中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目：無線網路卡最佳測試模型之研究

系 所 別：科 技 管 理 研 究 所 學號姓名：M09103027 吳 孟 沄 指導教授：田 效 文 博 士

中華民國 九十三 年 六 月

無線網路卡最佳測試模型之研究

學生：吳孟沄 指導教授：田 效 文 博 士

摘 要

對 802.11 而言，2001 年是進展最快速的一年，特別是在安全領 域 及 技 術 上 的 更 加 成 熟 ， 因 此 帶 動 著 全 球 越 來 越 多 企 業 投 入 無 線 網路 的 設 備 ， 相 對 的 也 帶 動 了 台 灣 無 線 網 路 設 備 產 業 的 興 起 ， 使 得 台 灣 廠 商 出 貨 量 在 全 球 扮 演 舉 足 輕 重 的 角 色 ， 但 是 因 無 線 網 路 產 品 測 試 非 常 繁 雜 ， 產 品 測 試 是 產 能 無 法 提 昇 的 最 大 瓶 頸 站 ， 因 此 如 何利 用 最 簡 易 的 測 試 方 式 ， 得 到 正 確 的 測 試 控 制 值 同 時 又 能 將 測 試 工 時 減 短 ， 而 且 又 絲 毫 不 影 響 到 產 品 品 質 ， 是 目 前 各 無 線 網 路 設 備 製 造 商 所 共 同 努力 想 達 成 的 目 標 。

式，讓 調 整 輸 出 功 率 的 測 試 時 間 得 以 最 短、品 質 又 符 802.11 的無線網 路 規 範 ， 讓 無 線 網 路 卡 的 產 能 可 以 突 破 瓶 頸 ， 再 創 佳 績 。

關 鍵 詞 ：IEEE 802.11、無線網路卡、調整輸出功率

誌 謝

逐夢踏實，是一份理想更是一份執著，讓我為自己規劃出另一階 段 的 藍 圖 ， 順 利 考 進 了 中 華 大 學 的 研 究 所 。

這兩年求學的過程可以這麼順利的進行，要感謝的人實在很多，

首 先 要 感 謝 的 是 在 背 後 默 默 支 持 著 我 的 家 人 ， 沒 有 他 們 為 我 打 點 好 一 切 的 瑣 事 ， 就 沒 有 今 天 的 我 。 而 除 此 之 外 ， 賀 處 長 力 行 的 嚴 厲 督 導 ， 以 及 所 上 每 位 老 師 的 細 心 指 導 是 主 因 ，不 但 令 我 受 益 匪 淺 ， 對 本 文 的 撰 寫 有 著 莫 大 的 幫 助 。 當 然 這 其 中 最 辛 苦 的 莫 過 於 我 的 指 導 教 授 田老 師 效 文 ， 從 題 目 的 選 定 、 找 尋 資 料 的 方 向 ， 到 最 後 的 文 稿 潤 飾 ， 他不 但 一 路 細 心 的 指 導 著 我 ， 甚 至 他 擔 心 因 事 繁 忙 而 遺 漏 了 該 注 意 的 地 方 ， 特 地 請 博 士 班 的 謝 學 長 家祥 要 全 力 協 助 我 完 成 本 文 ， 讓 學 生 我 終 身 沒 齒 難 忘老 師 及 學 長 對 我 的 這 份 疼 愛 。

在中華大學這兩年的歲月裡，我衷心的感謝陪伴著我一起成長的 長 官 、 同 學 與 家 人 ， 由 於 我 是 半 工 半 讀 完 成 學 業 ， 因 此 ， 我 特 別 感 謝 陳 總 經 理 志 祥 、 黃 副 總 經 理 宏 志 及 吳 經理 昆 德 的 支 持 ， 讓 我 在 工 作 上 無 後 顧 之 憂 。

最後要特別感謝的是一路陪我走來的老公志偉，謝謝他一直默默 的 陪 伴 在 我 身 旁 適 時 的 給 我 打 氣 與 鼓 勵 。

吳 孟 沄 僅誌於中華科管所 中 華 民 國 93 年 6 月 3 日

目 錄

摘 要 ... i

目 錄 ... iii

圖 目 錄 ... v

表 目 錄 ... vii

第 一 章 緒 論 ... 1

1.1 研究動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 2

第 二 章 文 獻 探 討 ... 3

2.1 無線網路的優點 ... 3

2.2 無線網路設備 ... 4

2.2.1 ISM頻段 ... 5

2.2.2 無線網路的限制 ... 6

2.3 IEEE 802.11 無線網路規範探討 ... 6

2.3.1 IEEE 802.11 標準比較 ... 6

2.3.2 展頻技術 ... 7

2.3.3 展頻的類型 ... 8

2.3.4 RF與IEEE 802.11 之間的關係 ... 9

2.3.5 分貝與訊號強度 ... 12

2.4 RF傳播的方式 ... 12

2.4.1 無線網路多重路徑干擾 ... 13

2.4.2 訊符間干擾 ... 14

2.4.3 IEEE 802.11 的直接序列技術 ... 15

2.4.4 IEEE 802.11 直接序列的細節 ... 18

2.4.5 IEEE 802.11 所使用的頻道 ... 19

2.4.6 頻道能量的分佈 ... 19

2.4.7 最大傳輸量 ... 21

2.4.8 干擾反應 ... 21

第 三 章 研 究 方 法 ... 23

3.1 研究流程 ... 23

3.2 研究限制 ... 24

3.3 統計分析 ... 24

3.3.1 迴歸分析 ... 24

3.3.2 簡單線性迴歸模型 ... 25

3.3.3 迴歸模型之檢定 ... 26

第 四 章 測 試 流 程 ... 27

4.1 生產測試流程 ... 27

4.2 測試設備儀器 ... 30

4.3 現階段業界測試現況 ... 32

第 五 章 測 試 流 程 模 型 驗 證 ... 34

5.1 測試資料彙整 ... 34

5.2 模型檢視及建立 ... 41

5.3 模型驗證與比較 ... 56

第 六 章 結 論 與 未 來 研 究 方 向... 62

6.1 結論 ... 62

6.2 未來研究方向 ... 62

參 考 文 獻... 63

圖目錄

圖 2.1 天 線 示 意 圖... 10

圖 2.2 全 向 型 與 指 向 型 天 線 的 幅 射 功 率... 11

圖 2.3 波 的 疊 加 組 合 ... 13

圖 2.4 多 重 路 徑 ... 14

圖 2.5 訊 符 間 干 擾... 15

圖 2.6 基 本 的DSSS運作方式 ... 16

圖 2.7 以 相 關 處 理 擴 展 雜 訊 ... 16

圖 2.8 加 入 展 頻 碼... 17

圖 2.9 以B

ARKER WORD

圖 2.10 802.11 DS之各個傳輸頻道的能量分佈 ... 20

圖 2.11 802.11 DS網路中頻道的分隔 ... 21

圖 2.12 DSSS系統的干擾應 ... 22

圖 3.1 研 究 流 程 ... 23

圖 3.2 母 體 迴 歸 方 程 式 ... 26

圖 4.1 調 整 輸 出 功 率 測 試 流 程 圖... 30

圖 4.2 調 整 輸 出 功 率 測 試 設 備 架 設 圖 ... 31

圖 4.3 IEEE802.11 發射波型規範 ... 31

圖 5.1 頻 道 1 與頻道 2 的關係圖 ... 34

圖 5.2 頻 道 1 與頻道 3 的關係圖 ... 35

圖 5.3 頻 道 1 與頻道 4 的關係圖 ... 35

圖 5.4 頻 道 1 與頻道 5 的關係圖 ... 36

圖 5.5 頻 道 1 與頻道 6 的關係圖 ... 36

圖 5.6 頻 道 1 與頻道 7 的關係圖 ... 37

圖 5.7 頻 道 1 與頻道 8 的關係圖 ... 37

圖 5.8 頻 道 1 與頻道 9 的關係圖 ... 38

圖 5.9 頻 道 1 與頻道 10 的關係圖 ... 38

圖 5.10 頻 道 1 與頻道 11 的關係圖 ... 39

圖 5.11 頻 道 1 與頻道 12 的關係圖 ... 39

圖 5.12 頻 道 1 與頻道 13 的關係圖 ... 40

圖 5.13 頻 道 1 與頻道 14 的關係圖 ... 40

圖 5.14 頻 道 1 與頻道 2-14 的關係圖 ... 41

圖 5.15 F1 與F2 之調整輸出功率測試比較趨勢圖 ... 58

圖 5.16 F1 與F3 之調整輸出功率測試比較趨勢圖 ... 58

圖 5.17 F1 與F4 之調整輸出功率測試比較趨勢圖 ... 59

圖 5.18 F1 與F5 之調整輸出功率測試比較趨勢圖 ... 60

圖 5.19 五 種 測 試 方 式 之 調 整 輸 出 功 率 測 試 比 較 趨 勢 圖... 60

表目錄

表 2.1 美 國 地 區 常 用 頻 段... 5

表 2.2 802.11 標準的比較 ... 7

表 2.3 各 管 制 區 所 使 用 的 頻 道 ... 20

表 5.1 CH1 與CH2 之迴歸模式分析 ... 43

表 5.2 CH1 與CH3 之迴歸模式分析 ... 44

表 5.3 CH1 與CH4 之迴歸模式分析 ... 45

表 5.4 CH1 與CH5 之迴歸模式分析 ... 46

表 5.5 CH1 與CH6 之迴歸模式分析 ... 47

表 5.6 CH1 與CH7 之迴歸模式分析 ... 48

表 5.7 CH1 與CH8 之迴歸模式分析 ... 49

表 5.8 CH1 與CH9 之迴歸模式分析 ... 50

表 5.9 CH1 與CH10 之迴歸模式分析 ... 51

表 5.10 CH1 與CH11 之迴歸模式分析 ... 52

表 5.11 CH1 與CH12 之迴歸模式分析 ... 53

表 5.12 CH1 與CH13 之迴歸模式分析 ... 54

表 5.13 CH1 與CH14 之迴歸模式分析 ... 55

表 5.14 模 型 方 程 式 ... 56

表 5.15 五 種 測 試 方 式 之 調 整 輸 出 功 率 測 試 之 比 較 表 ... 61

第一章 緒論

1.1 研究動機

根 據 研 究 表 示，台 灣 去 年 WLAN（無線區域網路）出貨量持續高 速 成 長，在 IntelCentrino 效應持續擴張、802.11g 規格底定將迅速成為 主 流 規 格、以 及 無 線 通 訊 架 構更 廣 泛 被 應 用 等 因 素，WLAN 廠商毛利 率 將 逐 漸 回 升，一 線 廠 商 因 為 WLAN 的帶動，今年首季營收可維持去 年 第 4 季的高峰水準，預估整體產值也約有高達逾 4 成的成長率，預 期 今 年 WLAN 出貨量仍將高度成長。

網 路 通 訊 設 備 產 業 的 成 長 動 力，先 有 寬 頻 普 及 帶 動，後 續 有 SOHO Router 整合 WLAN AP 帶動，使得 SOHO Router 2002 及 2003 年出貨 量 呈 現 高 度 成 長 ， 目 前 SOHO Router 是 Homegateway（家用閘道器）

整 合 的 核 心 ， 未 來 出 貨 量 仍 將 呈 現 成 長 趨 勢 。 雖 然 寬 頻 數 據 機 高 速 成 長 期 已 過 ， 但 寬 頻 佈 建 地 區 仍 在 擴 張 當 中 ， 加 上 家 用 網 路 通 訊 設 備 整 合 更 多 功 能 的 趨 勢 ， 預 期 寬 頻 產 品 出 貨量 可 以 維 持 小 幅 成 長 趨 勢 。 過 去 2-3 年，因 10/100Mbps 交換器普及以及企業縮減支出，Gigabit 交 換 器 換 機 需 求 遲 未 上來 ， 量 值 呈 現 持 平 或 衰 退 的 趨 勢 。 去年 第 3 季已 見 Gigabit 及 L3 交換器需求提昇，今年展望可望轉為溫和成長。

在 WLAN 及 Router 方面，因為 WLAN 零件化速度加快，在家庭 及 SOHO 網路中，AP 已逐漸以 WLAN Router 的形式出現，現階段 Router 成 為 Homegateway （ 家 用 閘 道 器 ） 整 合 的 核 心 ， 具 備 完 整 Router、WLAN、Security 及 Multimedia 技術的廠商最被看好。

從 台 灣 無 線 廠 商 競 爭 能 力 來 看 ， 一 銀 證 券 投 顧 認 為 ， 正 文 去 年 第 3 季獲利已回升，但網路卡比重太高，不利公司未來發展；陽慶發展 策 略 早 已 鎖 定 相 關 應 用 市 場，但 執行 效 益 尚 未 顯 現；建 漢 及 宇 太 合 併，

在 發 展 整 合 產 品 的 佈 局 較 積 極 並 且 完 整 ， 相 對 看 好 ； 居 易 在 歐 洲 發 展 腳 步 穩 定 ， 隨 產 業 擴 張 ， 維 持 高 成 長 的 姿 態 可 以 預 期 ； 中磊 具 有 紮 實 的 Router 核心技術，可維持穩定成長。

隨 著 無 線 網 路 技 術 的 日 益 純 熟 ， 特 別 是 在 安 全 領 域 上 更 加 成 熟 ， 帶 動 著 全 球 越 來 越 多 企 業 投 入 無 線 網 路 的 設 備 ， 像 是 機 場 、 旅 館 、 圖 書 館 ， 甚 至 咖 啡 廳 ，都 漸 漸 以 提 供 無 線 網路 的 服 務 來 吸 引 顧 客 ， 相 對 的 也 帶 動 了 台 灣 無 線 網 路 設 備 產 業 的 興 起，無 論 是 WLAN 無線網路介 面 卡 或 存 取 設 備 ， 台 灣 廠 商 出 貨 量 在 全 球 扮 演 舉 足 輕 重 的 角 色 ， 但 因 無 線 網 路 產 品 測 試 非 常 繁 雜 ， 如 何 利 用 最 簡 易 之 方 式 求 出 正 確 測 試 值 且 能 將 測 試 工 時 減 短 ， 而 不 影 響 品 質 ， 是 目 前 各 無 線 網 路 設 備 製 造 商 所 努 力 的 目 標 。

因 此 ， 本 研 究 希 望 可 以 找 到 一 個 產 品 測 試 時 間 最 短 、 品 質 確 保 在 正 常 範 圍 內 的 測 試 方 式 ， 讓 無 線 網 路 卡 的 產 能 可 以 突 破 瓶 頸 ， 再 創 佳 績 ， 使 各 家 無 線 網 路 廠 商 都 能 達 到 獲 利 最 大 ， 再 創 台 灣 的 經 濟 奇 蹟 。 1.2 研究目的

本 研 究 是 針 對 無 線 網路 卡 產 品 ， 在 生 產 完 成 ， 出 廠 前 最 終 的 功 能 性 測 試，其 中 的 調 整 輸 出 功 率 測 試（Tunning Power）做為探討。因為 調 整 輸 出 功率 測 試（Tunning Power）是無線網路卡在整體測試中，最 重 要 卻 也 是 複 雜 及 最 費 時 的 一 項 ， 以 IEEE 802.11b 無線網路規範而 言，每 個 無 線 網 路 產 品 都 有 14 個頻道, 每個頻道的功率輸出都需符合 規 範 ， 如 果 每 個 頻 道都 要 詳 細 測 試 ， 平 均 測 試 一 個 頻 道 約 需 5 秒鐘的 時 間 ， 一 片 無 線 網 路 卡 14 個頻道一一測試完成需花費 70 秒換句話說 一 個 小 時 只 能 測 試 51 片，一天八小時一台測試機器只能測試完成 408 片 。 在 機 器 設 備 礙 於 價 格 昂 貴 無 法 大 量 購 置 ， 因 此 ， 如 何利 用 統 計 之 手 法 ， 得 出 在 測 試 最 少 的 頻 道 下 ， 時 間 最 短 且 又 能 使 整 體 測 試 結 果 符 合 規 範 ， 是 為 本 研 究 之 目 的 。

第二章 文獻探討

2.1 無線網 路 的優點

「 以 往 人 們 可 以 行 動 自 如 ， 但 網 路 不 然 。 」 這 句 話 足 以 解 釋 無 線 網 路 在 硬 體 設 備 方 面 的 爆 炸 性 成 長。 且 未 來 幾 年，Wireless LAN 產值 預 估 將 達 數 十 億 美 元。Wireless LAN 設備價格早已下跌，而且持續大 幅 滑 落 。 且 今 日 無 線 網 路 在 整 個 網 路 環 節 中 已 佔 有 一 席 之 地 ， 如 何 掌 握 是 一 重 要 課 題 。

鄭 同 伯【8】相較於固定（有線）網路，無線網路具備 下 列優 點 ： 1. 行動性。方便使用者有四處遊走的需要，雖然資料通常仍需集中

儲 存 ， 但 是 能 夠 讓 使 用 者 在 行 動 間 存 取 資 料 ， 就 可 大 幅 提 高 生 產 力 。

2. 部署容易，建置快速。對傳統的有線區網路（Wired LAN）而言，

要 在 某 些 場 所 佈 線 相 當 困 難 。 建 築 物 老 舊 通 常 是 問 題 所 在 ， 要 在 一 棟 設 計 藍 圖 已 經 不 知 去 向 的 舊 式 石 材 建 築 中 穿 牆 佈 線 ， 的 確 不 是 一 件 容 易 的 事 。 此 外 ， 有 些 地 區 礙 於 法 令 限 制 ， 要 在 列 為 古 蹟 的 建 築 物 中 架 設 區 網 路 更 是 難 上 加 難 。 就 算 裝 置 地 點 位 於 新 建 的 設 施 ， 除 了 所 費 不 貲 ， 佈 線 也 十 分 耗 時 。

3. 彈性。既然無須網路線，也就沒有重新佈線的問題。利用無線網 路，使 用 者 可 以 迅 速 建 構 小 型、暫 時 性 的 群 組 網路 以 供 會 議 之 用，

隨 意 遊 走 於 公 室 隔 間 也 變 得 易 如 反 掌 。 相 之 下 ， 無 線 網 路 的 擴 充 十 分 容 易 ， 因 為 網 路 媒 介 無 所 不 在 。 使 用 者 再 也 不 必 到 處 拉 線 、 接 線 甚 至 或 繞 線。彈 性 是 hot spot（熱點、據點）市場－包括旅館、

機 場 、 車 站 、 圖 書 館 及 咖 啡 館 － 的 最 大 賣 點 。

4. 成本。有時候，採用無線技術可以節省不少成本。舉例而言，可 以 用 802.11 設備在兩棟建築物之間搭設一道無線橋樑（Wireless bridge）。建置無線橋樑需支付一些初期購置成本，包括戶外設備、

無 線 基 地 台 （access point）以無線網路卡（wireless interface）。

扣 除 初 期 的 固 定 資 本 支 出 ， 以 802.11 作 為 底 層 架 構 、 視 線

（line-of-sight）對接的網路，月所需支付的營運成本可 說是微乎

其 微 。 長 期 而 言 ， 這 種 點 對 點 （point-to-point） 的 無 線 鏈 路 遠 比 電 話 公 司 所 提 供 的 專 線 便 宜 得 多 。

雖 然 有 上 述 的 種 種 好 處 ， 在 1997 年 802.11 標準底定之前，使用 只 能 屈 就 於 個 別 廠 商 所 提 供 的 解 決 方 案 ， 以 及 承 擔 其 所 附 帶 的 風 險 。 直 到 802.11 開始席捲市場，傳輸速度隨即由 2Mbps 跳升為 11Mbps 以 至 於 54Mbps。 無 線 介 面 卡 以 及 天 線 的 標準 化 ， 使 得 建 置 無 線 網路 不 再 遙 不 可 及。許 多 服 務 供 應 商（service provider）趁勢推出相關服務，

一 些 主 要 城 市 的 自 願 團 體 也 開 始 利 用 802.11 建 構 公 用 無 線 網 路

（public wireless network）。

2.2 無線網 路 設備

LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society【14】

無 線 頻 譜 是 關 鍵 的 資 源 ， 因 為 無 線 路 設 備 被 限 定 在 某 個 特 定 頻 段

（frequency band）上操作。每個頻段都有相應的頻寬（bandwidth），

亦 即 該 頻 段 可 供 使 用 的 頻 率 空 間 總 和 。 頻 寬 後 來 衍 生 為 鏈 路 （link）

的 資 料 傳 輸 能 力 。 種 種 數 學 、 資 訊 或 訊 號 處 理 理 論 均 可 證 明 ， 較 大 的 頻 寬 可 以 傳 輸 更 多 的 資 訊 。 舉 例 而 言 ， 類 比 式 行 動 電 話 頻 道 需 使 用 20-kHz 的頻寬。電視訊號比較複雜因此需要用到 6MHz 的頻寬。

無 線 頻 譜（radio spectrum）的使用受到主管當局嚴格控管，主要 是 透 過 核 發 使 用 執 照 的 方 式 。 在 美 國 ， 主 管 機 關 是 聯 邦 通 訊 委 員 會

（Federal Communications Commission，簡稱 FCC）。美洲有些國家 直 接 採 用 FCC 法規。歐洲主管機關是 CEPT 旗下的歐洲無線通訊局

（European Radiocommunications Office，簡稱 ERO）。至於其他地區，

則 由 國 際 電 訊 聯 盟（International Telecomunications Union，簡稱 ITU）

把 關 。 為 了 防 止 重 覆 使 用 應 用 的 頻 率 範 圍 。 美 國 地 區 常 用 的 頻 段 列 於 表 2.1。

表 2.1 美國地區常用頻段

美 國 地 區 常 用 頻 段

頻 段 頻 率 範 圍

UHF ISM 902-928 MHz

S-Band 2-4GHz

S-Band ISM 2.4-2.5GHz

C-Band 4-8GHz C-Band satellite downlink 3.7-4.2GHz C-Band Rader (氣象) 5.25-5.925GHz

C-Band ISM 5.725-5.875GHz

C-Band satellite uplink 5.925-6.425GHz X-Band 8-12GHz X-Band Radar（警用/氣象） 8.5-10.55GHz Ku-Band 12-18GHz 13.4-14GHz Ku-Band Radar（警用）

15.7-17.7GHz 資 料 來 源 ：LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society【15】

2.2.1 ISM 頻 段

LAN MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society【15】

在 表 2.1 中，有三個標識為 ISM 的頻段。所謂 ISM，分別代表產業

（industrial）、科學（scientific）與醫療（medical）。大致而言，ISM 頻 段 是 保 留 給 產 業 、 科 學 或 者 是 醫 療 設 備 使 用 的 。 微 波 爐 是 大 家 最 熟 悉 的 ISM 設備，使用的是 2.4GHz ISM 頻段，因為該頻率的電磁幅射 特 別 利 於 加 熱 含 水 的 物 質 。

之 所 以 特 別 提 到 ISM，是因為 802.11 設備同樣使用此頻段。主要 設 備 所 使 用 的 功 率 不 高 ，ISM 頻 段 一 般 而 言 不 必 經 過 授 權 使 用

（license-free） 。 畢 竟 ， 像 是 使 用 微 波 爐還 得 申 請 使 用 執 照 並 沒 有 太

大 的 意 義 。 同 樣 的 ， 無 線 網 路 的 架 設 與 使 用 也 無 須 申 請 使 用 執 照 。 2.2.2 無 線 網 路 的 限 制

無 線 網 路 並 未 取 代 固 定 式 網 路 。 行 動 性 的 主 要 優 點 在 於 使 用 者 可 以 隨 意 移 動 。 但 是 存 取 資 料 還 是 需 要 得 透 過 伺 服 器 與 資 料 中 心 的 設 備 ， 不 過 伺 服 器 位 於 何 處 並 不 重 要 ， 由 於 伺 服 器 通 常 無 須 移 動 ， 因 此 可 以 使 用 固 定 纜 線 彼 此 相 連 。

無 線 網 路 的 速 度 受 限 於 可 用 頻 寬 。 利 用 資 訊 理 論 ， 可 據 以 推 論 網 路 速 度 的 上 限 。 除 非 主 管 當 局 願 意 釋 出更 多 的 公 用 頻 段 ， 無 線 網 路 的 速 度 必 然 會 有 其 上 限 。 相 較 於 有 線 網 路 的 硬 體 ， 無 線 網 路 的 速 度 上 通 常 較 慢 。 不 像 10-GB Ethernet 標準，由於無線媒介本身並不可靠，無 線 網 路 標 準 必 須 仔 細 驗 證 所 接 收 到 的 每 個 訊 號 框 以 防 止 資料 的 漏 失 。

【11】。

採 用 無 線 電 波 作 為 網路 媒 介 帶 來 許 多 挑 戰 。 只 要 符 合 規 格 ， 網 路 就 能 夠 正 常 運 作 ， 這 是 有 線 網路 規 格 在 設 計 上 所 採 取 的 原 則 。 無 線 電 波 不 然 ， 因 為 可 能 遭 遇 到 一 些 足 以 中 斷 無 線 電 波 鏈 路 的 傳 播 問 題 ，例 如 多 重 路 徑 干 擾（multipath interference）與死角（shadows）等問題。

2.3 IEEE 802.11 無線網 路 規範探討 2.3.1 IEEE 802.11 標 準 比 較

在 任 何 網 路 中 ， 安 全 問 題 都 是 首 要 的 考量 因 素 。 在 無 線 網路 中 ， 安 全 之 所 以 居 於 關 鍵 性 考 量 地 位 ， 是 因 為 只 要 有 適 當 的 天 線 ， 位 於 傳 輸 範 圍 內 的 任 何 人 均 可 接 到 傳 輸 中 的 資料 。 在 有 線 網 路 裡 ， 訊 號 由 纜 線 包 覆 ， 而 且 可 以 透 過 實 體 的 存 取 控 制 加 以 保 護 （ 為 集 線 槽 加 鎖..等 等 ） 。 在 無 線 網 路 中 ， 無 線 電 波 傳 輸 原 本 就 是 設 計 讓 覆 蓋 範 圍 內 所 有 人 接 收 的 ， 因 此 特 別 容 易 遭 到 竊 聽 。 此 外 ， 無 線 網 路 界 限 通 常 十 分 模 糊 。 公 司 無 線 網 路 的 覆 蓋 範 圍 可 能 超 出 建 築 物 本 身 。 停 在 對 街 的 車 子 都 有 可 能 接 收 到 公 司 網 路 所 發 出 的 訊 號 。

表 2.1 比較了各不同的 802.11 標準。根據 802.11 所開發的產品最

早 於 1997 年問世。Frank O. and K. Roeder【13】除了乏人問津的紅外 線 實 體 層 （infrared layer，簡稱 IR），802.11 還同時包括兩種展頻無 線 電 波 實 體 層（spread-spectrum radio layer），分別是：跳頻（frequency hopping，簡稱 FH）以及直接序列（direct sequence，簡稱 DS）。一 開 始 802.11 產品的傳輸速率只有 2Mbps，以現在的網路標準而言實在 太 慢 了，IEEE802.11 工作小組旋即著手制定速率較快的無線電波實體 層，於 1999 年同時推出 802.11a 與 802.11b 標準。802.11b 產品於 1999 年 問 世 ， 最 高 支 援 11Mbps 的傳輸速度。802.11a 採用另外一種技術，

稱 為 正 交 分 頻 多 工 （orthogonal frequency division multiplexing，稱簡 OFDM）。802.11a 使用截然不同頻段，目前只有美國核准使用。從表 1.2 可看出 802.11 所支援的速度已經比 10BASE-T Ethernet 快，跟 Fast Ethernet（100BASE-T Ethernet）比起來也相當有競爭力。

表 2.2 802.11 標準的比較

IEEE 標準 速 度 頻 段 附 註

1Mbps 802.11

2Mbps 2.4GHz 首 份 標 準 （1997） 同 時 支 援 跳 頻 與 直 接 序 列 調 變 技 術 。 802.11a 最 高 可 達 54Mbps 5 GHz 第 二 份 標 準 （1999） ， 產 品

遲 至 2000 年末才推出。

5.5Mbps 802.11b

11Mbps

2.4 GHz

第 三 份 標 準 ， 不 過 是 第 二 波 主 流 產 品 。 這 是 目 前 最 常 見 的 802.11 設備。

802.11g 最 高 可 達 54Mbps 2.4 GHz 尚未標準化。

資 料 來 源 ： 唐 正 【5】

2.3.2 展 頻 技 術

Matthew S.Ga【11】展頻（spread-spectrum）技術是便用 ISM 頻 段 傳 送 資 料 的 基 礎 。 傳 統 無 線 電 通 訊 的 焦 點 ， 在 於 如 何 盡 可 能 在 最 窄 的 頻 段 中 塞 入 最 多 訊 號 。 展 頻 的 運 作 原理 ， 是 利 用 數 學 函 數 將 訊 號 功 率 分 散 至 較 大 的 頻 率 範 圍 。 只 要 在 接 收 端 進 行 反 向 作 業 ， 就 可 以 將 這 些 訊 號 重 組 為 窄 頻 訊 號 ， 更 重 要 的 是 ， 所 有 窄 頻 雜 訊 都 會 被 過 濾 掉 ， 因 此 訊 號 可 以 清 楚 重 現 。

使 用 展 頻 技 術 ， 對 於 無 須 使 用 執 照 的 設 備 而 ， 是 必 要 的 ， 有 時 候 這 是 因 為 管 制 當 局 的 要 求 ， 有 時 候 這 是 符 合 管 制 要 求 的 唯 一 方 式 。 舉 例 而 言，FCC 要求使用 ISM 頻段的設備必須使用展頻傳輸，並在一些 參 數 上 加 以 限 制 。

對 傳 統 的 窄 頻 接 收 器 而 言 ， 傳 輸 訊 號 展 開 至 較 寬 頻 段 後 ， 就 和 雜 訊 沒 有 兩 樣 ， 有 些 展 頻 設 備 廠 商 宣 稱 ， 展 頻 可 以 增 加 安 全 性 ， 因 為 窄 頻 接 收 器 無 法 拾 起 完 整 訊 號 。 問 題 是 將 之 更 換 為 標 準 展 頻 接 收 器 只 是 舉 手 之 勞 ， 因 此 必 須 強 制 使 用 其 他 安 全 功 能 。

這 並 不 意 味 著 說，展 頻 是 可 以 解 決 干 擾 問 題 的「 萬 靈 丹 」（magic bullet） 。 展 頻 設 備 甚 至 可 能 與 甚 他 通 訊 系 統 彼 此 干 擾 ， 傳 統 窄 頻 的 RF 設備亦然。雖然展頻在處理干擾上比其他調變技術高明，但問題並 未 因 此 而 消 失 。 當 有更 多 RF 設備（不論屬於展頻與否）佔據無線網 路 的 覆 蓋 範 圍，雜 訊 就 會 增 加，訊 噪 比（signal-to-noise ratio）就會因 而 降 低 ， 可 靠 的 通 訊 範 圍 也 跟 著 縮 小 。

為 了 將（ 無 須 使 用 執 照 的 ）設 備 間 干 擾降 至 最 少，FCC 限制了展 頻 傳 輸 所 能 使 用 的 功 率 。 法 律 上 明 文 限 制 發 射 器 的 輸 出 功 率 （output power）為一瓦（watt），有效幅射功率（effective radiated power，簡 稱 ERP）為四瓦。有效幅射功率四瓦，對增益（gain）為 6-dB 的天線 而 言，相 當 於 一 瓦 的 輸 出 功 率，對 增 益 為 9-dB 的天線而言，則相當於 500 毫瓦的輸出功率。PC Card 的發射器與天線顯然符合此一限制，就 算 使 用 商 用 天 線 ， 也不 會 超 過 此 限 制 。不 過 ， 若 使 用 外 部 的 放 大 器 或 增 益 較 高 的 天 線 ，PC Card 即有可能涵蓋大的區域。對於這個問題法 律 未 明 文 禁 止，不 過 可 以 確 定 的 是，無 論 如 何 還 是 必 須 符 合 FCC 的功 率 標 準 。

2.3.3 展 頻 的 類 型

802.11 所採用的無線實體層，使用了三種不同的展頻技術：【16】

1. 跳頻（Frequency hopping，簡稱 FH 或 FHSS）

跳 頻 系 統 是 以 某 種 隨 機 樣 式 在 頻 率 間 不 斷 跳 換 ， 每 個 子 頻 道 只 作 瞬 間 的 傳 輸 。2Mbps FH PHY 規範於規格書第 14 款。

2. 直接序列（Direct sequence，簡稱 DS 或 DSSS）

直 接 序 列 系 統 利 用 數 學 編 碼 函 數 將 功 率 分 散 於 較 寬 的 頻 段 。 標 準 中 規 範 了 兩 種 直 接 序列 實 體 層。最 初 的 規 格 書 在 第 15 款所提出的 是 2-Mbps PHY 標準，而 802.11b 則加入了第 18 款 HR/DSSS PHY。

3. 正交分頻多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡稱 OFDM）

OFDM 將可用道劃分為一些子頻道，然後對每個子頻道所要傳送 的 部 份 訊 號 進 行 平 行 編 碼。這 種 技 術 類 似 某 些 DSL 數據機所使用 的 離 散 多 頻 調 變 （Discrete Multi-Tone，簡稱 DMT）技術。

這 三 者 中 ， 以 跳 頻 系 統 的 價 格 比 較 低 廉 。 雖 然 控 制 跳 頻 必 須精 確 計 時，但 不 必 用 到 複 雜 的 訊 號 處 理，即 可 從 無 線 訊 號 中 取 出 位 元 串 流。

直 接 序 系 統 需 要 較 複 雜 的 訊 號 處 理 ， 亦 即 需 要 消 耗 更 多 的 電 力 ， 也 需 要 特 殊 的 硬 體 。 直 接 序 列 技 術 所 能 使 用 的 資 料 傳 輸 率 也 較 跳 頻 系 統 為 高 。

2.3.4 RF 與 IEEE 802.11 之 間 的 關 係

Agilent Technologies【12】802.11 一直以驚人的速度為人所採用。

過 去 （ 習 慣 認 為 訊 號 必 然 沿 著 定 義 明 確 的 纜 線 而行 ） 的 網 路 工 程 師 ， 如 今 所 面 對 的 區 域 網路 ， 則 是 在 充 滿 雜 訊 、 容 易 出 錯 而 且 變 化 多 端 的 無 線 鏈 路 上 運 行 。

RF 零件系統不但延伸了有線網路的範圍，也和有線網路形成互補 關 係 。 雖 然 RF 系統的零件，會因所使用的頻率及訊號的傳送距離而 異 ， 不 過 所 有 系 統 基 本 上 是 相 同 的 ， 其 所 使 用 的 零 件 也 不 多 。802.11 的 使 用 者 可 能 會 對 兩 種 RF 零件特別感興趣；天線與放大器，之所以 會 對 天 線 感 興 趣 ， 是 因 為 在 RF 系統中，天線是有形的實體，而放大 器 和 天 線 彼 此 互 補 ， 可 以 讓 天 線 輸 出 更 大 的 功 率 ， 在 建 構不 同 類 型 的 802.11 網路時，使用者或許也會感到興趣。

天線是 RF 系統中最關鍵的零件，因為由它們負責將線路中的訊 號 轉 換 為 電 波 ， 以 及 將 電 波 反 轉 為 電 路 訊 號 。 在 方 塊 圖 中 ， 天 線 通 常 是 以 倒 三 角 形 表 示 【16】，如下圖 2.1 所示。

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast【16】

圖 2.1 天線示意圖

天線必須以導電材料製造才能夠運作，當無線電波遇到天線時，

電 子 就 會 流 入 導 體 而 產 生 電 流 ， 同 樣 的 ， 在 天 線 施 加 電 流 就 會 在 天 線 週 遭 產 生 電 場 ， 當 施 加 在 天 線 上 的 電 流 不 同 ， 電 場 也 會 隨 著 改 變 ， 變 動 的 電 場 就 會 產 生 磁 場 ， 因 此 形 成 電 波 。

天線的長短取決於頻率，頻率愈高天線愈短，每種頻率可以使用 的 簡 易 型 最 短 天 線 長度 為 波 長 的 一 半 （ 雖 然 天 線 工 程 師 可 以 運 月 一 些 技 巧 進 一 步 縮 短 天 線 ）。這 個 經 驗 法 則 同 時 適 用 於 大 型 無 線 廣 播 天 線，

以 及 行 動 電 所 使 用 的 小 型 天 線 。 使 用 830kHz 頻段的調幅廣播電台，

其 電 波 波 長 約 為 360 公尺，因此必須使用大型天線。至於使用 2.4GHz 頻 段 的 802.11 網路介面，波長只有 12.5 公分，利用一些工程技巧，

即 可 將 天 線 整 合 到 PC Card 中，致於效能更高的外部天線，也可以使 用 輕 易 放 進 背 包 隨 身 攜 帶 。

在設計上，天線也可以將方向性納入考量，有些天線屬於全向型

（omnidirectional），亦即可收發所有方向的訊號。有些應用則受惠於 指 向 型（directional）天線，這種類型的天線可以針對某個較窄範圍進 行 收 發 。 圖 2.2 比較了全向型與指向型天線的幅射功率。

給予等量的輸入功率，指向型天線可以傳得較遠，訊號也較清楚。

對 於 所 指 的 方 向 ， 其 具 備 較 高 的 無 線 訊 號 敏 感 度 。 以 無 線 鏈 路 取 代 有 線 網 路 時 ， 通 常 會 使 用 指 向 型 天 線 ， 行 動 通 訊 業 者 劃 分 細 胞 台 時 ， 通 常 會 用 全 向 型 天 線 ， 雖 然 也 有例 外 的 情 況 ， 特 別 是 希 望 網路 可 以 延 伸 更 遠 距 離 時 ， 同 時 應 該 謹 記 在 心 的 是 ， 根 本 沒 有 真 正 的 全 向 型 天 線 。

全 向 型 指 向 型

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast 【16】

圖 2.2 全向型與指向型天線的幅射功率

我 們 通 常 習 慣 性 認 為 ， 那 些 垂 直 懸 掛 的 天 線 屬 於 全 向 型 ， 因 為 當 你 在 天 線 的 水 平 面 移 動 時 ， 訊 號 並不 會 有 太 大 的 改 變 ，不 過 如 果 你 以 垂 直 角 度 （ 亦 即 由 上 往 下 或 由 下 往 上 ） 觀 察 訊 號 情 況 ， 就 會 發 現 這 根 本 是 兩 回 事 。 如 果 你 正 為 學 校 校 區 或 公 司 園 區 建 置 網路 ， 並 希 望 將 天 線 置 於 大 樓 屋 頂 ， 就 必 須 注 意 此 現 象 。

天 線 是 最 有 可 能 和 其 他 電 子 零 件 分 隔 兩 地 ， Frank O. and K.

Roeder【13】在這種情況下，就得使用一條傳輸線連接天線與收發器，

而 傳 輸 線 通 常 具 備 50 歐姆的阻抗（impedance）。就使用 2.4GHz 頻段 的 802.11 設備而言，通常 PC Card 會採用內建天線，但是可想知這種 內 建 式 天 線 雖 然 堪 用 但 是 表 現 平 平 ， 大 部 份 的 廠 商 均 會 銷 售 可 插 式 的 外 接 天 線 ， 作 為 卡 片 選 用 配 備 ， 這 些 天 線 雖 表 現 錯 ， 但 稱不 上 優 秀 ， 不 過 至 少 他 們 可 以 顯 著 增 大 膝 上 型 電 腦 的 漫 遊 範 圍 ， 通 常 可 以 購 買 某 種 線 材 ， 讓 天 線 與 PC Card 分開來，對基地台而言，這是很有用的，

不 過 要 特 別 注 意 的 是 同 軸 電 纜 ， 特 別 是 細 的 同 軸 電 纜 ， 在 這 樣 的 頻率 下 十 分 容 易 損 失 訊 號 ， 如 此 一來 ， 即 使 換 上 效 益 較 好 的 天 線 ， 也 會 被 纜 線 的 損 失 所 抵 銷 。 因 此 ， 目 前 其 實 有 許 多 商 用 天 線 可 供 選 擇 ， 有 些 是 專 為 802.11 設計的，有些則可以加以調整。

放 大 器 可 以 加 強 訊 號，訊 號 的 放 大 或 增益 程 度 係 以 分 貝（decibel，

簡 稱 dB）作為量測單位，放大器大致上可以分為三種：低雜訊、高功

率 與 其 他 種類，低 雜 訊 放 大 器（Lownoise amplifier，簡稱 LNA）通常 與 天 線 連 接 ， 用 來 將 所 收 到 的 訊 號 放 大 到 與 RF 系統連結的電子零件 可 辨 識 的 程 度。LNA 同時也可以就雜訊係數（noise factor）區分等級，

雜 訊 係 數 是 用 以 評 量 放 大 器 本 身 所 帶 來 的 不 相 干 資 訊 。 雜 訊 係 數 較 小 ， 接 收 器 就 可 以 辨識 較 細 微 的 訊 號 ， 因 此 可 涵 蓋 較 長 的 距離 。

至於高功率放大器（High-power amplifier，簡稱 HPA），則是用 來 將 訊 號 推 升 至 最 大 功 率 後 傳 送，輸 出 功 率 是 以 dBm 作 為量測單位，

其 與 watt 有關。放大器依循的是熱力學定律，所以在放大訊號的同時 會 產 生 熱 量 。802.11 PC Card 只能使用低功率傳送器，因為如果安裝 在 膝 上 型 電 腦 ， 很 快 就 會 耗 盡 電 池 的 電力 ， 不 過 基 地 台 可 以 外 接 放 大 器 ， 另 以 電力 較 為 充 沛 的 獨 立 電 路 供 電 。

這就是關係到如何符合管制規定的微妙之處，802.11 裝置限定使 用 1 瓦輸出功率以及 4 瓦有效幅功率（effective radiated power，簡稱 ERP）。ERP 藉由天線增益（gain）減去傳輸線的損耗（loss），將傳 送 器 的 輸 出 功 率 倍 增 。 假 你 手 上 有 個 1 瓦的放大器，所使用的天線可 帶 來 8dB 的增益，而傳輸線的損耗則是 2dB，那麼 ERP 即為 4 瓦，整 體 係 統 的 增益 為 6dB，相當於提升傳送哭功率 4 倍。

2.3.5 分 貝 與 訊 號 強 度

放 大 器 是 以 能 量 的 數 量 級（orders of magnitude）放大訊號，放大 功 率 是 以 分 貝 （decibel，簡稱 dB）計算。

dB ＝ 10 × log10（輸出功率 / 輸入功率） （2.1）

當 輸 出 功 率 大 於 輸 入 功 率 ， 此 數 值 為 正 ， 如 果 輸 出 功 率 小 於 輸 入 功 率 則 為 負 ， 每 10-dB 的變化量相當於提升 10 倍，而 3-dB 的變化量 相 當 於 提 升 2 倍，因此 33-dB 的變化量相當於放大 2000 倍。

33dB＝10dB＋10dB＋10dB＋3dB＝10×10×10×2＝2000 功 率 有 時 候 會 以 dBm 計量，亦即每毫瓦的 dB 值。

2.4 RF 傳播的方式

在 固 定 式 網路 中 ， 訊 號 只 能 在 電 纜 線 所 限 定 的 路 徑 中 移 動 ， 因 此 網 路 工 程 師 不 必 知 道 電 話 訊 號 傳 播 的 物理 特 性 。 只 要 依 循 一 些 規 則 計 算 出 每 個 網 段 所 允 許 的 最 大 長 度 ， 就 很 少 會 出 現 什 麼 問 題 ， 不 過 RF 傳 播 卻 沒 有 那 麼 簡 單 。

2.4.1 無 線 網 路 多 重 路 徑 干 擾

困擾無線網路的一個主要問題是多重路徑衰落（multipath fading）

波 與 波 之 間 具 有 疊 加 性（superposition）。當多個波聚集於某一點時，

所 產 生 的 波 即 是 所 有 組 合 波 的 加 總 。 圖 2.3 顯示了一些波與波的疊加 範 例 。

Agilent Technologies【12】在圖 2.3c 中所顯示的兩個波幾乎完全 相 反 ， 加 總 之 後 ， 相 當 於 什 麼 都 沒 有 ， 而 更 令 人 遺 憾 的 是 這 種 情 況 出 現 在 無 線 網路 的 次 數，絶 對 是 出 乎 大 家 所 料。802.11 設備大部採用全 向 型 的 天 線 ， 因 此 RF 量會往所有方向幅射，波從天線向四方擴展，

該 區 各 種 物 體 表 面 則 會 加 以 反 射 ， 圖 2.4 顯示了一個經過高度簡化的 範 例 ， 其 中 有 兩 部 工 作 站 位 於 完 全 沒 有 阻 隔 旳 長 方 形 區 域 內 。

a. b.

c.

KEY

Wave1 Sum Wave2

資 料 來 源 ：Agilent Technologies 【12】

圖 2.3 波的疊加組合

1

2

3

2

資 料 來 源 ：Agilent Technologies【12】

圖 2.4 多重路徑

本 圖 示 了 從 傳 送 端 至 接 收 端 的 三 種 路 徑 ， 接 收 端 收 到 的 波 為 所 有 不 同 組 合 波 的 總 合 ， 圖 2.4 所顯示的路徑加總起來的淨值可能為 0，

在 這 種 情 況 下 ， 接 收 端 就 無 法 察 覺 訊 號 的 傳 輸 ， 因 為 根 本 沒 有 收 到 任 何 訊 號 。

由於干擾是相同的傳輸行走不同路徑的遲延結果，這個現象就稱 為 多 重 路 徑 衰 落 （multipath fading ） 或 多 重 路 徑 干 擾 （ multipath interference）。有時候，調整接收端的方向式擺放的位置，即可解決 多 重 干 擾 問 題 。

2.4.2 訊 符 間 干 擾

Matthew S.Ga【16】多重路徑衰落屬於訊符間干擾（Inter-symbol interference，簡稱 ISI）的特例。從傳送端至接收端，行徑不同路徑的 波 ， 路 程 不 盡 相 同 ， 因 此 彼 此 之 間 會 有 遲 延 落 差 ， 如 圖 5 所示，再次 強 調 ， 波 與 波 之 間 具 有 疊 加 性 ， 因 此 造 成 整 個 波 形 的 混 淆 扭 曲 ， 在 實 際 情 況 下，來 自 不 同 路 徑 的 前 導 波（wavefront）會彼此疊加。最先到 達 的 前 導 波 與 最 後 到 達 的 多 重路 徑 回 音 ， 兩 者 間 的 時 間 差 稱 為 延 遲 範 圍（delay spread）。延遲範圍較長，就必須採用比較穩定的編碼機制。

802.11b 網路可以處理 500ns 以下的延遲範圍，如果延遲範圍較短，效 能 就 會 更 好 ， 如 果 延 遲 範 圍 實 在 太 久 ， 有 些 路 會 降 低 傳 輸 速 率 以 為 因 應。有 些 廠 商 宣 稱，若 要 以 11-Mbps 全速運作而且保有合理的訊框錯 誤 率 （frameerror rate）則延遲範圍必須在 65-ns 以內，有些無線區域 網 路 分 析 具 可 以 直 接量 測 延 遲 範 圍 。

1

長

短 2

資 料 來 源 ：Matthew S.Ga【16】

圖 2.5 訊符間干擾 2.4.3 IEEE 802.11 的 直 接 序 列 技 術

Matthew S. Gast 【11】直接序列向來是 802.11 所使用的調變技 術 中 最 為 成 功 的 一 種。802.11 最初的規格提出了一種低速，以直接序 列 展 頻 （direct-sequence spread spectrum，簡稱 DS 或 DSSS）為基礎 的 實 體 層 。 直 接 序 列 設 備 必 須 使 用 較 大 的 功 率 ， 才 能 達 到 跳 頻 系 統 一 樣 的 傳 輸 量 。2-Mbps 直接序列介面消耗電池的速度比 2-Mbps 跳頻介 更 快 。 直 接 序 列 傳 輸 的 實 際 優 勢 在 於 這 種 技 術 比 跳 頻 網 路 容 易 提 升 至 更 高 的 資 料 率 。

直接序列傳輸是一種不同的展頻技術，可以透過較寬的頻段傳送 訊 號 。 直 接 序 列 技 術 的 基 運 作 方 式 ， 是 將 RF 能量以一種精確控制的 方 式 分 散 至 某 個 寬 頻 頻 段 。 當 無 線 電 載 波 的 變 動 分 散 至 較 寬 的 頻 段 時 ， 接 收 器 可 以 透 過 相 處 理 （correlation process）來找出變動何在。

圖 2.6 以比較抽象的觀點來說明直接序列的基本運作方式。

位於圖左的是傳統的窄頻無線電波訊號。訊號經過展頻器處理，

以 數 學 轉 換 公 式 將 窄 頻 輸 入 訊 號 的 振 幅 平 坦 化 ， 分 佈 至 相 對 較 寬 的 頻 段 ， 對 窄 頻 接 收 器 而 言 經 過 直 接 序 列 展 頻 處 理 的 訊 號 就 像 一 些 低 準 位 的 雜 訊 ， 因 為 RF 能量已被擴展至較寬的頻段。直接序列展傳輸的關

鍵 是 RF 載波調變也同時被擴展至整個頻段，接收器可以監視某個寬

頻 頻 段 ， 以 找 尋 影 響 整 個 頻 段 的 變 動 何 在 ， 原 始 訊 號 可 以 透 過 相 關 器

（correlator）還原，只須逆轉整個展頻程序即可。

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast【11】

圖 2.6 基本的 DSSS 運作方式

從高階的觀點來看，相關器只是在找尋整個頻段的 RF 訊號變動，

相 關 性 （Correlation） 所 提 出 的 防 護 ， 使 得 直 接 序 列 傳 輸 可 以 抗 拒 相 當 多 的 干 擾 ， 雜 訊 通 常 是 以 突 波 或 脈 衝 形 式 出 現 ， 相 對 而 言 所 佔 的 頻 段 較 窄 。 在 定 義 上 ， 這 類 脈 衝 並 不 影 響 整 個 頻 段 ， 因 此 ， 相 關 函 數

（correlation function）會將雜訊擴展至整個頻段，所以經過相處理的 訊 號 完 全 不 受 影 響 ， 如 圖 2.7 所示。

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast【11】

圖 2.7 以相關處理擴展雜訊

直接序列調變的運作方式，乃是以展頻碼（chipping sequence 或 譯 為 綴 片 序 列 ） 對 資 料 串 流 作 處 理 。chip（ 綴 片 ） 乃 是 展 頻 程 序 所 使

用 的 二 進 制數 字 。bit（位元）屬於比較高階的資料，而 chip（綴片）

則 是 編 碼 程 序 使 用 的 二 進 制 數 字 ，bit 與 chip 之間並不存在任何數學 上 的 差 異 。 展 頻 開 發 人 員 之 所 以 採 用 這 個 術 語 ， 是 為 了 表 明 hip 雖屬 編 碼 與 傳 輸 程 序 的 一 部 份 ， 然 而 本 身 並 未 攜 帶 任 何 資 料 。 展 頻 碼 亦 稱 為 準 機 雜 訊 碼（PN code），其傳輸率必須高於資料，圖 2-7 顥示了直 接 序 列 調 變 的 資 料 傳 輸 過 程 中 ， 展 頻 碼 所 扮 演 的 角 色 ， 每 個 位 元 都 會 用 到 好 幾 個 綴 片 ， 而 將 位 元 被 編 碼 成 一 系列 的 綴 片 ， 這 些 經 過 展 頻 碼 處 理 的 高 頻 訊 號 ， 是 透 過 RF 載波加以傳送。在接收端，會有一個相 關 器 （correlator）將所收到的訊號與同樣的 PN 碼作比較，以判定該 娙 過 編 碼 的 位 元 究 竟 是 0 或 1。

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast【16】

圖 2.8 加入展頻碼

以較高的綴片（chip rate）對較低的位元率（bit rate）訊號進行編 碼 ， 會 產 生 訊 號 功 率 被 擴 展 至 較 大 頻 寬 的 副 作 用 。 直 接 序列 系 統 最 重 要 的 特 性 之 一 即 是 展 頻 率（spreadingratio），代表傳輸單一位元（bit）

必 須 使 用 多 少 個 綴 片 （chip） 。 較 高 的 展 頻 率 提高兩 倍 ， 需 要 用 到兩 倍 的 綴 片 率，也 需 要 用 到 兩 倍 的 頻 寬。增 加 綴 片率 需 要 付 出 兩 種 成 本，

直 接 成 本 是 必 須 使 用 價 格 比 較 昂 貴 、 可 在 較 高 頻率 運 作 的 RF 零件，

而 間 接 成 本 則 是 所 需 要 的 頻 寬 ， 因 此 在 設 計 直 接 序列 系 統 時 ， 應 該 盡 量 將 展 頻 率 壓 低，以 符 合 設 計 需 求 同 避 免 浪 費 頻 寬。展 頻率（spreading ratio）關係到所謂的處理增益（processing gain），有時候，這兩個名 詞 彼 此 通 用 ， 不 過 處 理 增 益 必 須 將 系 統 的 實 際 損 耗 納 入 考量 ， 因 此 其

值 稍 微 低 於理 想 中 的 展 頻 率 。

直接序列調變是以頻寬交換傳輸量，相較於傳統窄頻傳輸，直接 序 列 調 變 顯 然 需 要 更 多 電 波 頻 譜 ， 速 度 也 較 慢 ，不 過 它 通 常 可 以 與 其 他 干 擾 源 共 存，因 為 接 收 器 的 相 關 係 數（correlation function）有效地 的 排 除 了 窄 頻 雜 訊 ， 相 較 於 跳 頻 ， 直 接 序 列 技 術 也 比 較 容易 提 升 傳 輸 量 。 管 制 當 局 並 未 限 制 頻 譜 的 使 用 量 ， 通 常 限 制 的 反 而 是 處 理 增 益 的 最 低 下 限 ， 使 用 較 寬 的 頻 段 可 以 達 到 較 高 的 傳 輸率 ， 不 過 較 寬 的 頻 段 需 要 使 用 較 高 的 綴 片率 。

2.4.4 IEEE 802.11 直 接 序 列 的 細 節

唐正【5】802.11 採用 11 個位元的 Barker word 作為展頻碼（PN code）。每個位元均以 Barker word 進行編碼，對 802.11 網路而言，

Barker word 的關鍵屬性是其具備良好的主動相關（autocorrelation）

性 質 ， 亦 即 接 收 器 所 使 用 的 相 關 函 數 在 絶 大 部 份 環 境 的 表 現 均 合 乎 預 期 ， 而 且 相 對 比 較 能 夠 容 忍 多 重 路 徑 衰 落 。

管制當局要求處理增益（processing gain）必須為 10-dB，每一位 元 配 置 11 個位元的展頻碼，可讓 802.11 合乎管制要求，而且還留有 一 點 安 全 空 間，以 11 個位元作為展頻碼並不算多，因此可以容納更多 重 疊 網 路 。 較 長 的 展 頻 碼 可 以 得 到 較 高 處 理 增 益 ， 不 過 需 要 使 用 較 大 的 頻 寬 。

IEEE 802.11 直接列網路的編碼方式，是使用 Barker 序列『+1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1, -1』作為展頻碼。用在 802.11 時，+1 更 換 為 1，而-1 更換為 0，因此 Barker 序列就變成了 10110111000，

模 2 的加法器（modulo-2 adder）與 Exclusive OR 等效會將之運用到 資 料 串 流 的 每 個 位 元。如 果 編 碼 對 象 為 1，展頻碼所有位元均會改變；

如 果 編 碼 對 象 為 0，就會保持不變，圖 6 說明了整個編碼程序。

接收器可以定期檢視所收到的位元當中包含多少個 1。Barker 序 列 本 身 有 六 個 1 和五個 0，只要 11 個位元序列中包含六個 1，就代表 所 傳 送 的 是 0，如果其中包含六個 0，則代表所要傳送的是 1，除了計 算 1 與 0 的數目，接收器也可以藉由位元樣式的分析，推論出所傳位

元 的 實 際 值 。

而 以 Barker 序列進行編碼的技術，和一些無線電話系統所仗用的 分 碼 多 工（code division multiple access，簡稱 CDMA）技術類似，此 技 術 允 許 多 部 工 作 站（ 手 機 ）其 他 位 於 同 一 細 胞 媒 介。CDMA 採用相 當 複 雜 的 數 學 運 算 ， 以 確 保 每 部 手 機 的 傳 輸 ， 對 其 他 位 於 同 一 細 胞 台 的 手 機 而 言 ， 就 像 是 隨 機 的 雜 訊 ， 其 所 涉 及 的 數 學 運 算 ， 遠 比 固 定 的 準 隨 機 雜 訊 碼 複 雜 許 多 。

資 料 來 源 ： 唐 正 【5】

圖 2.9 以 Barker word 進行編碼 2.4.5 IEEE 802.11 所 使 用 的 頻 道

相 較 於 FH PHY，DS PHY 所使用的頻道較寬。DS PHY 在 2.4GHz 頻 段 使 用 了 4 個 頻 道 ， 每 個 頻 道 的 頻 寬 為 5MHz ， 頻 道 1 位 於 2.412GHz，頻道 2 位於 2.417GHz，依此類推至位於 2.484GHz 的頻道 14。表 2.3 顯示了每個管制當局允許使用那些頻道，北美與歐洲均允 許 使 用 頻 道 10，這也是為什麼大部份產品均以頻道 10 作為預設使用 頻 道 。

2.4.6 頻 道 能 量 的 分 佈

在每個頻道中，大部份的能量會散於 22-MHz 的頻段，因為 DS PHY 使用的是 11-MHz 的晶片時脈，能量會從頻道中心以 11MHz 的 倍 數 分 散 出 去 ， 如 圖 所 示 ， 為了 避 免 干 擾 相 鄰 的 頻 道 ， 第 一 個 旁 波 瓣

（side lobe）會經過處理，使之小於頻道中心頻率能量 30dB。第二個

表 2.3 各管制區所使用的頻道

管 制 區 可 用 頻 道

美 國 （FCC）/加拿大（IC） 1 至 11（2.412-2.462GHz）

歐 洲（ 不 含 法 國 與 西 班 牙 ）（ETSI）1 至 13（2.412-2.472GHz）

法 國 10 至 13（2.457-2.472GHz）

西 班 牙 10 至 11（2.457-2.462GHz）

日 本 （MKK） 14（2.484GHz）

資 料 來 源 ： 本 研 究 整理

旁 波 瓣 經 過 處 理，使 之 小 於 頻 道 中 心 頻率 能 量 50dB。這相當於分別將 能 量 低 1,000 倍與 100,000 倍，這些限制在圖 2.10 當中是以 dBr 註記，

亦 即 與 頻 道 中 心 能 量 的 相 對 dB 值，圖 2.10 只是示意圖：-30dBr 只代 表 一 千 ， 而-50dBr 則是代表十萬。

-50dBr -30dBr

fc fc+11MHz fc+22MHz fc-11MHz

fc-22MHz

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast【16】

圖 2.10 802.11 DS 之各個傳輸頻道的能量分佈

透 過 發 射 過濾 器（transmit filter），可將大部份的 RF 能量限制在 2-MHz 頻段，歐洲的管制單位限定最高的幅射功率只能為 100 毫瓦；

美 國 的 FCC 則允許使用 1,000 毫瓦的幅射功率，大過大部份的產品幅 射 功 率 遠 低 於 此 。

為 了 避 免 干 擾 鄰 近 頻 道 的 使 用，802.11 直接序列設備每個頻道的 中 心 頻 率 之 間 至 少 必 須 相 隔 22MHz，既然個頻道相距 5MHz，每個網

路 至 少 必 須 相 隔 五 個 頻 道 才 能 夠 避 免 干 擾，如 圖 2.11 所示，如果選用 兩 個 相 鄰 頻 道 ， 它 們 的 中 心 波 瓣 必 然 會 彼 此 互 相 重 疊 。

Channel 11 Channel 6

Channel 1

資 料 來 源 ：Matthew S. Gast【16】

圖 2.11 802.11 DS 網路中頻道的分隔 2.4.7 最 大 傳 輸 量

如 果 使 用 DS PHY 的訊號處理技術，那麼最大傳輸量將是所使用 頻 率 空 間 的 函 數 ， 粗 略 而 言 ，ISM 頻段的頻寬為 80-MHz，若展頻率 為 11，則最大位元率大概稍微比 7Mbps 多一些。不過，這是指使用 一 個 頻 道 的狀 況 下 ， 而 且 產 品 必 須 用 時 脈 77MHz 的振盪器所產生的 展 頻 碼 ， 高 頻 段 設 備 相 當 耗 費 電 池 的 電力 ， 而 且 使 用 這 麼 高 的 編 碼率 必 須 用 掉 整 個 頻 段 ， 對 可 用 頻 譜 而 言 簡 直 是 最 糟 的浪 費 ， 要 達 到 較 高 的 傳 輸 量，必 須 使 用 較 複 雜 的 技 術，802.11b 只是稍微增加了訊符率，

但 是 它 使 用 較 複 雜 的 編 碼 技 術 ， 在 傳 輪 量 方 面 取 得 更 大 的 進 展 。 2.4.8 干 擾 反 應

鄭同伯【8】比起跳頻訊號，經過直接序列調變的訊號比較抗干擾，

相 關 程 序 （correlation process）可讓直接序列系統有效率地解決窄頻 干 擾 的 問 題，每 個 位 元（bit）使用 11 個綴片（chip），可容許漏失或 是 損 毀 幾 個 綴 片 而 不 損 及 資 料 。 至 於 直 接 序 列 系 統 的 缺 點 ， 在 於 回 應 雜 訊 的 能 力 並 不 會 遞 增 。 相 關 器 （correlator）在某種程度可以除去雜 訊，但 是 如 果 干 擾 對 頻 段 的 遮 蔽 率 過 高，就 無 法 還 原 任 何 訊 號。圖 2.12 顯 示 了 直 接 序 列 系 統 與 干 擾 程度 間 的 關 係 。

有 效 傳 輸

量

干 擾 程 度 資 料 來 源 ： 鄭 同 伯 【8】

圖 2.12 DSSS 系統的干擾應

比起跳頻系統，直接序列系統比較能夠有效避免妨礙到頻段優先 用 戶（primary user）。經過直接序列處理後，訊號比較寬，振幅也比 較 小 ， 對 傳 統 窄 頻 接 收 器 而 言 ， 有 如 隨 機 背 景 雜 訊 ， 如 果 同 地 區 兩 位 使 用 者 所 選 用 的 直 接 序 列 頻 道 相 隔 太 近，使 用 上 就 生 問 題，一 般 而 言，

不 待 頻 段 優 先 用 戶 察 覺 ， 直 接 序 列 設 備 彼 此 干 擾 的 問 題 已 事 先 浮 現 。

第三章 研究方法

3.1 研究 流 程

研 究 動 機 與 目 的

業 界 目 前 的 測 試 方 式 探 討

實 際 執 行 完 整 測 試 及 資 料 收 集

測 試 資 料 分 析 與 模 型 建 立

No

Yes

模 型 驗 證

模 型 實 際 應 用 與 業 界 測 試 方 式 之

比 較

結 論

相 關 資 料 收 集 / 文 獻 探 討

圖 3.1 研究流程

3.2 研究限制

因為不同的晶片以及不同的產品介面所表現出來的結果會有部份 的 差 異 ， 而 且 在 測 試 時 之 工 作 環 境 溫 度 也 會 影 響 測 試 結 果, 若無 線網 路 產 品 持 續 在 高 溫 下 工 作 ， 對 於 其 所 測 試 出 來 的 功 率 會 有 絕 對 程 度 的 影 響 ， 在 此 本 研 究 並不 將 此 一 部 份 列 入 研 究 的 範 圍 之 內 。 本 次 的 研 究 因 為 生 產 測 試 的 時 間 還 算 短 暫 ， 固 將 測 試 環 境 設 定 維 持 在 一 定 的 溫度 下 來 進 行 測 試 。

另 外 ， 在 業 界 中 目 前 出 現 部 份 的 製 造 商 為了 節 省 測 試 插 拔 產 品 的 時 間 ， 而 直 接 使 用 無 線 測 試 方 式 經 由 天 線 接 收 及 發 射 測 試 ， 而 非 採 用 較 為 準 確 的 將 測 試 線 直 接 接 到 產 品 上 進行 測 試 ， 由 於 目 前 使 用 無 線 測 試 方 式 ， 即 經 由 天 線 接 收 及 發 射 來 進 行 產 品 測 試 仍 有 不 少 問 題 存 在 ， 故 本 研 究 並不 採 用 此 方 式 來 進 行 測 試 資 料 的 收 集 ， 而 是 採 用 準 確 性 較 高 將 測 試 線 直 接 接 在 產 品 上 來 進 行 測 試 ， 以 求 得更 準 確 之 數 據 進 行 研 究 。

礙 於 各 家 晶 片 設 計 的 特 性 不 同 ， 加 上 搭 配 不 同 的 產 品 之 後 所 產 生 的 結 果 也 不 盡 相 同 ， 因 此 ， 本 研 究 的 實例 驗 證 中 所 採 取 測 試 用 樣 品 僅 以 單 一 種 的 R 牌無線網路晶片所製造出的，單一種 PCI 界面的無線網 路 卡 為 研 究 對 象 ， 來 進 行 本 研 究 之 探 討 。

3.3 統計分析 3.3.1 迴 歸 分 析

賀力行【6】等人迴歸分析是一種可以用來找出兩個或兩個以上計 量 變 數 間 關 係 的 方 法 ， 並 且 進 而 從 一 群 變 數 中 可 以 預 測 資料 未 來 可 能 的 趨 勢 ， 換句 話 說 迴 歸 分 析 是 將 研 究 的 變 數 區 分 為 依 變 數 及 自 變 數 ， 並 建 立 依 變 數 為 自 變 之 函 數 模 型 ， 然 後 再 根 據 所 得 到 的 資料 來 估 計 函 數 模 型 的 參 數， 其主要的目的是用來解釋資料過去的表現以及由自變 數 來 預 測 依 變 數 未 來 可 能 產 生 之 數 值 ， 而 迴 歸 分 析 根 據 自 變 數 之 多 寡 ， 又 可 區 分 成 下 列 兩 種 方 式 ：

1. 簡單迴歸分析：用一個自變數來解釋一個依變數之迴歸分析。

2. 複迴歸分析：利用二個或二個以上的自變數來解釋一個依變數之迴 歸 分 析 。

迴歸分析的模型，可視其函數型態區分為線性迴歸與非線性迴歸 兩 種 ， 只 要 數 據 點 的 散 布 圖 看 起 來 像 某 一 種 函 數 的 圖 形, 都可 以 用 迴 歸 分 析 的 方 法, 其 中 如 果 迴 歸 模 式 的 待 求 、 未 知 參 數 係 數 呈 線 性 的 話，就 是 所 謂 的 線 性 迴 歸 分 析 模 式，例 如Y=α+βX為一般線性模式，

而 假 設 迴 歸 模 式 的 待 求 、 未 知 參 數 係 數 呈 非 線 性 的 話Y=α +X^β ， β

=0、1，就是所謂的非線性迴歸分析模式。

3.3.2 簡 單 線 性 迴 歸 模 型

迴 歸 分 析 主 要 是 在 探 討 變 數 之 間 的 關 係 ， 一 般 的 作 法 是 會 先 設 定 一 個 函 數 ， 再 想 辦 法 讓 手 上 的 資 料 裡 變 數 的 關 係 ， 看 來 就 像 是 函 數 中 應 變 數 與 自 變 數 的 關 係 ， 當 然 這 中 間 或 多 或 少 會 有 一 定 的 誤 差 存 在 。 而 將 手 上 資料 分 為 應 變 數 及 解 釋 變 數 ， 應 變 數 應 該 是 研 究 分 析 者 最 有 興 趣 的 變 數 ， 或 是 最 想 預 測 的 變 數 。 首 先 依 經 驗 、 觀 測 或 是 其 他 領 域 的 專 業 知 識 來 指 定 迴 歸 模 型--也就是指出函數的樣子，再利用資料來 估 計 未 知 的參 數 後 ， 驗 證 資 料 是 否 符 合 研 究 者 所 作 的 推 論 ， 所 需 要 的 假 設 條 件 ，若 一 切 順 利 的 話 ， 這 個 迴 歸 模 型 才 適 用 手 上 的 資料 分 析 ， 也 才 可 以 用來 正 確 地 解 釋 變 數 之 間 的 關 係 及 預 測 應 變 數 。

因 此 簡 單 線 性 迴 歸 模 型 可 令X、Y分別表示自變數及依變數，但由 於 相 同 的X值所得到的依變數之數值可能不同，因此令Y/x表示給定自 變 數 為X值所得到的依變數之數值，而μY/x、 σ²Y/x則 分 別 表 示Y/x之 平 均 數 及 變 異 數 。 而 所 謂 簡 單 線 性 迴 歸 模 型 便 想 利 用X的值及μY/x＝ α +βx的模型來取得母體迴歸等式。

而 母 體 迴 歸 方 程 式 μY/x＝ α +βx，實上依變數的觀察值yi與μY/x

之 間 存 在 一 個 隨 機 的 誤 差 值 εi， 即Yi＝α+βx+εi^，如 圖 3.2 所示。

Y=a+bX

Y=a+bX+誤差

資 料 來 源 ： 本 研 究 整理

圖 3.2 母體迴歸方程式 3.3.3 迴 歸 模 型 之 檢 定

當欲檢定研究之迴歸模型是否具有解釋能力時，吳明隆【2】可令 H0： β ＝0＆H1： β ≠0，此時若H0成 立 ， 則 μY/x＝ α ， 表 示 依 變 數 未 隨 自 變 數X改變，因此研究對象之X、Y並不具有顯著的線性關係。

相 反 的 若H1： β ≠0 成立，即μY/x＝ α +βx隨著自變數X而改變，如 此 一 來 ， 研 究 對 象 之X、Y就具有顯著的線性關係。

所 以 通 常 迴 歸 模 型 的 檢 定 大 致 有 下 列 三 大 步 驟 ： 步 驟 一 、 假 設H0： 兩 變 數 間 無 相 關 性

H1： 兩 變 數 間 具 相 關 性

求 其P-value值，若P<0.05 則拒絕H0的 假 設 ， 也 就 是 接 受H1

兩 變 數 間 具 顯 著 關 係 的 假 設 。

步 驟 二 、R²判 定 係 數 ， 判 定 係數 愈 靠 近 1，表示其配飾佳。（X可以 解 釋 大 部 分Y的變動，R²愈 大 ， 其 解 釋 性 愈 高 ）

步 驟 三、D-W 值，一般 1.5≦DW≦2.5，表示自變數無自我相關現象。

第四章 測試流程

4.1 生產測試 流 程

目 前 無 線 網路 802.11b/g，共有 14 個頻道，每個頻道都有其發射 值 ， 此 發 射 值 目 前 需 要 使 用 頻 普 分 析 儀來 測 量 ， 但 因 其 設 備 昂 貴 ， 動 則 上 百 萬 元 ， 考 慮 到 生 產 成 本 之 問 題 ， 目 前 個 個 製 造 商 都 竭 盡 所 能利 用 有 限 之 設 備 來 創 造 最 大 之 產 能 。

以 目 前 的 Wireless 測試步驟，不外乎四個步驟：

1. EEPROM data burn（資料燒錄）

2. Tuning Power（調整輸出功率）

3. Sensitive Test（接收感度測試）

4. Throughput Test（傳輸速率測試）

在 此 四 個 步 驟 中 ， 步 驟 2 調整輸出功率的測試最為耗時，且在投 入 設 備 成 本 上 也 最 為 昂 貴 ， 以 整 個 生 產流 程 來 看 ， 步 驟 2 調整輸出功 率 的 測 試 ， 為 整 體 測 試 最 重 要 的 一 環 卻 也 是 一 個 極 大 的 瓶 頸 點 ， 也 就 是 說 此 項 測 試 影 響 了 整 體 的 產 能 ， 如 何 去 縮 短 此 項 測 試 的 測 試 時 間 ， 成 為 一 重 要 的 議 題 ， 各 個 供 應 商 無 不 在 此 一 步 驟 上 鑽 研 減 化 之 測 試 技 術 ， 故 本 研 究 針 對 無 線 網 路 產 品 生 產 測 試 中 的 調 整 輸 出 功 率 測 試

（Tuning Power）做為探討。

調 整 輸 出 功 率 測 試 （Tuning Power）是整體測試中最重要，也是 最 複 雜 的 一 項 ， 以 IEEE 802.11 無線網路規範而言，每個無線網路產 品 都 有 14 個頻道，而且每個頻道的功率輸出值都必需符合規範，但是 如 果 每 個 頻 道 都 要 詳 細 的 逐 一 測 試 ， 勢 必 會 增 加 生 產 測 試 時 間 ， 因 此 如 何 利 用 統 計 及 實 驗 設 計 之 手 法 ， 求 出 在 測 試 最 少 的 頻 道 下 ， 但 是 又 可 以 使 整 體 測 試 結 果 符 合 規 範 ， 是 各 家 廠 商 正 在 努力 的 目 標 。

在 進 行 步 驟 2 調整輸出功率的測試時，各個頻道所決定的發射控 制 值 是 由 EEPROM 內的燒錄值所決定（有些是 FLASH ROM），這是 一 個 16 進位的數值，每個頻道必須各自有一個控制值，換句話說每一

片 無 線 網 路 卡 都 有 14 個控制值來控制 1~14 頻道的輸出功率。然後這 組 數 值 有 其 範 圍 ， 這 範 圍 是 由 晶 片 設 計 時 所 決 定 ， 所 以 說 每 家 晶 片 所 訂 定 的 範 圍 值 都 不 太 相 同 ， 以 本 次 研 究 的 晶 片 為例 ， 其 控 制 值 的 範 圍 是 從 00 到 3F，除此之外還有一個重點，那就是雖然說範圍值是固定 的 ， 但 每 個 產 品 會 因 為 其 他 外 在 因 素 影 響 ， 而 這 些 外 在 因 素 包 含 了 製 造 過 程 及 測 試 環 境 的 溫 度……等等，因此，在 不同的產品上輸入相同 的 控 制 數 值 ， 其 所 測量 出 來 的 輸 出 功 率 也 會 不 盡 相 同 。 這 也 是 為 何 每 個 產 品 都 需 要 做 調 整 功 率 輸 出 測 試 的 主 要 原 因 。

當 然 會 造 成 上 述 情 況 的 原 因 其 實 非 常 多 ， 如 製 程 溫度 差 異 ， 零 件 靈 敏 度 差 異 ，PCBA 板本身的阻抗……等，都是影響結果的不確定因 子 ， 但 這 些 問 題 並 不 是 很 容 易 就 可 以 完 全 克 服 的 ， 再 加 上 RF 本身是 一 個 相 當 敏 感 的 產 品 ， 只 要 有 一 點 點 的不 同 ， 所 表 現 出 來 的 情 況 也 就 會 完 全 不 同 。

舉 個 例 子 來 說 明 這 個 狀 況：假 設 本 研 究 今 天 在 A 樣品上所量測到 頻 道 1 的控制值是符合測試規範的值，這個控制值為 1A，而使用 1A 的 控 制 值 所 得 到 的 輸 出 的 功 率 為 15 dbm，當測試時把同樣的測試控制 值 1A，直接輸入至 B 樣品上，所得到到的輸出功率可能變成 14.85 dbm

（ 未 達 IEEE802.11 的規範），因此，這可以說明了每一個產品本身控 制 數 值 皆 為 獨 立 的，而 A 產品的測試控制數值並不一定適用在其他的 產 品 上 ， 這 也 是 為 什 麼 此 項 測 試 如 此 重 要 的 原 因 之 一 。 另 外 在 無 線 網 路 產 品 的 測 試 規 範 上 ，IEEE 802.11b 中規定，每個頻道發射功率必須 達 到 15dbm 以上，且其 sidelobe（波型頭肩距離）須達 30dbc 以上，

（ 如 圖 4.3 摘至於 IEEE 802.11 Standard）的發射波型規範。但此兩者 成 反 比 關 係，也 就 是說 當 發 射 功 率 大 時，sidelobe 會變小，而 sidelobe 的 數 值 變 大 時 ， 發 射 功率 會 變 小 ， 然 而 發 射 功 率 會 影 響 到 傳 輸 距 離 的 遠 近 ， 也 就 是 說 發 射 功 率 越 大 ， 傳 輸 的 距 離 越 遠 ， 但 是 sidelobe 則是 影 響 到 各 個 頻 道 間 的 接 收 訊 號 抗 干 擾 程度 一 個 重 要 因 子 。

在 無 線 網 路 中 ， 接 收 訊 號 可 抗 干 擾 程 度 是 一 大 重 點 ， 因 為 無 論 是 802.11b 或 802.11g，其所使用的頻帶為 2.4GHz，然而在這個頻帶內，

並 不 是 只 有 無 線 網 路 使 用，一 般 的 家 電 如 微 波 爐、無 線 電 話….等等的 許 多 電 子 產 品 ， 也 都 使 用 在 2.4GHz 的頻帶。所以無線網路卡除了本

身 所 產 生 的 干 擾 之 外 ， 也 會 被 外 在 環 境 所 產 生 的 訊 號 干 擾 ， 如 果 本 研 究 只 是 將 發 射 功 率 提 高 ， 只 將 品 質 的 目 標 放 在 可 以 要 得 到 較 遠 的 傳 輸 距 離 上 ， 而 忽 略 了 接 收 抗 干 擾 程 度 ， 則 會 發 生 訊 號 傳 輸 率 下 降 ， 而 產 生 下 降 的 原 因 ， 則 是 為 因 訊 號 受 到 干 擾 ， 導 致 接 收 端 所 接 受 到 的 訊 號 不 正 確 ， 或 無 法 判 斷 時 ， 接 收 端 便 會 要 求 發 射 端 重 新 再 傳 送 ， 如 此 一 來 傳 輸 速 度 自 然 就 會 下 降 ， 但 是 如 果 只 一 昧 的 著 重 在 接 收 抗 干 擾 程 度 ， 則 也 會 發 生 傳 輸 距 離 不 夠 遠 的 情 況 ， 那 麼 便 失 去 了 無 線 網 路 的 意 義 了 。 在 了 解 了 此 兩 個 測 試 參 數 一 不 可 的 重 要 性 之 後 ， 本 研 究 可 以 知 道 ， 無 線 網路 卡 的 輸 出 功 率 測 試 不 能 只 是 一 昧 的 追 求 發 射 功 率 大 ， 使 傳 輸 距 離 可 以 最 長 ， 而 是 要 求 得 一 個 輸 出 功 率 能 夠 符 合 規 範 ， 同 時 又 能 兼 顧 抗 干 擾 程 度 的 一 個 合 理 適 切 的 最 佳 值 ， 所 以 如 何 取 到 一 個 合 適 且 符 合 規 範 的 值 ， 在 此 項 測 試 中 是 重 點 。 或 許 有 人 會 質 疑 ， 想 辦 法 只 要 測 出 一 個 標 準 值 ， 然 後 就 可 以 適 用 在 每 個 產 品 上了 ， 不 是 嗎 ？ 但 事 實 上 並 非 如 此，在 此 要 特 別 強 調 無 線 網路 卡，除 了 本 身 1-14 頻道的每 個 頻 道 都 有 不 同 的 特 性 外 ， 每 個 產 品 與 產 品 之 間 也 會 因 其 製 造 時 的 環 境 不 同 外 ， 以 及 所 使 用 的 每 個零 件 及 PC 版的微小差異，而造成所測 試 出 來 的 最 佳 值 不 同，這 同 時 也 牽 涉 到 各 個 Wireless 晶片製造商所設 計 的 方 式 。 換 句 話 說 ， 每 個 產 品 的 每 個 頻 道 所 測 試 出 來 的 最 佳 值 ， 在 其 他 產 品 上 就 不 一 定 是 最 佳 值 ， 甚 至 可 能 會 落 在 IEEE 802.11 的規範 外 。 圖 4.1 為調整輸出功率測的測試流程。

開 始 測 試

檢 查 是 否 為CH14 Yes

調 整 測 試 控 制 值

將 值 寫 入 暫 存 區 切 換 到 下 一 頻 道

Yes 填 入 初 始 測 試 控 制 值

發 射

檢 查 是 否 符 合 規 範

No No

將 所 有 值 燒錄 至 EEPROM 圖 4.1 調整輸出功率測試流程圖 4.2 測試設備儀器

圖 4.2 為現階段業界所使用的功率輸出測試設備架構圖，經由此

圖 可 以 發 現 無 線 網 路 卡 的 輸 出 功 率 測 試 所 使 用 的 設 備 儀 器 相 當 複 雜 。 當 在 進 行 測 試 時，Power Meter 最主要的功能在於顯示目前待測物 所 發 射 出 來 的 功 率 大 小，而 Spectrum Analyzer 也就是頻普分析儀，其 最 主 要 的 功 能 在 於 顯 示 目 前 所 發 射 出 來 的 波 形 形狀 ， 借 由 波 形 形 狀 來 判 定 是 否 達 到 IEEE 802.11 的要求範圍內，圖 4.3 即是 IEEE 802.11 標 準 的 發 射 波 形 規 範。除 此 之 外 Gold Sample 也是一個重要的項目，Gold Sample 的 身 份 是 標 準 品 ， 目 的 則 是 為 了 用 來 與 待 測 物 做 測 試 上 的 驗 證 ， 所 以 通 常 Gold Sample 都是由 RD 所提供，且都是 RD 經過精密 的 測 試 所 誔 生 的 。 不 過 最 令 業 界 最 頭 痛 的 地 方 ， 其 實 是 此 測 試 站 ， 因

為 此 測 試 站 的 不 但 儀 器 設 備 成 本 高 ， 而 且 測 試 時 間 長 ， 機 器 設 備 一 但 發 生 故 障 時 ， 又 無 法立 即 排 除 問 題 點 ， 因 為 造 故 障 的 原 因 很 多 ， 有 的 時 候 根 本 無 法 在 短 時 間 內 找 到 原 因 ， 如 此 一 來 產 線 就 必 須 暫 時 停 擺 ， 損 失 實 難 以 估 算 。

Golden Unit Test Unit

Card Reader

Ext. Card Coupler-10dB

Coupler-10dB HP-8596A/110dB (Atl enuator) HP-8596E

(Spectrum Anal yz er)

HP-E4412A (Power S ens or) HP-E4418B

(Power Met er) IEEE-488 Bus Line

資 料 來 源 ： 本 研 究 整理

圖 4.2 調整輸出功率測試設備架設圖

0 dBr Unfiltered Sinx/x

Transmit Spectrum Mask

-30 dBr

-50dBr

fc fc-11MHz

fc-22MHz fc+11MHz fc+22MHz

資 料 來 源 ：IEEE 802.11 Standard

圖 4.3 IEEE 802.11 發射波型規範

4.3 現階段業界測試現況

在 了 解 了 Tuning Power（調整輸出功率）測試的重要性與其關係 後 本 研 究 就 業 界 現 階 段 的 測 試狀 況 來 做 探 討 。 以 測 試 經 驗來 看 ， 頻 道 1-14 的測試控制值，並非呈線性狀態，只能說有持平或逐漸上升的趨 勢，而 這 樣 的 結 果 又 與 各 家 Wireless 晶片設計及無線網路卡本身的製 造 、 設 計 有 關 ， 截 至 目 前 尚 無 法 以 數 學 的 方 式 求 出 一 個 相 關 的 定 則 ， 或 許 日 後 在 晶 片 設 計 與 製 造 技 術 更 成 熟 下 ， 說 不 定 可 以 找 出 一 個 可 循 的 規 則 。

以 實 際 的 測 試 經 驗 的狀 況 來 看 ， 單 單 測 試 一 個 頻 道 所 耗 費 的 時 間

大 約 5 秒，然而這已經是測試程式經過最佳化後所得到的結果，當然

這 與 所 使 用 的 儀 器 反 應 回 覆 時 間 也 有 關 係 ， 因 此 ， 本 研 究 取 得 的 平 均 數 約 為 5 秒左右，不過這一部份儀器反應問題並不在本研究所要討論 的 範 圍 之 內 ， 但 以 這 單 一 個 頻 道 的 平 均 測 試 時 間來 看 ， 也 就 是 說 如 果 測 試 全 頻 道 （14 個頻道）的話，所需耗費的時間約為 70 秒，要如何 來 縮 減 測 試 時 間 ， 是 一 大 挑 戰 ， 下 列 為 目 前 業 界 正 在 使 用 或 著 是 正 在 嘗 試 使 用 的 幾 種 方 式 ：

1. 測試 1-14 頻道，即無線網路卡 14 個頻道全數測試，14 個頻道全 數 測 試 可 以 確 保 此 產 品 之 每 一 個 頻 道 發 射 功 率 都 是 最 佳 值 且 完 全 符 合 IEEE 802.11 的規範，但所需要測試的時間很長。

2. 測 試 奇 數 頻 道 (1,3,5,7,…)， 偶 數 頻 道 之 控 制 數 值 則 填 入 與 奇 數 頻 道 相 同 ， 不 過 使 用 跳 頻 測 試 並 沒 有 辦 法 確 認 偶 數 頻 道 功 率 是 否 達 到 規 範 所 要 求 的 目 標 ， 但 時 間 較 方 法 1：測試 1-14 頻道，減少了 一 半 的 時 間 。

3. 跳頻道測試，例如：間隔 4 個頻道測試（1, 5, 9, 13），其中未實 際 測 試 的 部 分，則 利 用 內 差 法 計 算 出 控 制 數 值，（ 利 用 1, 5 之值 計 算 出 2,3,4），測試所需要的時間較方法 2 只測奇數頻道還要再 縮 短 一 半 的 時 間 ， 但 同 樣 的 問 題 未 測 試 到 的 頻 道 發 射 功 率 無 法 確 認 是 否 有 達 到 IEEE 802.11 的規範。

4. 批量測試，例如：此次出貨或生產量為 1kk，取其中 1k 來做完整 測 試，也 就 是 使 用 方 式 1 全顏道測試，將其 1k 每個頻道所得到的 測 試 控 制 值 ， 利 用 統 計 的 方 式 來 計 算 ， 求 出 一 組 固 定 數 值 ， 將 此