Solución:
Dados los nuevos detalles, este parece ser un caso de interferencia de USB 3 en la banda de 2,4 GHz.
De la nota de Intel sobre la interferencia de radiofrecuencia USB 3.0 en dispositivos de 2,4 GHz (enlaces de la página a la descarga completa del PDF):
El propósito de este documento es crear conciencia sobre la interferencia de radiofrecuencia en los dispositivos inalámbricos que operan en la banda ISM de 2,4 GHz como resultado de ciertos dispositivos y cables USB 3.0. […] La banda ISM de 2,4 GHz es una banda de radiofrecuencia sin licencia ampliamente utilizada para dispositivos como enrutadores inalámbricos, así como para periféricos de PC inalámbricos como un ratón o un teclado.
Entre las recomendaciones para mitigar el problema, publicadas en una wiki de Logitech en Posible interferencia de USB 3.0:
Si su PC tiene varios conectores USB 2.0 disponibles, separe sus receptores USB 3.0 y USB 2.0 a la mayor distancia posible. Por ejemplo, si su PC tiene la opción de conectores USB 2.0, utilice el que está en el lado opuesto de la PC al conector USB 3.0.
Coloque su receptor USB 2.0 lo más cerca posible de su periférico inalámbrico (mouse, teclado, auriculares, etc.).
Utilice un cable adaptador USB estándar para colocar su receptor inalámbrico USB 2.0 lo más lejos posible de su conector USB 3.0.
El último podría ser el mejor para probar en el caso de una estación de acoplamiento, donde el espacio entre los conectores USB suele ser reducido.
USB 3.0 ha estado interfiriendo. Desconecté el adaptador del dispositivo de almacenamiento masivo conectado al plano posterior del USB 3.0 y ahora no tengo problemas con mi teclado y mouse inalámbricos.