Wi-Fi產(chǎn)品抗干擾能力評(píng)估及測(cè)試方法分析

余強(qiáng)，侯永，朱余浩

（深圳市共進(jìn)電子股份有限公司，廣東深圳，518000）

0 引言

隨著目前各種通信電子設(shè)備使用越來(lái)越廣泛，而每種通信設(shè)備工作的無(wú)線(xiàn)頻段可能也會(huì)越來(lái)越擁擠，因此各種通信設(shè)備之間的相互干擾導(dǎo)致的影響也相應(yīng)的越來(lái)越顯著。Wi-Fi接入產(chǎn)品是每家每戶(hù)都必須使用的日常通用電子設(shè)備，為了滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)要求，無(wú)論是PON接入產(chǎn)品、DSL接入產(chǎn)品或者是以太網(wǎng)接入產(chǎn)品都會(huì)直接集成Wi-Fi功能或者在次級(jí)接入Wi-Fi產(chǎn)品。Wi-Fi用戶(hù)在使用手機(jī)終端或者無(wú)線(xiàn)筆記本終端上網(wǎng)沖浪過(guò)程中很有可能就會(huì)受到其他無(wú)線(xiàn)信號(hào)的干擾從而影響用戶(hù)體驗(yàn)，甚至產(chǎn)品出現(xiàn)無(wú)法正常工作的情況。因此，在產(chǎn)品研發(fā)階段就有必要針對(duì)主要存在的各種干擾源進(jìn)行模擬測(cè)試，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的實(shí)際抗干擾能力，從而針對(duì)性提高產(chǎn)品的實(shí)際抗干擾性能。

Wi-Fi產(chǎn)品的工作頻段根據(jù)802.11b/g/a/n/ac/ax的標(biāo)準(zhǔn)共有兩個(gè)頻段，一個(gè)頻段是2.4G頻段，頻譜范圍是2400MHz ～2495MHz，一個(gè)頻段是5G頻段，頻譜范圍是5000MHz ～6000MHz。

而目前空間中還可能存在的主要無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)可能有GSM、WCDMA、LTE等無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，以及同2.4G頻段同頻段的藍(lán)牙、Zigbee等，在歐洲等地可能還存在DECT無(wú)繩電話(huà)信號(hào)等。分析各種無(wú)線(xiàn)信號(hào)的頻譜可以發(fā)現(xiàn)，與Wi-Fi兩個(gè)頻段可能會(huì)重疊或者接近的頻段始終是2.4G頻段部分，因此，我們只需要重點(diǎn)模擬外部信號(hào)對(duì)Wi-Fi 2.4G頻段信號(hào)的干擾就可以滿(mǎn)足大部分時(shí)候的需求。

1 理論分析

1.1 干擾評(píng)估過(guò)程

根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi產(chǎn)品設(shè)備采用一種叫載波監(jiān)聽(tīng)的方式來(lái)判定信道是否空閑，從而避免數(shù)據(jù)沖突。也就是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，通過(guò)在物理層的空中接口進(jìn)行載波監(jiān)聽(tīng)，通過(guò)收到的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度是否超過(guò)一定的門(mén)限值來(lái)判定信道是否空閑。當(dāng)檢測(cè)到802.11幀且接收強(qiáng)度低于-82dBm，視為介質(zhì)空閑。當(dāng)檢測(cè)到非802.11幀且接收強(qiáng)度低于-62dBm，視為介質(zhì)空閑。因此，接收機(jī)要有盡可能抑制干擾信號(hào)的能力，最好能夠抑制到-62dBm以下就能夠正常通信。本實(shí)驗(yàn)中會(huì)根據(jù)各個(gè)干擾源的工作頻段盡可能模擬實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中可能出現(xiàn)的最大功率來(lái)考察產(chǎn)品的抗干擾能力。

1.2 最小接收靈敏度

根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)，各種模式各種帶寬各種調(diào)制方式各種速率等級(jí)下的接收靈敏度并不相同，為了更好的檢測(cè)產(chǎn)品的抗干擾能力，在Wi-Fi產(chǎn)品和Client端中間的信號(hào)強(qiáng)度需要盡可能減小到最低速率也就是產(chǎn)品工作最小接收靈敏度情況下的工作模式。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)中所選Wi-Fi產(chǎn)品實(shí)際的接收靈敏度能力，我們調(diào)整Wi-Fi產(chǎn)品和Client端中間的整體衰減使RSSI值等于-92dBm左右，使產(chǎn)品工作在11ax模式最低速率，能夠更加明顯的反應(yīng)出外部干擾對(duì)產(chǎn)品的影響。

2 系統(tǒng)組成及分析

2.1 系統(tǒng)框圖

如圖1所示，DUT是本次實(shí)驗(yàn)中所使用的的11ax 3*3 AP產(chǎn)品，Wi-Fi Client同樣是支持11ax 3*3的AP client產(chǎn)品。信號(hào)發(fā)生器能夠模擬產(chǎn)生GSM信號(hào)、WCDMA信號(hào)、LTE信號(hào)、藍(lán)牙、DECT、Zigbee等調(diào)制信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器最大輸出功率是20dBm,通過(guò)喇叭天線(xiàn)使信號(hào)最大能夠到30dBm。圖中喇叭天線(xiàn)離DUT 30cm位置，DUT離Wi-Fi client天線(xiàn)5米的距離，設(shè)置衰減大致為75dB左右。

圖1 干擾實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)框圖

2.2 GSM干擾信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

為模擬實(shí)際GSM手機(jī)信號(hào)對(duì)Wi-Fi產(chǎn)品的干擾，我們選擇干擾信號(hào)的頻點(diǎn)是1874.8MHz。

這個(gè)頻點(diǎn)是手機(jī)上行的頻點(diǎn)，也符合實(shí)際使用過(guò)程中的場(chǎng)景。Wi-Fi產(chǎn)品選擇工作在第一信道，頻點(diǎn)2412MHz,也就是最可能受到GSM信號(hào)干擾的信道。由于設(shè)置了較大衰減可以使Wi-Fi工作在最低速率。

此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出功率19dbm，天線(xiàn)增益 11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率30dBm。在PC1與PC2上測(cè)試吞吐量，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有干擾 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入GSM干擾信號(hào)1784.8 18.171 Mbps 17.469 Mbps -3.39% 0.21% 滿(mǎn)足

如表格所示說(shuō)明了吞吐量在GSM信號(hào)加入干擾和沒(méi)有干擾時(shí)的對(duì)比結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)吞吐量在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，沒(méi)有超出±10%的通常判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 WCDMA干擾信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

為模擬實(shí)際WCDMA手機(jī)信號(hào)對(duì)Wi-Fi產(chǎn)品的干擾，我們選擇干擾信號(hào)的頻點(diǎn)1977.4.8MHz。

同樣是手機(jī)上行的頻點(diǎn)，也符合實(shí)際使用過(guò)程中的場(chǎng)景。

Wi-Fi產(chǎn)品同樣選擇工作在第一信道，此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出功率13dbm，天線(xiàn)增益 11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率24dBm。在PC1與PC2上測(cè)試吞吐量，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(M H z)W i-F i工作在2.4 G C H 1 1 1 a x 2 0 M模式（中心頻點(diǎn)2 4 1 2 M H z）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況是否滿(mǎn)足性能要求

沒(méi)有干擾 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入WCDMA干擾信號(hào)1784.8 17.853 Mbps 17.136 Mbps -1.58% 2.11% 滿(mǎn)足

如表格所示說(shuō)明了吞吐量在WCDMA信號(hào)加入干擾和沒(méi)有干擾時(shí)的對(duì)比結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)吞吐量在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，沒(méi)有超出±10%的通常判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 LTE干擾信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

LTE的工作頻率相比GSM、WCDMA來(lái)說(shuō)有較多的工作頻段，即可能高于2.4G頻段，也可能低于2.4G頻段，因此我們選擇采用三個(gè)Band的工作頻段進(jìn)行測(cè)試。為模擬實(shí)際LTE手機(jī)信號(hào)對(duì)Wi-Fi產(chǎn)品的干擾，我們選擇干擾信號(hào)的頻段為Band3,Band 7 and Band 40。而且也要注意選擇手機(jī)上行的頻點(diǎn)。

當(dāng)選擇Band3頻點(diǎn)1877.5MHz時(shí)，Wi-Fi產(chǎn)品需要設(shè)置最接近的第1信道進(jìn)行測(cè)試，另外LTE可能工作在多種帶寬，提高頻譜利用效率，這里測(cè)試時(shí)我們選擇最低帶寬1.4MHz和最高帶寬20MHz來(lái)評(píng)估，其他頻點(diǎn)也需要類(lèi)似設(shè)置。此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出功率19dbm，天線(xiàn)增益 11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率30dBm。在PC1與PC2上測(cè)試吞吐量，此時(shí)發(fā)現(xiàn)性能基本不受影響，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況干擾 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入LTE干擾信號(hào)1877.5MHz(1.4M帶寬)17.421 Mbps 17.548 Mbps -0.15% 0.85% 滿(mǎn)足注入LTE干擾信號(hào)1877.5MHz(20M帶寬)17.614 Mbps 17.657 Mbps -3.62%-1.17% 滿(mǎn)足

當(dāng)選擇Band7頻段2500MHz時(shí)，Wi-Fi產(chǎn)品需要設(shè)置為第13信道進(jìn)行測(cè)試。此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出功率19dbm，天線(xiàn)增益11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率30dBm。在PC1與PC2上測(cè)試吞吐量，性能也同樣基本不受影響，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH13 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2472MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況干擾 / 17.900 Mbps 17.882 Mbps / / /注入LTE干擾信號(hào)2502.5MHz(1.4M帶寬)16.649 Mbps 16.791 Mbps 6.99% 6.10% 滿(mǎn)足注入LTE干擾信號(hào)2502.5MHz(20M帶寬)17.502 Mbps 17.273 Mbps -3.02%-2.11% 滿(mǎn)足

當(dāng)LTE工作在Band40頻點(diǎn)2399.9MHz時(shí)，不可避免的和2.4G低信道重疊，因此會(huì)嚴(yán)重影響接收機(jī)的接收性能。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出功率19dbm，天線(xiàn)增益11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率30dBm時(shí)，Wi-Fi產(chǎn)品已經(jīng)不能正常收發(fā)數(shù)據(jù)。

當(dāng)輸出功率持續(xù)下降時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)Wi-Fi產(chǎn)品受到的干擾越來(lái)越小，產(chǎn)品的吞吐量性能逐漸正常。當(dāng)LTE 1.4MHz時(shí)干擾功率下降到2dBm時(shí)，Wi-Fi產(chǎn)品信道1能夠正常工作。當(dāng)LTE 20MHz時(shí)干擾功率下降到-39dBm時(shí)，Wi-Fi產(chǎn)品信道1能夠正常工作。具體數(shù)據(jù)如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量發(fā)送惡化情況接收惡化情況是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有干擾 / 18.154 Mbps 18.227 Mbps / / /注入LTE為2dBm 2399.9MHz(1.4M帶寬)17.78 Mbps 18.028 Mbps 2.06% 1.09% 滿(mǎn)足注入LTE為-39dBm 2399.9MHz(20M帶寬)18.124 Mbps 18.133 Mbps 0.17% 0.52% 滿(mǎn)足

當(dāng)LTE工作在Band40頻點(diǎn)2399.9MHz時(shí)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出功率19dbm，天線(xiàn)增益11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率30dBm時(shí)，哪個(gè)信道開(kāi)始性能不會(huì)受到影響，通過(guò)不斷改變Wi-Fi產(chǎn)品的工作信道，可以發(fā)現(xiàn)信道7能夠正常工作。數(shù)據(jù)如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有接收惡化情況發(fā)送惡化情況干擾 / 17.88 Mbps 17.762 Mbps / / /注入LTE為30dBm 2399.9MHz(1.4M帶寬)17.836 Mbps 17.794 Mbps 0.25% -0.18% 滿(mǎn)足注入LTE為30dBm 2399.9MHz(20M帶寬)17.595 Mbps 16.966 Mbps 0.32% 2.56% 滿(mǎn)足

當(dāng)Wi-Fi產(chǎn)品工作在信道1時(shí)，LTE工作在Band40哪個(gè)頻點(diǎn)性能不會(huì)受到影響，通過(guò)不斷改變信號(hào)發(fā)生器的工作頻點(diǎn)，來(lái)找到信道1能夠工作的頻點(diǎn)。數(shù)據(jù)如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量發(fā)送惡化情況接收惡化情況是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有干擾 / 18.154 Mbps 18.227 Mbps / / /注入LTE為30dBm 2385MHz(1.4M帶寬)18.035 Mbps 17.969 Mbps 0.66% 1.42% 滿(mǎn)足注入LTE為30dBm 2376MHz(20M帶寬)18.038 Mbps 18.134 Mbps 0.64% 0.51% 滿(mǎn)足

2.5 Zigbee干擾信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

Zigbee的工作頻率基本也和2.4G頻段重疊，但是由于Zigbee本身工作的功率較低，產(chǎn)品受到外部Zigbee干擾的可能性較小。我們選擇最接近2.4G頻段的工作頻點(diǎn)2405MHz，Wi-Fi產(chǎn)品設(shè)置最接近的第1信道進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出功率-6dbm，天線(xiàn)增益 11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率5dBm。在PC1與PC2上測(cè)試吞吐量，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有接收惡化情況發(fā)送惡化情況干擾 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /注入Zigbee干擾信號(hào)2405 16.496 Mbps 17.282 Mbps 7.17% -0.02% 滿(mǎn)足

如表格所示吞吐量在Zigbee信號(hào)加入干擾和沒(méi)有干擾時(shí)的吞吐量對(duì)比結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)吞吐量在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，沒(méi)有超出±10%的通常判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 藍(lán)牙干擾信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

藍(lán)牙的工作頻率基本也和2.4G頻段重疊，但是由于藍(lán)牙本身是跳頻工作機(jī)制，所以有可能在2.4G頻段都會(huì)存在干擾。

我們采用兩種測(cè)試方法，一種是使用信號(hào)發(fā)生器發(fā)生定頻干擾進(jìn)行測(cè)試。我們選擇工作頻點(diǎn)2402MHz和2480Mhz作為干擾頻點(diǎn)，由于藍(lán)牙設(shè)備基本和2.4G頻段整個(gè)頻段都重疊，因此Wi-Fi產(chǎn)品設(shè)置第7信道進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有干擾 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /注入藍(lán)牙干擾信號(hào)2402 18.133 Mbps 17.42 Mbps -2.04% -0.82% 滿(mǎn)足注入藍(lán)牙干擾信號(hào)2408 17.604 Mbps 17.879 Mbps 2.92% -2.63% 滿(mǎn)足

如表格所示，只要藍(lán)牙工作的頻譜和Wi-Fi工作的頻譜不重疊，可以發(fā)現(xiàn)吞吐量在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，沒(méi)有超出±10%的通常判定標(biāo)準(zhǔn)。

我們選擇工作頻點(diǎn)2402MHz作為干擾頻點(diǎn)，Wi-Fi產(chǎn)品設(shè)置第1信道進(jìn)行測(cè)試時(shí)無(wú)法正常進(jìn)行測(cè)試，選擇工作頻點(diǎn)2480MHz作為干擾頻點(diǎn)，Wi-Fi產(chǎn)品設(shè)置第13信道進(jìn)行測(cè)試時(shí)無(wú)法正常進(jìn)行測(cè)試，說(shuō)明以上兩種情況都受到了較大干擾。

為了更加模擬真實(shí)的藍(lán)牙干擾情況，我們采用兩臺(tái)藍(lán)牙手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)產(chǎn)生的輻射信號(hào)作為干擾源，兩臺(tái)藍(lán)牙手機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)離我們Wi-Fi產(chǎn)品30cm距離，會(huì)發(fā)現(xiàn)受到較大的影響，性能下降一半以上，數(shù)據(jù)如下。

干擾信號(hào)干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點(diǎn)2412MHz）接收上行吞吐量是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況干擾 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /藍(lán)牙手機(jī)交換數(shù)據(jù)/ 8.455 Mbps 9.046 Mbps 52.42%47.65% 不滿(mǎn)足

2.7 DECT干擾信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

為模擬實(shí)際DECT電話(huà)信號(hào)對(duì)Wi-Fi產(chǎn)品的干擾，我們選擇干擾信號(hào)的頻點(diǎn)1897.344MHz，Wi-Fi產(chǎn)品選擇工作在第一信道，頻點(diǎn)2412MHz,此時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出功率13dbm，天線(xiàn)增益 11dB；總體實(shí)現(xiàn)輸出干擾功率24dBm。在PC1與PC2上測(cè)試吞吐量，結(jié)果如下。

干擾信號(hào)是否滿(mǎn)足性能要求沒(méi)有干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)(M H z)W i-F i工作在2.4 G C H 1 1 1 a x 2 0 M模式（中心頻點(diǎn)2 4 1 2 M H z）接收上行吞吐量發(fā)送下行吞吐量接收惡化情況發(fā)送惡化情況干擾 / 1 7.5 7 6 M b p s 1 7.5 0 5 M b p s / / /注入D E C T干擾信號(hào)1 8 9 7.3 4 4 1 8.5 4 9 M b p s 1 7.0 1 M b p s -5.5 4% 2.8 3% 滿(mǎn)足

如表格所示，吞吐量在DECT信號(hào)加入干擾和沒(méi)有干擾時(shí)的吞吐量對(duì)比結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，吞吐量在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，沒(méi)有超出±10%的通常判定標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本文來(lái)自于作者在深圳市共進(jìn)電子股份有限公司所從事的研發(fā)項(xiàng)目，通過(guò)模擬目前實(shí)際部署環(huán)境中可能遇到的實(shí)際干擾信號(hào)，分析出我們Wi-Fi產(chǎn)品可能會(huì)遇到的外部干擾源，改變以往只測(cè)試接收靈敏度的不直觀(guān)的方法，采用實(shí)際測(cè)試性能的方法能夠更加直觀(guān)的發(fā)現(xiàn)我們產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，同時(shí)能夠真正的感受實(shí)際使用過(guò)程中的用戶(hù)體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程我們也發(fā)現(xiàn)由于干擾源信號(hào)本身也可能會(huì)產(chǎn)生預(yù)期干擾信號(hào)外的雜散信號(hào)，造成我們測(cè)試結(jié)果的不穩(wěn)定性，因此后期我們采購(gòu)了抑制各種干擾帶外信號(hào)的濾波器，使信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的干擾信號(hào)更加純粹，進(jìn)而能夠更加科學(xué)的判定我們產(chǎn)品的抗干擾性能和抗干擾水平。