WiFi技術(shù)分析及信號調(diào)優(yōu)研究

吳祈亮

摘 要：無線WiFi作為承載寬帶網(wǎng)絡(luò)的重要載體，決定著寬帶網(wǎng)絡(luò)的最終實現(xiàn)和客戶的體驗。文章通過對WiFi技術(shù)進行深入研究，總結(jié)出影響WiFi信號的6種常見因素，并提出了相應(yīng)的改進措施，最后結(jié)合實際案例進行驗證，取得良好效果。

關(guān)鍵詞：WiFi；技術(shù)分析；信號調(diào)優(yōu)

近幾年，隨著智能終端的普及，人們對無線WiFi的要求也越來越高。10年前我們對WiFi的要求只要能夠連上網(wǎng)絡(luò)瀏覽網(wǎng)頁，5年前我們對WiFi的要求是能夠快速打開圖片，今天我們的要求是高清實時的流暢視頻。需求在不斷提升，資源利用率就得跟著提升。現(xiàn)在對于城市來說，WiFi信號不是不夠而是太多，大家隨便打開手機一看都可以搜到十幾個WiFi熱點。居民區(qū)前后左右鄰居之間的WiFi信號干擾、信道沖突的問題越來越嚴重，已經(jīng)成為當前制約WiFi網(wǎng)速的瓶頸。本文從WiFi技術(shù)原理、常見問題及信號優(yōu)化3個方面進行研究分析。

1 WiFi相關(guān)概念及技術(shù)

1.1 WiFi相關(guān)概念

WiFi是一種允許電子設(shè)備連接到一個無線局域網(wǎng)（WLAN）的技術(shù)，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射頻頻段。連接到無線局域網(wǎng)通常是有密碼保護的；但也可是開放的，這樣就允許任何在WLAN范圍內(nèi)的設(shè)備可以連接上。WiFi是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由WiFi聯(lián)盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為無線保真。甚至把WiFi等同于無線網(wǎng)際網(wǎng)路（WiFi是WLAN的重要組成部分）[1]。WiFi技術(shù)從1997年7月發(fā)布的IEEE 802.11到2012年發(fā)布的IEEE 802.11ac經(jīng)過了5次升級，支持速率從最初的2 Mbps提升到現(xiàn)在最大支持的1 000 Mbps，整整提高了500倍。

1.2 WiFi的信道

信道也稱作通道（Channel）、頻段，是以無線信號（電磁波）作為傳輸載體的數(shù)據(jù)信號傳送通道。WiFi主要有2.4G和5G兩個頻段。其中：2.4G WiFi 每個信道的有效寬度是20 MHz，另外還有2 MHz的強制隔離頻帶（類似于公路上的隔離帶）；5G頻段與軍用頻段重合，我國只開啟149，153，157，161，165這5個信道。

1.3 WiFi的傳輸帶寬與實際速率

（1）半雙工通信：WiFi的AP和用戶終端使用的頻率相同，雙方不能同時傳輸，因此，WLAN只能在半雙工模式下工作，否則將發(fā)生沖突。

（2）網(wǎng)絡(luò)開銷增大：為保證無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、避免沖突的發(fā)生，AP和用戶終端收到一個數(shù)據(jù)幀之后均必須返回確認幀，以確認上一個數(shù)據(jù)已經(jīng)正常傳遞[2]。

WiFi的實際傳輸帶寬≈物理傳輸帶寬/2×70%，如表1所示。

2 影響WiFi信號的常見因素

2.1 射頻輸出功率

無線路由器發(fā)射功率越大，信號的覆蓋范圍就越遠。理論上發(fā)射功率可以無限制地增加，實際上不可能無限制地增大。工信部〔2002〕353號文件、美國IEEE 802.11n標準以及歐盟ETSI300328標準都對此作出了明確規(guī)定：無線WiFi設(shè)備在2.4G頻段下最終等效全向輻射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP）不得高于20 dBm（即100 mW）。

2.2 接收靈敏度

接收靈敏度是指無線電可靠接收數(shù)據(jù)的最低功率，單元為分貝（dBm）。dBm絕對值越大表明接收器靈敏度越高（通俗點講就是很微弱的信號也能被檢測到）。802.11標準規(guī)定2.4 GHz射頻的最低接收器靈敏度為﹣80 dBm。實際環(huán)境中存在各種干擾源，在發(fā)射功率和靈敏度相同的前提下，靈敏度越高，有效傳輸距離也就越遠。

2.3 發(fā)射/接收天線的類型和增益

無線路由器使用天線以增強信號的覆蓋范圍。天線地增益越高，有效覆蓋也越遠。目前使用的天線主要有兩種：鞭狀天線、中增益吸盤天線。天線的安裝方式上又分為外置和內(nèi)置兩種。一般認為，外置比內(nèi)置對信號的增強作用更明顯。實際上內(nèi)置的效果跟外置是一樣的，差別在于天線的條數(shù)。

2.4 環(huán)境阻隔

家庭及辦公場所一般都較擁擠，空間不夠開闊，墻壁是最主要的障礙物。WiFi采用的是無線微波，其最大特點是近乎直線傳播，繞射能力非常弱。障礙物不僅阻檔無線信號，還吸收電磁能量。信號即使能穿透，也非常弱。

2.5 電磁干擾

指無用信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機造成的干擾。

環(huán)境影響；2.4G對一些磁場、電流脈沖很敏感，比如跳頻擴頻無線網(wǎng)、鄰近的無線網(wǎng)，應(yīng)該盡量避免。

電子產(chǎn)品干擾：工作在2.4G的電子產(chǎn)品干擾源有：微波爐、手機、藍牙設(shè)備，最具破壞性的是人們在家里和單位中廣泛使用的2.4GHz的手機和無繩電話。

2.6 信道干擾

通常由路由器自行選擇信道。路由器決定信道常集中在1/6/11信道。幾個信道相同或相近的無線路由器放在一起，就會在相互之間形成信號串擾，嚴重干擾正常通信。

同頻干擾：指無用信號的載頻與有用信號的載頻相同，并對接收同頻有用信號的接收機造成的干擾。

鄰頻干擾：所使用信號頻率的相鄰頻率的信號干擾，相鄰的信號泄漏到了傳輸帶寬內(nèi)引起干擾[3]。

3 WiFi信號調(diào)優(yōu)思路

3.1 常見的5種情況

（1）家中WiFi信號分布不均衡，只有客廳、書房有信號，其他地方信號差。

（2）WiFi信號滿格，但是WiFi上網(wǎng)慢，常掉線。

（3）平時網(wǎng)速很快，一到晚上WiFi速率就變慢。

（4）WiFi信號經(jīng)常莫名其妙中斷，重啟和更換的設(shè)備也是一樣，檢查不出原因。

（5）寬帶提速不明顯：寬帶升級成百兆光纖后，但是體驗效果不明顯，WiFi看視頻還是卡頓。

3.2 信號調(diào)優(yōu)思路

3.2.1 調(diào)整位置

根據(jù)房間布局，調(diào)整路由器位置。不要將路由器放置在入戶的弱電箱內(nèi)，盡量將路由器放置在室內(nèi)居中位置和高處。若想要WiFi最強的信號，最好把它放置在不受墻面或障礙物阻擋的空位。天線要筆直，而且放得越高越好。

3.2.2 增加WiFi設(shè)備

在實際的安裝部署中，為了保證信號覆蓋的質(zhì)量，大戶型的房子必須部署相應(yīng)數(shù)量的WiFi設(shè)備。在設(shè)備配置時避開信道干擾，例如使用2.4G頻段時可以使用1，6，11 3個非重疊信道構(gòu)建WLAN網(wǎng)絡(luò)。

3.2.3 關(guān)閉其他的干擾設(shè)備

不僅其他無線路由器會產(chǎn)生干擾，無線電話、微波爐和其他家用電器也會攪擾到信號?？梢允褂秒p波段路由器來處理這個問題，也可以運用其他波段的無線電話。若是不想添加任何東西的話，還可以把無線路由器挪動到距離干擾電器較遠的位置。

3.2.4 信道優(yōu)化

前后左右鄰居的WiFi路由器有可能和你的相互干擾，致使WiFi信號質(zhì)量變差?？瓷先バ盘枬M格，但是網(wǎng)速非常慢?？梢越柚鶺iFi助手測試工具，將信號調(diào)至一個受干擾程度最低的信道上。對于一般用戶嫌麻煩，最簡單的就是重啟路由器，重新尋找新的頻段避開沖突。

3.2.5 選用與寬帶速率匹配的WiFi設(shè)備

由于WiFi的半雙工傳輸和網(wǎng)絡(luò)開銷衰耗，WiFi實際帶寬≈物理傳輸帶寬/2×70%，如果申請200 M的光纖寬帶，要選用802.11N以上型號的無線路由器才能滿足200 M的帶寬傳輸需求。目前2.4G頻段干擾較為嚴重，5G頻段使用的20，40和80 MHz信道幾乎不會與其他設(shè)備發(fā)生沖突，而且支持速率最高可達1 000 Mbps。但是5G頻段有個缺點就是信號穿墻能力比2.4G頻段弱，基本上5G的WiFi隔一堵墻就沒有信號了。建議大家在選擇路由器時適當超前，盡量選用支持2.4G和5G的雙頻路由器，這樣既可以承載最大帶寬速率，又可以根據(jù)距離選擇最佳頻段的WiFi信號接入[4]。

4 典型問題解決案例

目前WiFi網(wǎng)速慢大部分是由于位置放置不合理、信道干擾造成的，下面提供一個常見故障的排除案例供參考[5]。

4.1 故障現(xiàn)象

（1）WiFi信號不穩(wěn)定：網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常中斷，上網(wǎng)時快時慢，有時根本打不開網(wǎng)頁。

（2）網(wǎng)速慢：信號滿格時手機也經(jīng)常半天無法打開網(wǎng)頁或者根本打不開，筆記本電腦無線下載速度慢。

4.2 診斷方法

（1）先排除寬帶外線的問題后，接入無線網(wǎng)絡(luò)進行測試，驗證用戶所述故障現(xiàn)象。

（2）用上網(wǎng)助手檢測發(fā)現(xiàn)WiFi存在同頻干擾，干擾源數(shù)量較多，表明用戶側(cè)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為復(fù)雜。

（3）現(xiàn)場觀察用戶路由器位于入戶門口的弱電箱內(nèi)。使用WiFi測試儀進一步測試分析信號覆蓋情況，在用戶室內(nèi)各處用WiFi測試儀查看信號強度，發(fā)現(xiàn)距路由器較遠的主臥、書房等處信號較弱，關(guān)上房門后信號僅剩1格。

（4）診斷結(jié)果。

原因一：放置位置不合理。進門處弱電箱并非戶型中央，導(dǎo)致無線路由一半覆蓋在戶外。

原因二：WiFi信道干擾。用戶周邊干擾源數(shù)量較多，信道擁塞導(dǎo)致網(wǎng)速差。

4.3 解決方法

（1）針對位置不合理問題：將路由器放置到用戶客廳電視墻前，使用電視背后的信息口，重新測試發(fā)現(xiàn)信號覆蓋明顯改善。

（2）針對信道沖突問題：調(diào)整WiFi信道。使用WiFi分析儀中的信道評級功能，查看當前可用的信道，本例中APP推薦的是1，2，14，按推薦信道將路由器信道改至1信道，避開干擾嚴重的信道。

4.4 檢測驗證

經(jīng)調(diào)整路由器位置和調(diào)優(yōu)信道后，用戶客廳、書房和臥室的WiFi信號強度在﹣42～﹣55 dB，質(zhì)量均達到優(yōu)級。接入WiFi信號進行測速，筆記本下載速率峰值達10 MB/s，使用用戶手機則可以到7 MB/s，使用愛奇藝觀看4K高清視頻流暢無卡頓。故障成功排除。

5 結(jié)語

受各種條件所限，筆者只能通過網(wǎng)上現(xiàn)有資料和日常工作經(jīng)驗對WiFi技術(shù)進行分析和總結(jié)，關(guān)于其核心認識難免有所偏差。文中所提出的改進思路，僅涉及終端信號調(diào)優(yōu)部分方面，并沒有對所涉及的全部問題給出完整的解決方案，這些不足也是本文今后繼續(xù)研究的重點。

[參考文獻]

[1]ThoughtCo.誰創(chuàng)造WiFi 外文文獻[EB/OL].（2018-09-29）[2018-10-19].https：//www.thoughtco.com/who-invented-WiFi-1992663.

[2]忻樂，薇夏，姜泳水，等.移動終端設(shè)備[P].中國專利：CN101197874A，2008.

[3]中國政府網(wǎng).李克強主持召開國務(wù)院常務(wù)會議通過《“十三五”國家信息化規(guī)劃》[J].今傳媒，2016（12）：173.

[4]胡雅清，顏萍.27年，《電信法》難產(chǎn)記[J].IT時代周刊，2007（17）：36-42.

[5]楊黎波，司有和，徐曉娟.中國電信CDMA業(yè)務(wù)的終端補貼策略研究[J].管理現(xiàn)代化，2011（4）：20-22.

Abstract：As an important carrier of broadband network， wireless WiFi determines the ultimate realization of broadband network and customer experience. Based on the in-depth study of WiFi technology， six common factors affecting WiFi signal are summarized， and the corresponding improvement measures are put forward in this paper. Finally， a practical case is used to verify the results and good results are obtained.

Key words：WiFi； technical analysis； signal tuning