《中无通讯》第74期 文︰ 世界网络 www.linkwan.com 向天明顾问 林和安创办人
摘 要：本文将介绍WiFi网络质量的技术参术指标，测量方案及相关仪器。详细阐述WiFi信号强度，链路质量等参数，并提出了在安装维护中的测量方法; 详细阐述WiFi频谱分析方法，提出WiFi信号频点设置、排出干挠的方案。
关键词: WiFI、信号强度RSSI、链路质量、频谱分析
随着电子技术的迅速发展，三网融合的迅速推进，人们对信息化的要求越来越高，越来越有兴趣。无论是有线电视网，宽带网，电信网，和无线移动网，都有一个网络终端与用户端切入的问题。当然它有很多方式,但目前最受人亲徕的是WiFi，因为人们通过WiFi可以在任何地方，任何时间，只要用户手中持有一个用户端(如电脑、手机等) 即可非常方便地进入上述网络，获得人们所需的电话，宽带上网，看电视，收发微信等等。要保证这些业务正常开展，WiFi网络的质量是一个非常重要的课题，为此本文将介绍WiFi网络质量要求的技术指标及测量，为了更好地安装,维护,查找故障,必须监测WiFi网路环境，最好应知道你所在地信号频谱详细分布情况，以便于避开强干挠设置WiFi频道（频率）；测量所用WiFi信号，周围WiFi信号及干挠信号，噪声，并测量信噪比。
1. 关于WiFi
WiFi的全文是wireless fidelity，其意即无线保真。是由国际无线局域网联盟提出，属无线接入技术。中国电信称之无线宽带。随着技术的不断发展，国际标准化组织（ISO），国际电工委员会（IEC），美国电子和电气工程师协会（IEEE），认可并成为标准IEEE802.11。我国也承认该标准，并有相应标准GB15629.11。WiFi已不仅是无线网络（包括无线局域网wlan）的接入网，也成为各种有线网络终端的无线接入方式，如有线电视网络，有线宽带网，有线电信网，ADS，双绞线网络的用户端接入。
1.1 WiFi的频道和频率
WiFi 802.11g，工作频段在2.4GHz，支持最高速度50Mbps；802.11n工作频段为2.4GHz或者5.8GHz，最高速度600Mbps。其空间协议802.11a和802.11b均为共用。
1) ,WiFi 2.4GHz频段是2400~2483.5MHz，共分13个频道，带宽5MHz，详见表1。
| 信道号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 中心频率（MHz） | 2412 | 2417 | 2422 | 2427 | 2432 | 2437 | 2442 | 2447 | 2452 | 2457 | 2462 | 2467 | 2472 |
表1 2.4GHz频段信道
2),WiFi 5.8G频段是5725~5850MHz，共分25个频道，带宽5MHz。
中心频率=5000+5×Nch（MHz），
其中Nch=145，146，147，…，170。
1.2无线局域网对WiFI要求
1），最大发射功率不大于500mw或27dBm，等效全向辐射功率（EIPR）不大于2W或33dBm。
2），接收机最小输入电平，详见表2
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数据速率（Mbit/s） |
接收机最小输入电平（dBm） |
邻道抑制比（dB） |
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6 |
-82 |
16 |
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9 |
-81 |
15 |
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12 |
-79 |
13 |
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18 |
-77 |
11 |
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24 |
-74 |
8 |
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36 |
-70 |
4 |
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48 |
-66 |
0 |
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54 |
-65 |
-1 |
表2 OFDM、DSSS-OFDM调制接收机最小输入电平
3）， 性能要求
1) ,吞吐量，无线局域网终端用户>1Mbit/s，
2),延时≤50ms；抖动≤50ms
3),丢失包≤1%
2. 对于WiFi的测量要求
2.1关於WiFi的测量
对于无线局域网的要求来说应按工信部发颁的国标YD/T ××××-200×进行严格测量达标。
但是、对于利用WiFi作为有线电话网络，有线电视网络、宽带网络无线接入的监测、维护来说应予简化。即WiFi网络必须保证接入点的进入，应有足够大的信号电平（或信号强度）和较高的信号质量，以保证所传输的各种信息不丢失地传递。
2.2 WiFi信号电平测量―RSSI
WiFi工作场地范围，原则上可以工作到300英尺，大约90米左右，但这与路由器发射功率和接收终端的灵敏度有关，一般来说在30米左右。实用中因信号在空中传播的衰减很大，如果是有几个房间，隔离，反射都大有影响，因此在不同位置测量电平值相差很大。其值以dBuV、dBm为单位。
再则，即是达到要求的灵敏度的最低电平，但由于当地噪声干挠很大，信噪比很差，也难于保证通信质量。既然影响因素很多，因此在WiFi业内也有建议不一定非要用电平比值来考核。即认为当WiFi接收器在此环境中能保证信号接收，没有包丢失，这就是好的质量，此时信号电平为100%，当电平降低到影响接收质量，给出一个百分质。我们认为电平在60%以上，电平是合格的基本正常工作。这就称之为WiFi信号强度RSSI。
2.3 WiFi链路质量
一个信号的质量好坏，首先是要有足够的电平，但如果信号的噪声大了，那么信号接收到了也会受到影响。特别是在这开路环境中，空中各种信号都直接干扰WiFi信号，甚至可以将信号淹没在噪声中，因此测量信号的信噪比S/N是很重要。但要测量信噪比对仪器来说难度较大，成本很高，故一般安装维护中，不需要测量S/N数值，而是用100%来表征。即我们认为，在信号足够大，而且在传输过程中没有错误（零错误比特），此时为100%，当质量差时会出现错误比特，据此来衡量链路质量。业界认为，链路质量降低到60%，链路可能会被终断，因此一般测试要求大于60%。
2.4 以太网性能实时验证
如以上WiFi信号强度RSSI，键路质量测试合格，可认为达到质量指标，但是否可以保证信号传输呢，还应在此WiFi网络上进行实时以太网连接测试。一般测试项目为,Ping功能、路由分析、传输协议分析(吞吐量测试) 、网页浏览等。本文不再详述。
3. WiFi信号频谱分析
3.1 WiFi频谱分析
WiFi频谱有两段，即上述的2.4GHz和5.8GHz频段，在此频段空间范围内除有WLAN的WiFi信号外，还有很多民用信号，如无绳电话，微波炉，蓝牙信号等，都会同时在频谱图上显示，构成被测空间点所有信号频谱，如图1所示，图之上方是当前信号频谱图(当前值即瞬时值、最大值、平均值) ，图之中间是频谱密度图，图之下方是频谱瀑布图。
图1 WIFI信号频谱分析图
我们可以看到,在某一被测空间,有多个WiFi信号，由于它们是突发信号，因此屏上是跳动的，这时我们也可以用最大保持方式来观察信号分布状态，如图2所示。如果我们能测量到己知WiFi信号的电平值VS，同时也可以读出空隙部分的噪声电平值VN，这样我们就可以算出WiFi信号的信噪比S/N。
再有，此仪器也可同时分别显示WiFi信号当前值，平均值，最大值，这为我们测试分析提供了更多方便。如图2上方频谱图所示,黄色信号是跳动的为当前值,蓝色为最大值,绿色为平均值。
图2 WiFi信号频谱的当前值,最大值,平均值
3.2 Wifi信号信噪比S/N测量
如前所述,当我们搜索WiFi信号后便知道被测WiFi的频道和频率，那么可根据此值在频谱分析图上,如图3所示,移动频标（MAK）到相应频率，读出该频率的电平值VS，同时也可以读出空隙部分的噪声电平值VN，则我们可以计算出WiFi信号的信噪比S/N。
S/N=VS-VN（dB)
其中： Vs为被测WiFi信号电平，Vn为附近空隙处电平。
图3 WiFi 信号C/N测量
3.3频谱密度分析
频谱分析是展示信号在该频段内幅度（电平）大小，而WiFi信号是突发信号，于是所在频点占有率不高，而且是随机的，差异很大，因此可用频率密度图来分析，所谓密度即信号出现的次数（或称作频次），一般用颜色来类似百分比。如图4所示,图上方一条彩线, ，左边蓝色表征百分比低, ，右边红色表征百分比高。因此，我们在设置WiFi频率时，首先要避开信号强的频段，设置在频段的空闲处，同时也要考虑到频次密度数小的频率上，才有好的传输质量。
图4 WiFi 信号频谱密度图
3.4频谱瀑布图
频谱瀑布图如图5所示，横轴是频率，纵轴是时间，单位为秒，而且图形是随测试时间由上至下移动，形成向下移动的瀑布图，以颜色表示百分比来量化为信号的强度。如图上彩条所示，由蓝到红即是-110dBm~-10dBm。那么从瀑布图中可以看到每秒钟内各频点信号强弱，则可根据信号特征识别干桡信号类别，如微波炉，无绳电话等。因此频谱瀑布图是查找外界强烈干扰的好方法。美国韦克斯CX系列仪器还有干挠信号模板供作参考, 这就为我们提供了更多方便。
图5 WiFi 频谱瀑布图
4. WiFi信号分析仪
综合前述，WiFi是一个网络无线接入方式，为保证网络质量测试非常重要。但对于监测维护来讲，作为一个测试仪器，除要测量WiFi信号质量外，还需测量网络的特性，如宽带的以太网特性，以认证该网络通道运行正常。如是三网融合网络，最好有数字电视参数测量。
目前看来，美国韦克斯公司的CX系列仪器较为适合。这是在数字电视，以太网测量基础上加入了WiFi测试，这不仅功能齐全，而且参数测量精度高，使用方便，价格便宜。性能参数详见表3
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WiFi |
CX系列仪器型号 |
CX150w |
CX180w |
CX350w |
CX380w |
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WiFI性能测试 |
WiFi信号搜索 信号电平 |
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链路质量 |
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WiFi频谱分析 |
频谱当前值 |
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平均、最大值 |
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频谱密度 |
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频谱瀑布 |
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干扰源分析 |
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WiFi接入以太网测试 |
Ping功能 |
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路由分析 |
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传输协议分析 |
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网页浏览 |
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频谱分析 |
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高精度 |
特高精度 |
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数字电视分析 |
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CMTS测试(选件) |
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5 结束语
本文对WiFi性能及测量作了简明的探讨。WiFi是用户进入网络的第一个环节，它的质量首先影响到用户的感受，因此非常重要。然而WIFi在实用中环境非常复杂，干挠信号很多，且每个用户面临的问题又不一样，故做好WiFi测量非常重要。遗憾的是目前我们大量使用WiFi，效果怎样, 质量如何, 大多未成评估，测量，因此很多场合有WiFi，但用户无法使用，或时有时无。故希望重视WiFi网络质量, 在安装、维护中做好性能指标的测量。