PT-23-000-401920桌面式一體機WiFi性能測試技術(shù)規(guī)范的解讀

摘 要：用戶在使用桌面式一體機無線產(chǎn)品時，WiFi在底層設(shè)計的優(yōu)劣以及實際家庭、辦公場景的表現(xiàn)好壞會直接影響用戶網(wǎng)絡(luò)體驗。聯(lián)想和SGS實驗室創(chuàng)新性聯(lián)合開發(fā)了PT-23-000-401920桌面式一體機WiFi性能測試技術(shù)規(guī)范。首次推薦了一體機無線產(chǎn)品的WiFi OTA參數(shù)TRP和TIS等級；并在用戶實際使用環(huán)境中，開發(fā)了多用戶、多干擾條件下的吞吐量、播放線上視頻和線上視頻會議時的延遲和卡頓指標(biāo)；綜合推薦了WiFi性能分級規(guī)則。

關(guān)鍵詞：桌面式一體機，PT-23-000-401920，WiFi性能等級

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.23.029

0 引 言

在數(shù)字化時代的今天，WiFi已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。家庭或辦公環(huán)境下的WiFi產(chǎn)品越來越多，除了傳統(tǒng)的電腦、手機，家庭中還有各種智能化的語音、攝像頭等電子產(chǎn)品，辦公區(qū)會有很多臨近路由器的存在?？臻g中的無線信號非常多，各種無線信號互存、干擾都不可避免。從使用場景來看，在家庭環(huán)境中，桌面式一體機承擔(dān)著用戶上網(wǎng)課、看視頻、打游戲場景的需求；在辦公環(huán)境中，會有語音/視頻會議、在線教學(xué)等場景需求。因此此類產(chǎn)品，對于生產(chǎn)商或者用戶如何去鑒別WiFi性能都是一個很關(guān)鍵的問題。

聯(lián)想臺式計算機工作組和SGS實驗室共同創(chuàng)新性地定義了PT-23-000-401920桌面式一體機WiFi性能技術(shù)規(guī)范，開發(fā)了一套WiFi性能評估方法和分級規(guī)則。已幫助聯(lián)想在A3系列一體機產(chǎn)品上取得了金牌無線性能認(rèn)證，不僅保障客戶的網(wǎng)絡(luò)體驗，還讓客戶清晰識別具有優(yōu)秀的WiFi性能的產(chǎn)品。

1 桌面式一體機WiFi性能技術(shù)規(guī)范概述

此規(guī)范主要是針對具備WiFi功能的桌面式一體機產(chǎn)品，同時可以擴展到筆記本電腦、平板電腦以及會議顯示屏等無線終端產(chǎn)品。將實驗室模擬環(huán)境測試參數(shù)和用戶實際使用環(huán)境中的關(guān)鍵參數(shù)相結(jié)合，把WiFi性能評估分為三個部分來評定。

首先，借鑒傳統(tǒng)小型化移動終端的OTA測試方法，首次定義了大尺寸非移動一體機終端產(chǎn)品的OTA（over the air）無線參數(shù)總輻射功率TRP（TotalRadiated Power）和總?cè)蜢`敏度TIS（Total IsotropicSensitivity）的等級規(guī)格。目的是評估產(chǎn)品的底部物理層設(shè)計性能，底層設(shè)計性能的優(yōu)良是吞吐量等用戶體驗相關(guān)參數(shù)性能優(yōu)秀的基本保障。其次，結(jié)合路由器在實驗室環(huán)境中，評估應(yīng)用層的吞吐量Throughput指標(biāo)，在理想環(huán)境中WiFi上行和下行的吞吐量表現(xiàn)；第三部分的指標(biāo)是用戶場景網(wǎng)絡(luò)體驗參數(shù)，是規(guī)范中的另一個創(chuàng)新點。搭建了典型的2室1廳的家庭環(huán)境，用來模擬真實的家庭使用場景，開發(fā)了多用戶、多干擾條件下的吞吐量、播放線上視頻和線上視頻會議時的延遲和卡頓參數(shù)，真實展現(xiàn)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗；同時在另一個真實場景—辦公環(huán)境，對吞吐量和延遲、卡頓進(jìn)行測量。

按照上述三種類型的WiFi參數(shù)性能進(jìn)行綜合評定，給出了WiFi的性能分級規(guī)則如表1所示，在后面的章節(jié)里會對不同等級的技術(shù)指標(biāo)有更明確的解析。

2 WiFi底層設(shè)計指標(biāo)TRP和TIS

無論是桌面一體機電腦，還是筆記本電腦，系統(tǒng)的硬件設(shè)計鏈路原理一致。圖1是一體機WiFi天線接收發(fā)示意圖，WiFi網(wǎng)卡連接天線，共同安裝在一體機主板和機箱內(nèi)組成一套無線發(fā)射和接收系統(tǒng)。用兩個基本指標(biāo)TRP和TIS，來量化整套系統(tǒng)的發(fā)射和接收性能。

目前行業(yè)著重對小型移動終端進(jìn)行OTA測試評估，且集中在4G/5G等移動通信協(xié)議和頻段；對于一體機這類非移動大尺寸產(chǎn)品的測試方法，以及這類產(chǎn)品在WiFi協(xié)議上的TRP/TIS參數(shù)性能要求并沒有定義。本規(guī)范首次推薦了一體機WiFi產(chǎn)品TRP和TIS性能等級，如表2所示。

2 . 4 G和5 G兩個頻段分別測試信道6和信道36[1]，速率和誤碼率判定可參考CTIA WiFi終端射頻性能評估規(guī)范[2]。

TRP和TIS的測試是在遠(yuǎn)場微波暗室中進(jìn)行，鑒于一體體積和重量稍大，不適合在垂直面內(nèi)沿著水平軸旋轉(zhuǎn)，建議采用圖2的測試系統(tǒng)，將被測物放置在水平轉(zhuǎn)臺上，同時測量天線可以旋轉(zhuǎn)，來共同完成TRP/TIS的球面采樣。

測量天線距離一體機需滿足遠(yuǎn)場條件。目前常用的圖2中的OTA暗室測試距離在2米以內(nèi)，且最大的靜區(qū)尺寸為50 cm。而桌面一體機尺寸較大，典型27寸屏幕長度為61 cm，即使2米的距離也不能滿足此大尺寸的遠(yuǎn)場距離。

另一方面，一體機尺寸超過50 cm的靜區(qū)范圍，會帶來測試結(jié)果的不穩(wěn)定和較大的測試誤差。為了減少測試不確定，根據(jù)雙天線在一體機中的位置，將一體機在轉(zhuǎn)臺上的高度抬高或降低，以保證一體機雙天線落在30 cm的靜區(qū)范圍內(nèi)。如此在1.6米以上的測試距離[3]，即可大大降低測試的不確定度。所以建議使用圖2中的測試距離大于1.6米的分布軸系統(tǒng)進(jìn)行一體機測試。

TRP受限于WiFi模組的發(fā)射功率和天線效率。在SRRC法規(guī)要求里，WiFi在空間最大的輻射功率EIRP要求如下：

2400 MHz–2483.5 MHz，EIRP lt;= 20 dBm；

5150 MHz–5350 MHz，EIRP lt;= 23 dBm；

5725 MHz–5850 MHz， EIRP lt;= 33 dBm。

由于TRP=EIRP-G，G為天線增益，一體機等產(chǎn)品的小尺寸天線增益一般都在5 dB以內(nèi)，可知TRP理論上限在15 dBm至18 dBm內(nèi)。為了降低模組設(shè)計和調(diào)試的復(fù)雜性，2.4G和5G的模組功率的設(shè)計相差不大，也便于其他國家地區(qū)的法規(guī)認(rèn)證。另外考慮到不同廠家的WiFi模組的性能差異，特設(shè)置TRP在802.11 g模式下10 dBm，802.11a模式下11 dBm為優(yōu)秀等級，之后性能每降2 dB左右設(shè)置一個等級。

對于TIS而言，TIS與WiFi模組的接收傳導(dǎo)靈敏度、天線效率和系統(tǒng)損耗有關(guān)，如圖1所示。

TIS=WiFi模組傳導(dǎo)靈敏度+天線效率+系統(tǒng)損耗

不同廠家WiFi模組的接收靈敏度有不同程度的差異，以及考慮到不同整機設(shè)計的射頻噪聲差異，來定義出表2的TIS接收性能等級。另外，通常5G頻段的噪聲比2.4G噪聲要低，且5G頻段空間傳輸衰減大，故5G頻段的接收性能等級要求高。

3 無線吞吐量指標(biāo)要求

物理層TRP和TIS等級的高低決定了無線吞吐量的高低。無線吞吐量是一體機等產(chǎn)品在實驗室條件下，模擬用戶在不同路徑衰減下與路由器的上下行數(shù)據(jù)傳輸性能。

2.4 GHz頻段選擇常用協(xié)議802.11n 40 MHz頻段，信道為3，推薦等級如表3所示。

5 GHz頻段選擇目前普及率較高的協(xié)議802.11ax，選擇此協(xié)議下的最大帶寬160 MHz，可以最大程度地呈現(xiàn)產(chǎn)品的無線吞吐量性能。推薦等級如表4所示。

真實用戶使用時，產(chǎn)品離路由器的距離不同，在實驗室中用上述表中的衰減值來表征測試距離。2.4 GHz和5 GHz中的衰減值和距離的關(guān)系如圖3所示，5 GHz頻段衰減比2.4 GHz頻段快，清晰展示了路徑衰減和測試距離的關(guān)聯(lián)。在等級評定里，模擬了2米、50米、100米處的吞吐量要求，分別代表了產(chǎn)品在吞吐量性能的飽和狀態(tài)、性能下降狀態(tài)、性能的極限狀態(tài)。

測試環(huán)境搭建如圖4所示，被測產(chǎn)品仍然要在遠(yuǎn)場測試，測試距離建議大于1.5米。與TRP/TIS不同的是，吞吐量只是測試水平面的4個方位的數(shù)據(jù)，最后的吞吐量數(shù)據(jù)取這4個方位的平均值。

在無線吞吐量以及下一章用戶場景指標(biāo)測量中都需要使用路由器，路由器建議使用穩(wěn)定好、性能優(yōu)越、覆蓋802.11a/b/g/n/ac/ax等不同的協(xié)議。具體可以參考各廠商和實驗室常用的路由器，或者滿足TR-398[4]標(biāo)準(zhǔn)的路由器。

4 用戶場景網(wǎng)絡(luò)體驗指標(biāo)要求

戶場景網(wǎng)絡(luò)體驗是模擬用戶在真實家庭、辦公等典型環(huán)境下的上網(wǎng)體驗。家庭環(huán)境采用了典型的兩室一廳的格局，室內(nèi)會布局?jǐn)z像頭、智慧電視、音箱、手機等智能家居產(chǎn)品，平面圖如圖5所示。辦公環(huán)境則采用真實的辦公場景，辦公場地比家庭空曠，沒有墻體遮擋，但是路由器的布局會很密集，同信道或臨信道干擾很多，同時用戶數(shù)量要遠(yuǎn)多于家庭環(huán)境。

用戶場景網(wǎng)絡(luò)體驗參數(shù)，是一個創(chuàng)新點，包含家庭和辦公環(huán)境的多用戶、多干擾條件下的吞吐量、播放線上視頻和線上視頻會議時的延遲和卡頓參數(shù)，真實展現(xiàn)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗。

上述底層物理鏈路設(shè)計指標(biāo)和不同路徑衰減下的吞吐量指標(biāo)，代表的是產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)劣。在產(chǎn)品開發(fā)階段可以用底層TRP/TIS和上層的吞吐量來把控產(chǎn)品質(zhì)量。但是具體在上網(wǎng)、看視頻、下載等的實際場景下的產(chǎn)品表現(xiàn)，是可以給用戶提供最直觀的感受的。產(chǎn)品設(shè)計的最終目標(biāo)是給用戶提供優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)體驗，正基于此目的，此規(guī)范定義了用戶場景網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求，如表5所示。

家庭環(huán)境中，多種智能產(chǎn)品連接在同一個路由器網(wǎng)絡(luò)下同時使用，此狀態(tài)會共享WiFi帶寬，這種狀態(tài)才是實際反映用戶網(wǎng)絡(luò)體驗的優(yōu)劣。路由器放置在客廳，被測物分別擺放在影音室和臥室兩個常用地點。在路由器和被測物之間會有墻體隔離，分別評估了WiFi無線信號在2.4G和5G頻段穿墻后的傳輸速率和卡頓情況。表5中的“家居環(huán)境”是指其他智能設(shè)備全部關(guān)閉的條件；“家居環(huán)境下共存狀態(tài)”是指將智能設(shè)備連接路由器并運行相應(yīng)的短視頻等軟件，使其與路由器有上下行數(shù)據(jù)通信。

除了模擬家庭環(huán)境，還會在真實的辦公環(huán)境下對WiFi性能進(jìn)行評測。辦公環(huán)境不僅有多用戶共享無線帶寬，而且還有臨近路由器的同信道干擾。辦公環(huán)境中，一體機產(chǎn)品是在固定位置使用，但是由于信號干擾或信道擁擠等原因，一體機會被交接給同一辦公室的稍遠(yuǎn)的路由器進(jìn)行通信。為了評估產(chǎn)品的極限性能，并結(jié)合典型辦公室的面積，將一體機產(chǎn)品放置于離路由器20米的可視距離，并固定與此路由器連接。

表6是一體機產(chǎn)品的實際測試結(jié)果，展示了家庭共存條件下的WiFi傳輸速度、4K視頻播放的卡頓和視頻會議的卡頓情況。表7是一體機在辦公環(huán)境下的測試結(jié)果?？梢钥吹?，5G頻段傳輸速率明顯比2.4G頻段好，建議用戶優(yōu)先使用5G頻段。辦公環(huán)境下，無論是2.4G還是5G頻段，測出的傳輸速率都比家庭環(huán)境差。三種常用品牌路由器的性能差異不大。另外，此款一體機無論在居家環(huán)境還是辦公環(huán)境，播放4K在線視頻和在線視頻會議均無卡頓，性能可達(dá)到優(yōu)秀級別。

5 結(jié) 語

本文通過物理層的設(shè)計指標(biāo)、上層吞吐量指標(biāo)以及實際典型用戶場景指標(biāo)三個方向來解析了PT-23-000-401920桌面一體機WiFi性能技術(shù)規(guī)范。此規(guī)范推薦了一體機產(chǎn)品OTA參數(shù)TRP和TIS的性能等級；特別是開發(fā)了居家環(huán)境和辦公環(huán)境下的無線傳輸速率和在線視頻、會議的卡頓參數(shù)指標(biāo)及等級。

隨著WiFi協(xié)議的演進(jìn)，以及將來用戶場景的變化，比如在線更大規(guī)模游戲、WiFi無線顯示、無線AR/VR等，用戶對無線性能的延遲、上下行速率的需求會越來越高，此規(guī)范也會隨之更新，來推薦用戶網(wǎng)絡(luò)體驗評定等級，為用戶具備良好的用戶網(wǎng)絡(luò)體驗保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

[1]2020 IEEE Standard for Information technolog y--Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks--Specific requirements Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications：IEEE Std. 802.11?[S]. 2020.

[2]Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi Mobile Converged Devices， v4.0.1[Z].2024.

[3]CT I A Test Plan for Wireless Device Over-the-Air Performance， v4.0.x[Z]. 2024.

[4]TR-398， Wi-Fi Residential amp; SOHO Performance Testing，v3.0.0[Z]. 2024.

作者簡介

王君，高級工程師，主要從事臺式計算機的EMC和RF開發(fā)和測試工作。

劉洋，工程師，主要從事臺式計算機的商業(yè)認(rèn)證及自愿性標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工作。

王曦，高級工程師，主要從事消費電子類產(chǎn)品的EMC和RF管理規(guī)劃和測試工作。

李子秋，工程師，主要從事消費電子類產(chǎn)品的EMC和RF測試工作。

（責(zé)任編輯：張佩玉）