WiFi及测量

《中无通讯》第74期 文︰ 世界网络 www.linkwan.com 向天明顾问 林和安创办人

摘 要:本文将介绍WiFi网络质量的技术参术指标,测量方案及相关仪器。详细阐述WiFi信号强度,链路质量等参数,并提出了在安装维护中的测量方法; 详细阐述WiFi频谱分析方法,提出WiFi信号频点设置、排出干挠的方案。

关键词: WiFI、信号强度RSSI、链路质量、频谱分析

随着电子技术的迅速发展,三网融合的迅速推进,人们对信息化的要求越来越高,越来越有兴趣。无论是有线电视网,宽带网,电信网,和无线移动网,都有一个网络终端与用户端切入的问题。当然它有很多方式,但目前最受人亲徕的是WiFi,因为人们通过WiFi可以在任何地方,任何时间,只要用户手中持有一个用户端(如电脑、手机等) 即可非常方便地进入上述网络,获得人们所需的电话,宽带上网,看电视,收发微信等等。要保证这些业务正常开展,WiFi网络的质量是一个非常重要的课题,为此本文将介绍WiFi网络质量要求的技术指标及测量,为了更好地安装,维护,查找故障,必须监测WiFi网路环境,最好应知道你所在地信号频谱详细分布情况,以便于避开强干挠设置WiFi频道(频率);测量所用WiFi信号,周围WiFi信号及干挠信号,噪声,并测量信噪比。

1. 关于WiFi

WiFi的全文是wireless fidelity,其意即无线保真。是由国际无线局域网联盟提出,属无线接入技术。中国电信称之无线宽带。随着技术的不断发展,国际标准化组织(ISO),国际电工委员会(IEC),美国电子和电气工程师协会(IEEE),认可并成为标准IEEE802.11。我国也承认该标准,并有相应标准GB15629.11。WiFi已不仅是无线网络(包括无线局域网wlan)的接入网,也成为各种有线网络终端的无线接入方式,如有线电视网络,有线宽带网,有线电信网,ADS,双绞线网络的用户端接入。

1.1 WiFi的频道和频率

WiFi 802.11g,工作频段在2.4GHz,支持最高速度50Mbps;802.11n工作频段为2.4GHz或者5.8GHz,最高速度600Mbps。其空间协议802.11a和802.11b均为共用。

1) ,WiFi 2.4GHz频段是2400~2483.5MHz,共分13个频道,带宽5MHz,详见表1。

信道号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
中心频率(MHz) 2412 2417 2422 2427 2432 2437 2442 2447 2452 2457 2462 2467 2472

表1 2.4GHz频段信道

2),WiFi 5.8G频段是5725~5850MHz,共分25个频道,带宽5MHz。

中心频率=5000+5×Nch(MHz),

其中Nch=145,146,147,…,170。

1.2无线局域网对WiFI要求

1),最大发射功率不大于500mw或27dBm,等效全向辐射功率(EIPR)不大于2W或33dBm。

2),接收机最小输入电平,详见表2

数据速率(Mbit/s)

接收机最小输入电平(dBm)

邻道抑制比(dB)

6

-82

16

9

-81

15

12

-79

13

18

-77

11

24

-74

8

36

-70

4

48

-66

0

54

-65

-1

表2 OFDM、DSSS-OFDM调制接收机最小输入电平

3), 性能要求

1) ,吞吐量,无线局域网终端用户>1Mbit/s,

2),延时≤50ms;抖动≤50ms

3),丢失包≤1%

2. 对于WiFi的测量要求

2.1关於WiFi的测量

对于无线局域网的要求来说应按工信部发颁的国标YD/T ××××-200×进行严格测量达标。

但是、对于利用WiFi作为有线电话网络,有线电视网络、宽带网络无线接入的监测、维护来说应予简化。即WiFi网络必须保证接入点的进入,应有足够大的信号电平(或信号强度)和较高的信号质量,以保证所传输的各种信息不丢失地传递。

2.2 WiFi信号电平测量―RSSI

WiFi工作场地范围,原则上可以工作到300英尺,大约90米左右,但这与路由器发射功率和接收终端的灵敏度有关,一般来说在30米左右。实用中因信号在空中传播的衰减很大,如果是有几个房间,隔离,反射都大有影响,因此在不同位置测量电平值相差很大。其值以dBuV、dBm为单位。

再则,即是达到要求的灵敏度的最低电平,但由于当地噪声干挠很大,信噪比很差,也难于保证通信质量。既然影响因素很多,因此在WiFi业内也有建议不一定非要用电平比值来考核。即认为当WiFi接收器在此环境中能保证信号接收,没有包丢失,这就是好的质量,此时信号电平为100%,当电平降低到影响接收质量,给出一个百分质。我们认为电平在60%以上,电平是合格的基本正常工作。这就称之为WiFi信号强度RSSI。

2.3 WiFi链路质量

一个信号的质量好坏,首先是要有足够的电平,但如果信号的噪声大了,那么信号接收到了也会受到影响。特别是在这开路环境中,空中各种信号都直接干扰WiFi信号,甚至可以将信号淹没在噪声中,因此测量信号的信噪比S/N是很重要。但要测量信噪比对仪器来说难度较大,成本很高,故一般安装维护中,不需要测量S/N数值,而是用100%来表征。即我们认为,在信号足够大,而且在传输过程中没有错误(零错误比特),此时为100%,当质量差时会出现错误比特,据此来衡量链路质量。业界认为,链路质量降低到60%,链路可能会被终断,因此一般测试要求大于60%。

2.4 以太网性能实时验证

如以上WiFi信号强度RSSI,键路质量测试合格,可认为达到质量指标,但是否可以保证信号传输呢,还应在此WiFi网络上进行实时以太网连接测试。一般测试项目为,Ping功能、路由分析、传输协议分析(吞吐量测试) 、网页浏览等。本文不再详述。

3. WiFi信号频谱分析

3.1 WiFi频谱分析

WiFi频谱有两段,即上述的2.4GHz和5.8GHz频段,在此频段空间范围内除有WLAN的WiFi信号外,还有很多民用信号,如无绳电话,微波炉,蓝牙信号等,都会同时在频谱图上显示,构成被测空间点所有信号频谱,如图1所示,图之上方是当前信号频谱图(当前值即瞬时值、最大值、平均值) ,图之中间是频谱密度图,图之下方是频谱瀑布图。

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图1 WIFI信号频谱分析图

我们可以看到,在某一被测空间,有多个WiFi信号,由于它们是突发信号,因此屏上是跳动的,这时我们也可以用最大保持方式来观察信号分布状态,如图2所示。如果我们能测量到己知WiFi信号的电平值VS,同时也可以读出空隙部分的噪声电平值VN,这样我们就可以算出WiFi信号的信噪比S/N。

再有,此仪器也可同时分别显示WiFi信号当前值,平均值,最大值,这为我们测试分析提供了更多方便。如图2上方频谱图所示,黄色信号是跳动的为当前值,蓝色为最大值,绿色为平均值。

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图2 WiFi信号频谱的当前值,最大值,平均值

3.2 Wifi信号信噪比S/N测量

如前所述,当我们搜索WiFi信号后便知道被测WiFi的频道和频率,那么可根据此值在频谱分析图上,如图3所示,移动频标(MAK)到相应频率,读出该频率的电平值VS,同时也可以读出空隙部分的噪声电平值VN,则我们可以计算出WiFi信号的信噪比S/N。

S/N=VS-VN(dB)

其中: Vs为被测WiFi信号电平,Vn为附近空隙处电平。

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图3 WiFi 信号C/N测量

3.3频谱密度分析

频谱分析是展示信号在该频段内幅度(电平)大小,而WiFi信号是突发信号,于是所在频点占有率不高,而且是随机的,差异很大,因此可用频率密度图来分析,所谓密度即信号出现的次数(或称作频次),一般用颜色来类似百分比。如图4所示,图上方一条彩线, ,左边蓝色表征百分比低, ,右边红色表征百分比高。因此,我们在设置WiFi频率时,首先要避开信号强的频段,设置在频段的空闲处,同时也要考虑到频次密度数小的频率上,才有好的传输质量。

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图4 WiFi 信号频谱密度图

3.4频谱瀑布图

频谱瀑布图如图5所示,横轴是频率,纵轴是时间,单位为秒,而且图形是随测试时间由上至下移动,形成向下移动的瀑布图,以颜色表示百分比来量化为信号的强度。如图上彩条所示,由蓝到红即是-110dBm~-10dBm。那么从瀑布图中可以看到每秒钟内各频点信号强弱,则可根据信号特征识别干桡信号类别,如微波炉,无绳电话等。因此频谱瀑布图是查找外界强烈干扰的好方法。美国韦克斯CX系列仪器还有干挠信号模板供作参考, 这就为我们提供了更多方便。

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图5 WiFi 频谱瀑布图

4. WiFi信号分析仪

综合前述,WiFi是一个网络无线接入方式,为保证网络质量测试非常重要。但对于监测维护来讲,作为一个测试仪器,除要测量WiFi信号质量外,还需测量网络的特性,如宽带的以太网特性,以认证该网络通道运行正常。如是三网融合网络,最好有数字电视参数测量。

目前看来,美国韦克斯公司的CX系列仪器较为适合。这是在数字电视,以太网测量基础上加入了WiFi测试,这不仅功能齐全,而且参数测量精度高,使用方便,价格便宜。性能参数详见表3

WiFi

?CX系列仪器型号

CX150w

CX180w

CX350w

CX380w

WiFI性能测试

WiFi信号搜索?????????????? 信号电平

链路质量

WiFi频谱分析

频谱当前值
信噪比S/N

 

 

平均、最大值

 

 

频谱密度

 

 

频谱瀑布

 

 

干扰源分析

 

 

WiFi接入以太网测试

Ping功能

路由分析

传输协议分析
(吞吐量测试)

网页浏览

频谱分析

 

高精度

特高精度

数字电视分析

 

CMTS测试(选件)

 

5 结束语

本文对WiFi性能及测量作了简明的探讨。WiFi是用户进入网络的第一个环节,它的质量首先影响到用户的感受,因此非常重要。然而WIFi在实用中环境非常复杂,干挠信号很多,且每个用户面临的问题又不一样,故做好WiFi测量非常重要。遗憾的是目前我们大量使用WiFi,效果怎样, 质量如何, 大多未成评估,测量,因此很多场合有WiFi,但用户无法使用,或时有时无。故希望重视WiFi网络质量, 在安装、维护中做好性能指标的测量。