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What legislation and specifications regulate IoT device and products?

Law

關於無線 (無線電) 通訊標準的國內法規

全球各個國家/地區都有自己的無線電使用規範法規,會產生無線電電波的產品 (電子零件、物聯網裝置和產品) 的開發人員與製造商都必須遵守這些法規,而且需取得許可 (認證) 才能銷售這類產品。此外,與無線電電波和無線電設備有關的各項標準,都必須對照這些標準進行評估,評估測試需由像是如下的測試工作室和認證機構等組織負責。

Law and Standards

1.法規

無線電使用監管規則分為全國性和地區性。
地區 具管轄權的法定組織
Japan 日本總務省 (電波法等)
US Federal Communications Commission (FCC)
EU European Commission (EC)
中國 State Radio Regulation Center (SRRC)
南韓 National Radio Research Agency (NRRA)
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2.無線電通訊標準

各種無線電通訊方法都有標準組織,這些組織決定要維持的無線電通訊品質。

標準 標準組織/專案 通訊標準
WLAN IEEE 802.11
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax etc.
Bluetooth Bluetooth Sig/Core Specification 5.1
Bluetooth Special Interest Group
Bluetooth v1.2、2.0、2.1、3.0+HS、4.0、4.1、4.2、5.0、5.1
NB-IoT/Cat-M 3GPP Release 15等
3rd Generation Partnership Project
Cat-M1、NB-IoT (Cat-NB1、Cat-NB2)
5G 3GPP Release 15等
3rd Generation Partnership Project
5G NR (New Radio) sub-6GHz/mmwave

例如,針對 WLAN,除了由北美洲所設立的行動通訊產業協會 (CTIA) 和 Wi-Fi 聯盟 (WFA) 共同決議的無線標準外,也有 CTIA/WFA CWG 測試標準。
這些測試標準管理使用電波暗室在空中傳輸 (OTA) 環境下對天線效能的評估。這些標準不只是北美洲的電信業者,也獲亞洲地區電信業者的使用,最近更獲得歐洲電信業者的採用;這些標準涵蓋行動與 Wi-Fi 作業和每一項技術的測試項目。這些標準是針對智慧型手機、平板電腦和物聯網閘道等的評估。
這些行動與 WLAN (Wi-Fi) 測試必須使用訊號發送模式在 OTA 測試環境下執行。

4.2 Wi-Fi Desense Measurements with Cellular Transmitter ON
4.3 Cellular Desense Measurements with Wi-Fi transmitter ON

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3.EMC/SAR 等

除了管理無線電與無線通訊標準的法規外,也有像是 EMC、SAR 等規則,負責監管無線電電波對人體和其他設備的影響。
EMC 國際標準機構有國際電工委員會 (IEC) 和國際標準化組織 (ISO),這兩個機構也負責 SAR 的管理。

[EMC]

EMC Electromagnetic Compatibility EMC具有EMI測試和EMS測試。
1) EMI Electromagnetic Interference 電子產品產生的電磁干擾不得對其他產品與系統造成影響。
2) EMS Electromagnetic Susceptibility 其他設備與系統即使在受到電磁干擾下也必須能正常運作。

[SAR]

SAR Specific Absorption Rate 電子產品產生的無線電電波不得對人體造成影響。
此標準分為兩個部分:頭部 SAR 和身體 SAR。
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4.品質測試

除了法規與標準外,各家製造商都必須對自己的產品執行嚴格測試(例如,以下測試),以改善使用者體驗。
在使用電波暗室的 OTA 測試方面,產品效能與功能的評估是在使用無線電電波反射板設定多路徑環境下執行 (以接近實際環境)。

*暗室:此亦稱為 RF 暗室。可避免來自外部電磁無線電電波的干擾,同時封鎖這些電波,防止其外洩,並可作為屏障室,防止無線電電波在內部反射。
*多路徑:實際使用時,無線電電波不會沿著直線路徑移動,而是會因大樓等阻礙物而彎曲和反射;這些反射的電波所行走的多重路徑即稱為多路徑,這會對接收側造成干擾和延遲。

Multi-Path
(範例) 多路徑測試
(使用 RF 電波暗室的 OTA 測試)
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5.在實際條件下進行評估的需求不斷提高

最近,對於 OTA 測試在實際條件下進行效能與功能評估的需求有升高的趨勢。此外,市場對訊號評估的需求也有所增加。
過去傳統測試評估無線訊號的方式為:

  • 必要時安裝測試軟體
  • 連接專用控制線至無線通訊晶片和控制晶片 (直接模式)
  • 連接用於測量無線訊號的纜線 (非 OTA 測試)

這種方法不僅與物聯網設備在真實環境中使用的環境有很大不同,加上它並無法保證在實際使用環境下的無線效能,因此商業發佈後會發生「我無法連線,或我的連線中斷了」之類的使用者申訴的風險,其他問題還有像是在調查原因時無法重現實際的使用環境等。
基於其他問題類型,評估需要:

  • 在未安裝軟體下測試
  • 在未實際連接至無線晶片下測試 (訊號發送模式)
  • 在未連接用於測量無線訊號的纜線下測試 (OTA 測試)

為滿足物聯網市場的成長,

除了手機通訊的法規與早期標準,另外對於 WLAN、藍牙等,以及 EMC 和 SAR 等各種其他無線電通訊標準測試的需求也不斷提升。此外,也有對於 OTA 和訊號發送測試的需求。
因此,物聯網和設備廠商及測試工作室需要得到這些新型測試的支援。

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6.其他預防措施

A) 視無線電模組的安裝位置而定,傳送和接收有時可能因其他內部元件的屏蔽效應而發生異常,因此需要進行設計評估以避免這類問題。

Case1 to measure

B) 物聯網產品內部雜訊 (電源供應器雜訊) 的影響有時會造成無線電電波無法正常傳送和接收。
設備的電源供應器、CPU 板、LCD 等產生的干擾可能會對無線電通訊產生不良效應。

Case 2 to measure

C) 即使是使用保證效能的無線電模組,有時升級無線電模組、物聯網裝置和產品等的韌體後仍無法達到要求的效能。

Case 3 to measure
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7.結論

如先前所述,裝置與產品的開發人員和製造商必須詳加注意法規、無線通訊標準、EMC 和 SAR 規則,以及品質測試和其他預防性內容。此外,在按照這些標準實施實際測試時,也需要使用 OTA 測試的訊號型評估。

開發及製造物聯網裝置和產品的製造商想要確保物聯網品質,只需遵照上述的評估,就能讓自家的產品勝過其他未執行通訊品質評估的製造商的產品,改善其產品對客戶的價值,達到更高價值的品牌認知。
而且還能降低日後客戶保固申訴的風險,像是無法連線和連線中斷等的風險,就算收到申訴,也能在 OTA 環境下瞭解產品效能,快速解決造成問題的原因。

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