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WiFi及測量

《中無通訊》第74期 文︰ 世界網絡 www.581895.tw 向天明顧問 林和安創辦人

摘 要:本文將介紹WiFi網絡質量的技術參術指標,測量方案及相關儀器。詳細闡述WiFi信號強度,鏈路質量等參數,并提出了在安裝維護中的測量方法; 詳細闡述WiFi頻譜分析方法,提出WiFi信號頻點設置、排出干撓的方案。

關鍵詞: WiFI、信號強度RSSI、鏈路質量、頻譜分析

隨著電子技術的迅速發展,三網融合的迅速推進,人們對信息化的要求越來越高,越來越有興趣。無論是有線電視網,寬帶網,電信網,和無線移動網,都有一個網絡終端與用戶端切入的問題。當然它有很多方式,但目前最受人親徠的是WiFi,因為人們通過WiFi可以在任何地方,任何時間,只要用戶手中持有一個用戶端(如電腦、手機等) 即可非常方便地進入上述網絡,獲得人們所需的電話,寬帶上網,看電視,收發微信等等。要保證這些業務正常開展,WiFi網絡的質量是一個非常重要的課題,為此本文將介紹WiFi網絡質量要求的技術指標及測量,為了更好地安裝,維護,查找故障,必須監測WiFi網路環境,最好應知道你所在地信號頻譜詳細分布情況,以便于避開強干撓設置WiFi頻道(頻率);測量所用WiFi信號,周圍WiFi信號及干撓信號,噪聲,并測量信噪比。

1. 關于WiFi

WiFi的全文是wireless fidelity,其意即無線保真。是由國際無線局域網聯盟提出,屬無線接入技術。中國電信稱之無線寬帶。隨著技術的不斷發展,國際標準化組織(ISO),國際電工委員會(IEC),美國電子和電氣工程師協會(IEEE),認可并成為標準IEEE802.11。我國也承認該標準,并有相應標準GB15629.11。WiFi已不僅是無線網絡(包括無線局域網wlan)的接入網,也成為各種有線網絡終端的無線接入方式,如有線電視網絡,有線寬帶網,有線電信網,ADS,雙絞線網絡的用戶端接入。

1.1 WiFi的頻道和頻率

WiFi 802.11g,工作頻段在2.4GHz,支持最高速度50Mbps;802.11n工作頻段為2.4GHz或者5.8GHz,最高速度600Mbps。其空間協議802.11a和802.11b均為共用。

1) ,WiFi 2.4GHz頻段是2400~2483.5MHz,共分13個頻道,帶寬5MHz,詳見表1。

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

表1 2.4GHz頻段信道

2),WiFi 5.8G頻段是5725~5850MHz,共分25個頻道,帶寬5MHz。

中心頻率=5000+5×Nch(MHz),

其中Nch=145,146,147,…,170。

1.2無線局域網對WiFI要求

1),最大發射功率不大于500mw或27dBm,等效全向輻射功率(EIPR)不大于2W或33dBm。

2),接收機最小輸入電平,詳見表2

數據速率(Mbit/s)

接收機最小輸入電平(dBm)

鄰道抑制比(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調制接收機最小輸入電平

3), 性能要求

1) ,吞吐量,無線局域網終端用戶>1Mbit/s,

2),延時≤50ms;抖動≤50ms

3),丟失包≤1%

2. 對于WiFi的測量要求

2.1關於WiFi的測量

對于無線局域網的要求來說應按工信部發頒的國標YD/T ××××-200×進行嚴格測量達標。

但是、對于利用WiFi作為有線電話網絡,有線電視網絡、寬帶網絡無線接入的監測、維護來說應予簡化。即WiFi網絡必須保證接入點的進入,應有足夠大的信號電平(或信號強度)和較高的信號質量,以保證所傳輸的各種信息不丟失地傳遞。

2.2 WiFi信號電平測量―RSSI

WiFi工作場地范圍,原則上可以工作到300英尺,大約90米左右,但這與路由器發射功率和接收終端的靈敏度有關,一般來說在30米左右。實用中因信號在空中傳播的衰減很大,如果是有幾個房間,隔離,反射都大有影響,因此在不同位置測量電平值相差很大。其值以dBuV、dBm為單位。

再則,即是達到要求的靈敏度的最低電平,但由于當地噪聲干撓很大,信噪比很差,也難于保證通信質量。既然影響因素很多,因此在WiFi業內也有建議不一定非要用電平比值來考核。即認為當WiFi接收器在此環境中能保證信號接收,沒有包丟失,這就是好的質量,此時信號電平為100%,當電平降低到影響接收質量,給出一個百分質。我們認為電平在60%以上,電平是合格的基本正常工作。這就稱之為WiFi信號強度RSSI。

2.3 WiFi鏈路質量

一個信號的質量好壞,首先是要有足夠的電平,但如果信號的噪聲大了,那么信號接收到了也會受到影響。特別是在這開路環境中,空中各種信號都直接干擾WiFi信號,甚至可以將信號淹沒在噪聲中,因此測量信號的信噪比S/N是很重要。但要測量信噪比對儀器來說難度較大,成本很高,故一般安裝維護中,不需要測量S/N數值,而是用100%來表征。即我們認為,在信號足夠大,而且在傳輸過程中沒有錯誤(零錯誤比特),此時為100%,當質量差時會出現錯誤比特,據此來衡量鏈路質量。業界認為,鏈路質量降低到60%,鏈路可能會被終斷,因此一般測試要求大于60%。

2.4 以太網性能實時驗證

如以上WiFi信號強度RSSI,鍵路質量測試合格,可認為達到質量指標,但是否可以保證信號傳輸呢,還應在此WiFi網絡上進行實時以太網連接測試。一般測試項目為,Ping功能、路由分析、傳輸協議分析(吞吐量測試) 、網頁瀏覽等。本文不再詳述。

3. WiFi信號頻譜分析

3.1 WiFi頻譜分析

WiFi頻譜有兩段,即上述的2.4GHz和5.8GHz頻段,在此頻段空間范圍內除有WLAN的WiFi信號外,還有很多民用信號,如無繩電話,微波爐,藍牙信號等,都會同時在頻譜圖上顯示,構成被測空間點所有信號頻譜,如圖1所示,圖之上方是當前信號頻譜圖(當前值即瞬時值、最大值、平均值) ,圖之中間是頻譜密度圖,圖之下方是頻譜瀑布圖。

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圖1 WIFI信號頻譜分析圖

我們可以看到,在某一被測空間,有多個WiFi信號,由于它們是突發信號,因此屏上是跳動的,這時我們也可以用最大保持方式來觀察信號分布狀態,如圖2所示。如果我們能測量到己知WiFi信號的電平值VS,同時也可以讀出空隙部分的噪聲電平值VN,這樣我們就可以算出WiFi信號的信噪比S/N。

再有,此儀器也可同時分別顯示WiFi信號當前值,平均值,最大值,這為我們測試分析提供了更多方便。如圖2上方頻譜圖所示,黃色信號是跳動的為當前值,藍色為最大值,綠色為平均值。

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圖2 WiFi信號頻譜的當前值,最大值,平均值

3.2 Wifi信號信噪比S/N測量

如前所述,當我們搜索WiFi信號后便知道被測WiFi的頻道和頻率,那么可根據此值在頻譜分析圖上,如圖3所示,移動頻標(MAK)到相應頻率,讀出該頻率的電平值VS,同時也可以讀出空隙部分的噪聲電平值VN,則我們可以計算出WiFi信號的信噪比S/N。

S/N=VS-VN(dB)

其中: Vs為被測WiFi信號電平,Vn為附近空隙處電平。

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圖3 WiFi 信號C/N測量

3.3頻譜密度分析

頻譜分析是展示信號在該頻段內幅度(電平)大小,而WiFi信號是突發信號,于是所在頻點占有率不高,而且是隨機的,差異很大,因此可用頻率密度圖來分析,所謂密度即信號出現的次數(或稱作頻次),一般用顏色來類似百分比。如圖4所示,圖上方一條彩線, ,左邊藍色表征百分比低, ,右邊紅色表征百分比高。因此,我們在設置WiFi頻率時,首先要避開信號強的頻段,設置在頻段的空閑處,同時也要考慮到頻次密度數小的頻率上,才有好的傳輸質量。

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圖4 WiFi 信號頻譜密度圖

3.4頻譜瀑布圖

頻譜瀑布圖如圖5所示,橫軸是頻率,縱軸是時間,單位為秒,而且圖形是隨測試時間由上至下移動,形成向下移動的瀑布圖,以顏色表示百分比來量化為信號的強度。如圖上彩條所示,由藍到紅即是-110dBm~-10dBm。那么從瀑布圖中可以看到每秒鐘內各頻點信號強弱,則可根據信號特征識別干橈信號類別,如微波爐,無繩電話等。因此頻譜瀑布圖是查找外界強烈干擾的好方法。美國韋克斯CX系列儀器還有干撓信號模板供作參考, 這就為我們提供了更多方便。

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圖5 WiFi 頻譜瀑布圖

4. WiFi信號分析儀

綜合前述,WiFi是一個網絡無線接入方式,為保證網絡質量測試非常重要。但對于監測維護來講,作為一個測試儀器,除要測量WiFi信號質量外,還需測量網絡的特性,如寬帶的以太網特性,以認證該網絡通道運行正常。如是三網融合網絡,最好有數字電視參數測量。

目前看來,美國韋克斯公司的CX系列儀器較為適合。這是在數字電視,以太網測量基礎上加入了WiFi測試,這不僅功能齊全,而且參數測量精度高,使用方便,價格便宜。性能參數詳見表3

WiFi

CX系列儀器型號

CX150w

CX180w

CX350w

CX380w

WiFI性能測試

WiFi信號搜索 信號電平

鏈路質量

WiFi頻譜分析

頻譜當前值
信噪比S/N

 

 

平均、最大值

 

 

頻譜密度

 

 

頻譜瀑布

 

 

干擾源分析

 

 

WiFi接入以太網測試

Ping功能

路由分析

傳輸協議分析
(吞吐量測試)

網頁瀏覽

頻譜分析

 

高精度

特高精度

數字電視分析

 

CMTS測試(選件)

 

5 結束語

本文對WiFi性能及測量作了簡明的探討。WiFi是用戶進入網絡的第一個環節,它的質量首先影響到用戶的感受,因此非常重要。然而WIFi在實用中環境非常復雜,干撓信號很多,且每個用戶面臨的問題又不一樣,故做好WiFi測量非常重要。遺憾的是目前我們大量使用WiFi,效果怎樣, 質量如何, 大多未成評估,測量,因此很多場合有WiFi,但用戶無法使用,或時有時無。故希望重視WiFi網絡質量, 在安裝、維護中做好性能指標的測量。

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