使用时还是建议要连线到5GHz的频段来确保无线网络效能不会被影响。 （四）与无线基地台不同距离时的使用效能 最后，我们来看与无线基地台不同距离时的使用效能，我们透过衰减器的调整来模拟平板计算机与无线基地台的距离，衰减值越大代表距离越远。 各家平板电脑下降曲线差异不大，不过Walmart天线设计似乎比较好一点，在2.4GHz效能约高6dB，5GHz效能约高3dB，因此在使用距离上可以远一点，或者说在离无线基地台相同的距离时传输速度会比较好一点。 本次平板电脑无线效能的比较分享就到这里， 系列（三）将会分享平板电脑的荧幕效能 ，主要会影响的项目包含：亮度、色温、对比率与色域图，让大家了解各款荧幕的差异与表现！敬请期待下一个系列。

在TR-398 Issue 2 Corrigendum 1的系列文章中，我们先前已带大家分别就 TR-398 常见问答：6.3.1 Range Versus Rate Test（Part 1） 、 TR-398常见问答：6.3.2 Spatial Consistency Test（Part 2） ，以及 TR-398 常见问答：6.4.1 Multiple STAs Performance Test（Part 3） 一一进行探讨与分析。而本次要介绍的是在TR-398 issue 2 Corrigendum 1 Test Plan中，如果AP有支援到4 SS以上，且Support Downlink MU-MIMO时即成为必要测项的 6.4.3 Downlink MU-MIMO Performance Test。 测试概要 6.4.3 Downlink MU-MIMO Performance Test 的测试概念主要是透过一台2SS天线数及两台1SS的无线设备(STA)与AP进行连线并量测传输吞吐量，再依据不同测试条件下所量测到的吞吐量来判定开启Downlink MU-MIMO功能时是否能 「有效地提升效能」 。 值得一提的是，在进行测试时，我们会将AP的OFDMA功能先行关闭(此为针对Support 11ax的APUT特别设定，若是测试11ac则无需关闭，因为不支援)，紧接着会进行以下三种Downlink传输吞吐量的测试。 第一种为各个无线设备(包含STA and APUT)在开启Downlink MU-MIMO功能时， 「分别单独执行」 传输吞吐量测试。 第二种为各个无线设备在开启Downlink MU-MIMO功能时， 「同时执行」 传输吞吐量测试。 第三种为 「关闭」 各个无线设备的Downlink MU-MIMO功能后，同时执行传输吞吐量测试。(若AP没有支援关闭Downlink MU-MIMO功能时，则可不测第三种传输吞吐量测试) 6.4.3Downlink MU-MIMO Performance Test在不同阶段的测试状态 测试标准 测试标准则会分成两个部分，必须两部份的标准都符合才算Pass。 第一部分的标准为第二种测试(开启Downlink MU-MIMO，且三台无线设备 同时执行 传输吞吐量的总和)的总传输吞吐量需大于第一种测试(开启Downlink MU-MIMO，且三台无线设备 分别单独执行 传输吞吐量)全部传输吞吐量总和的45%。 第二部分的标准则为第二种测试的总传输吞吐量大于第三种测试的总传输吞吐量。(前提是AP支援关闭Downlink MU-MIMO功能) 乍看起来似乎很复杂，但总归一句话来说，上述两种的测试标准主要想反映出的就是 「开启Downlink MU-MIMO时的传输效能，必须比关闭时要来得好。」 常见问题 在6.4.3 Downlink MU-MIMO Performance Test的测试，大部分无法通过测试标准的AP往往都是无法达成第一部份的测试标准。如同下图的实测案例，第二种(Second Time Throughput)测试的总和为849.65 Mbps，就低于第一种(First Time Throughput)测试总和的45%(1936.48 x 0.45=871.416 Mbps)。 测试建议 根据百佳泰以往的测试经验，我们发现当AP无法通过测试标准时，往往可分为 两个原因 ： 首先，OFDMA功能在测试前是否有正确关闭？ 通常一般AP在预设的情况下都会将此功能设定为开启的状态，而在一般使用者界面中也鲜少会开放让使用者自行关闭此功能。也正因为如此，百佳泰在进行每一次的测试前，都会事先向客户询问关闭OFDMA的方式。 再来容易有问题的部分就属天线了。 因为Downlink MU-MIMO很注重有没有对准到各个天线(Beamforming Function)，只要各个天线都有对到，此项目就比较有机会轻松通过。 如果客户在6.4.3 Downlink MU-MIMO Performance Test无法符合测试标准，我们通常会建议客户不妨朝 OFDMA功能和天线 这两个常见原因来寻求解决方法。

上回介绍了 机顶盒大评比系列—兼容性的比较 ，接下来在此篇来看看 机顶盒在使用不同天线下无线效能的表现 。 现今有八成以上的无线网络设备使用2根天线（Main and AUX），少部分厂商考虑成本、设计等因素后选用1根天线来设计产品。一般来说2根天线同时传输的能力会比1根天线的传输能力快上一倍，然而并不是所有产品都需要高速传输能力，例如智能音箱、智能家电或IoT等等的设备只需搭配1根天线就足以满足其使用需求。 此次测试将以1根天线与2根天线的样品为测试对象，藉由产品评比，透过实测数据，解析终端使用者在使用上的感受。 由于市面上的机顶盒配有1根天线的产品并不多，因此本次是藉由合作伙伴的协助顺利取得相关产品（见下图1）。 图1: 测试产品外观图与天线规格 本次的测试项目如下: 传输与接收速度 （Maximum Throughput） 距离与速度 （Range Venus Rate） 抗拥塞能力 （Congestion） 天线场型 （OTA TRP/TIS） 为了不让其他的外在干扰影响实验数据，这四个测试项目都是在电波屏蔽室中执行。 传输与接收速度 首先， 测试项目1.传输与接收速度主要是确认机顶盒的最大传输与接收能力 ，现今机顶盒主要用途是收看在线影音串流，由此可知产品至少必须满足此需求，我们统整各家影音服务网络连接速度，并以4K影音串流的建议速度（25Mbps）为标准进行测试： 图2: 各家影音服务网络连接速度需求建议表 下图3为1×1与2×2分别在2.4GHz与5GHz 中不同低中高频道的接收能力比较，1×1与2×2最大下载量都有超过4K影音串流的建议速度（25Mbps），在2.4GHz频段下1×1 的最大下载速度约在110Mbps（40MHz），2×2的最大下载速度约在220Mbps，的确符合2×2的极限速度是1×1的两倍。在5GHz频段下1×1的最大下载速度约在300Mbps（80MHz），2×2的最大下载速度约在440Mbps，皆有不错的表现。 图3: 1×1与2×2分别在2.4GHz与5GHz中不同低中高频道的接收能力比较 图4为1×1与2×2分别在2.4GHz与5GHz中不同低中高频道的传送能力比较，可知传送能力与接收能力几乎差不多表现。 图4: 1×1与2×2分别在2.4GHz与5GHz中不同低中高频道的传送能力比较 距离与速度 接下来量测 测试项目2.距离与速度(Range Venus Rate) ，透过衰减器的调整改变无线讯号强度，仿真在不同距离下的衰减值，衰减值越大代表机顶盒离无线基地台的距离越远，逐步增加衰减值直到机顶盒收到无线基地台的讯号而断线。两款机顶盒量测结果请详见下图5。 一开始衰减到15dB前1×1与2×2都是维持在最大的速度，而在衰15~21dB时1×1的速度还是维持不变，而2×2的速度则开始慢慢下滑，衰减到30~36dB时1×1的速度则开始下滑而2×2的速度则维持不变。当衰减到42dB时（实际机顶盒收到无线基地台的讯号强度是-65dBm）则两者的速度会落在25Mbps。可换算为机顶盒离无线基地台的距离约2~3个房间还可以维持4K的收视画质，以一般家庭的使用情况只要不是太极端的摆放位置大都可以满足正常的收视。 图5: 2.4GHz无线接收（RX）流量表 图6: 5GHz无线传输（TX）与接收（RX）流量表 抗拥塞能力 接着 测试项目3.抗拥塞能力(Congestion) 。在一般生活环境下无线讯号无所不在，除非处在电波屏蔽室，不然一定存在各式干扰讯号。一般家中的无线讯号拥塞程度大约在20%~30%左右，办公室环境则大约为30%~60%，然而无线网络传输是以碰撞避免的方式进行，因此无线讯号干扰越多就会造成无线网络传输量下降。 我们用讯号仿真器分别以20%、60%以及80% （最极端的拥塞环境）讯号做为干扰源，下图7以及8验证了上述理论，两款机顶盒在传输力上确实受到无线网络的壅塞影响而下降，就连在最极端的环境下两款机顶盒的传输速度依然都能维持在4K画质水平之上，如果是联机5GHz频段的话那速度更是远远超过。 图7: 2.4GHz不同拥塞程度的接收速度表 图8: 5GHz不同拥塞程度的接收速度表 天线场型 最后 测试项目4.天线场型(OTA TRP/TIS) ，测试结果如图9和10，以结论来看2×2的Wi-Fi OTA性能优于1×1，2×2 TRP也比1×1 TRP高近3 dB，可以推论天线的数量确实可以提高OTA性能。 图9: TRP与TIS 比较数值表 图10: TRP与TIS 的3D图 以上就是本次的测试结果分享，当然机顶盒相关的测试不只这些，如声音与影像、遥控器准确度与灵敏度等等，后续若有机会会再跟大家分享。