《中無通訊》第74期 文︰ 世界網(wǎng)絡(luò) www.linkwan.com 向天明顧問 林和安創(chuàng)辦人
摘 要:本文將介紹WiFi網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的技術(shù)參術(shù)指標(biāo),測量方案及相關(guān)儀器。詳細(xì)闡述WiFi信號強(qiáng)度,鏈路質(zhì)量等參數(shù),并提出了在安裝維護(hù)中的測量方法; 詳細(xì)闡述WiFi頻譜分析方法,提出WiFi信號頻點設(shè)置、排出干撓的方案。
關(guān)鍵詞: WiFI、信號強(qiáng)度RSSI、鏈路質(zhì)量、頻譜分析
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,三網(wǎng)融合的迅速推進(jìn),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(wǎng),寬帶網(wǎng),電信網(wǎng),和無線移動網(wǎng),都有一個網(wǎng)絡(luò)終端與用戶端切入的問題。當(dāng)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(jī)等) 即可非常方便地進(jìn)入上述網(wǎng)絡(luò),獲得人們所需的電話,寬帶上網(wǎng),看電視,收發(fā)微信等等。要保證這些業(yè)務(wù)正常開展,WiFi網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量是一個非常重要的課題,為此本文將介紹WiFi網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求的技術(shù)指標(biāo)及測量,為了更好地安裝,維護(hù),查找故障,必須監(jiān)測WiFi網(wǎng)路環(huán)境,最好應(yīng)知道你所在地信號頻譜詳細(xì)分布情況,以便于避開強(qiáng)干撓設(shè)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(guān)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(wǎng)聯(lián)盟提出,屬無線接入技術(shù)。中國電信稱之無線寬帶。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO),國際電工委員會(IEC),美國電子和電氣工程師協(xié)會(IEEE),認(rèn)可并成為標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11。我國也承認(rèn)該標(biāo)準(zhǔn),并有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB15629.11。WiFi已不僅是無線網(wǎng)絡(luò)(包括無線局域網(wǎng)wlan)的接入網(wǎng),也成為各種有線網(wǎng)絡(luò)終端的無線接入方式,如有線電視網(wǎng)絡(luò),有線寬帶網(wǎng),有線電信網(wǎng),ADS,雙絞線網(wǎng)絡(luò)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(xié)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(wǎng)對WiFI要求
1),最大發(fā)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(jī)最小輸入電平,詳見表2
數(shù)據(jù)速率(Mbit/s) | 接收機(jī)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(diào)制接收機(jī)最小輸入電平
3), 性能要求
1) ,吞吐量,無線局域網(wǎng)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(guān)於WiFi的測量
對于無線局域網(wǎng)的要求來說應(yīng)按工信部發(fā)頒的國標(biāo)YD/T ××××-200×進(jìn)行嚴(yán)格測量達(dá)標(biāo)。
但是、對于利用WiFi作為有線電話網(wǎng)絡(luò),有線電視網(wǎng)絡(luò)、寬帶網(wǎng)絡(luò)無線接入的監(jiān)測、維護(hù)來說應(yīng)予簡化。即WiFi網(wǎng)絡(luò)必須保證接入點的進(jìn)入,應(yīng)有足夠大的信號電平(或信號強(qiáng)度)和較高的信號質(zhì)量,以保證所傳輸?shù)母鞣N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(fā)射功率和接收終端的靈敏度有關(guān),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(dá)到要求的靈敏度的最低電平,但由于當(dāng)?shù)卦肼暩蓳虾艽螅旁氡群懿?,也難于保證通信質(zhì)量。既然影響因素很多,因此在WiFi業(yè)內(nèi)也有建議不一定非要用電平比值來考核。即認(rèn)為當(dāng)WiFi接收器在此環(huán)境中能保證信號接收,沒有包丟失,這就是好的質(zhì)量,此時信號電平為100%,當(dāng)電平降低到影響接收質(zhì)量,給出一個百分質(zhì)。我們認(rèn)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(qiáng)度RSSI。
2.3 WiFi鏈路質(zhì)量
一個信號的質(zhì)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(huán)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(hù)中,不需要測量S/N數(shù)值,而是用100%來表征。即我們認(rèn)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(dāng)質(zhì)量差時會出現(xiàn)錯誤比特,據(jù)此來衡量鏈路質(zhì)量。業(yè)界認(rèn)為,鏈路質(zhì)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(wǎng)性能實時驗證
如以上WiFi信號強(qiáng)度RSSI,鍵路質(zhì)量測試合格,可認(rèn)為達(dá)到質(zhì)量指標(biāo),但是否可以保證信號傳輸呢,還應(yīng)在此WiFi網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行實時以太網(wǎng)連接測試。一般測試項目為,Ping功能、路由分析、傳輸協(xié)議分析(吞吐量測試) 、網(wǎng)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(nèi)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(lán)牙信號等,都會同時在頻譜圖上顯示,構(gòu)成被測空間點所有信號頻譜,如圖1所示,圖之上方是當(dāng)前信號頻譜圖(當(dāng)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。
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(fā)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(tài),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W(wǎng)iFi信號當(dāng)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(dāng)前值,藍(lán)色為最大值,綠色為平均值。
圖2 WiFi信號頻譜的當(dāng)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(dāng)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(jù)此值在頻譜分析圖上,如圖3所示,移動頻標(biāo)(MAK)到相應(yīng)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。
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(nèi)幅度(電平)大小,而WiFi信號是突發(fā)信號,于是所在頻點占有率不高,而且是隨機(jī)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(xiàn)的次數(shù)(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(lán)色表征百分比低, ,右邊紅色表征百分比高。因此,我們在設(shè)置WiFi頻率時,首先要避開信號強(qiáng)的頻段,設(shè)置在頻段的空閑處,同時也要考慮到頻次密度數(shù)小的頻率上,才有好的傳輸質(zhì)量。
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(qiáng)度。如圖上彩條所示,由藍(lán)到紅即是-110dBm~-10dBm。那么從瀑布圖中可以看到每秒鐘內(nèi)各頻點信號強(qiáng)弱,則可根據(jù)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(qiáng)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。
圖5 WiFi 頻譜瀑布圖
4. WiFi信號分析儀
綜合前述,WiFi是一個網(wǎng)絡(luò)無線接入方式,為保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測試非常重要。但對于監(jiān)測維護(hù)來講,作為一個測試儀器,除要測量WiFi信號質(zhì)量外,還需測量網(wǎng)絡(luò)的特性,如寬帶的以太網(wǎng)特性,以認(rèn)證該網(wǎng)絡(luò)通道運行正常。如是三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò),最好有數(shù)字電視參數(shù)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(shù)字電視,以太網(wǎng)測量基礎(chǔ)上加入了WiFi測試,這不僅功能齊全,而且參數(shù)測量精度高,使用方便,價格便宜。性能參數(shù)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(zhì)量 | √ | √ | √ | √ | |
WiFi頻譜分析 | 頻譜當(dāng)前值 |
|
| √ | √ |
平均、最大值 |
|
| √ | √ | |
頻譜密度 |
|
| √ | √ | |
頻譜瀑布 |
|
| √ | √ | |
干擾源分析 |
|
| √ | √ | |
WiFi接入以太網(wǎng)測試 | Ping功能 | √ | √ | √ | √ |
路由分析 | √ | √ | √ | √ | |
傳輸協(xié)議分析 | √ | √ | √ | √ | |
網(wǎng)頁瀏覽 | √ | √ | √ | √ | |
頻譜分析 |
| √ | √ | 高精度 | 特高精度 |
數(shù)字電視分析 |
| √ | √ | √ | √ |
CMTS測試(選件) |
| √ | √ | √ | √ |
5 結(jié)束語
本文對WiFi性能及測量作了簡明的探討。WiFi是用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的第一個環(huán)節(jié),它的質(zhì)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(huán)境非常復(fù)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(zhì)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(wǎng)絡(luò)質(zhì)量, 在安裝、維護(hù)中做好性能指標(biāo)的測量。