智能音響中WiFi 性能測試的測試方案

侯建路

（英華達（上海）科技有限公司，上海 201114）

0 引言

Wi-Fi 測試架構包括SA 及FA Wi-Fi 測試，即板端的及整機的Wi-Fi 測試，兩者有不同測試方案。測試儀器一般選擇IQxel-M6 或者M8。當SMT 打好板子以后，通過了CPU 的測試，接下來就是射頻的測試，測試之前需要加上屏蔽蓋，進行SA Wi-Fi 的測試；完成后進行上殼、響體等機構件的組裝，接下來就是FA Wi-Fi 的測試，此性能直接關系到用戶的體驗感受。

1 SA Wi-Fi 的測試方案

1.1 測試主要的信道選擇

IEEE 802.11b/g 標準工作在2.4G 頻段，頻率范圍為2.40～2.48 GHz，共83.5M 帶寬[1-2]，通道的分布如表1 所示。

一共14 個信道，在實際的測試過程中，不可能對所有的信道進行測試，所有選擇了（如1 信道與2、3、4、5 信道有頻率重疊）信道（Channel）1、信道（Channel）6、信道（Channel）11 這三個信道，既保證了測試的準確性，同時也確保這三個信道之間沒有干擾，如圖1 所示。

1.2 測試硬件

測試所需硬件包括：Litepoint（IQxel-M6）、4 Port PCI Express Gigabit Ethernet PosE PSE Network Card、屏蔽箱、電源供應器（N6700C&N6734B）、SMA cable（射頻線）、功分器（型號為5-Way Power Divider 2-8GHz）、衰減器（Attenuator 6 dB）、掃描槍（Scanner，用于讀取待測品條碼）、工業級別的電腦（PC，使用網線與CPU 通信；同時用USB 接口控制電源控制器；使用串口（RS232）控制測試項目）、數據采集器（Measurement Computing DAQ Unit USB-201）、Network HUB（NETGEAR GS105），圖2 是硬件架構。

表1 信道與頻率對照表

1.3 測試基于的軟件

測試環境的搭建以NI 的TestStand 和Labview 為基礎，并利用萊特波特的無線測試儀器對待測試的機器的WiFi 性能進行測試，主要測試項目包括：TX：POWER_AVG_DBM；EVM_AVG_DB；FREQ_ERROR_AVG；MASK_MARGIN_DB，RX：PER；RSSI；NF；SNR0[3]。

圖1 2.4G 對應的各個頻段

圖2 SA WiFi 測試的硬件架構

1.4 校 準

需要把測試過程中用到的射頻線的Path_loss（路徑損耗）補償到板子上，以保證校準的準確性。

校準用到的是安捷倫的網絡分析儀。

校準的步驟如下：

（1）用網絡分析儀進行校準，首先是網絡分析儀的自校準；

（2）測量從儀器端的射頻端口到測試探針的path_loss（路徑損耗）；

（3）在量測path_loss（路徑損耗）過程中，確保未連接射頻線的端口用50 Ω 的終端連接器連接。

本文列舉了Pathloss（路徑損耗）的范本，2.4G 測試4個信道（Channel），5G測試4個信道（Channel），2.4G（2412，2437，2462，2472）每個信道（Channel）之間盡量保證在1.5 dB 的差異以內，5G（5180，5320，5600，5825）保證在3 dB 的差異以內，如表2 所示。

表2 4 個Chains（通道）的Pathloss（路徑損耗）

1.5 收集測試數據和定義測試項目的limits（界限）

（1）把校準好的path_loss（路徑損耗）保存到本地的配置文檔，以便于測試程式運行時調用。

（2）獲取50 臺測試數據并對測試的數據進行分析，得到每個測試項目的正太分布圖，看數據的分布是否集中，如果接近標準的正態分布（曲線越“矮胖”,表示總體的分布越分散；越小,曲線越“瘦高”,表示總體的分布越集中），則可以根據這50 臺的測試數據為基礎，定義初始的limits（界限），如果數據的正太分布比較分散，則需要重新校準，直到數據的分布能接近正太分布。

（3）用初始的limits（界限）再次收集500+的測試數據并對數據進行分析，看每個測試項目的正太分布情況，如果接近正太分布，則可以根據這500 臺的測試數據定義最終每個測試項目的limits（界限）。

2 FA 測試的方案

SA 測試完成后，開始整機的組裝，在組裝好上殼、箱體、喇叭、網罩及天線等部件以后，接著就是進行FA Wi-Fi 測試。

2.1 測試原理及硬件架構

同樣FA 測試也為相對測試，將在SA 挑選出來的一部分樣機組裝到整機，本文所談智能音響，整機加上了鐵網和外殼等。使用和SA 相同的軟件測試環境Teststand，利用IQ-xel 作為測試的主要儀器評定射頻的RX/TX 的性能。這樣就能把天線的組裝不良，SAWiFi 網卡單體的不良都能測試出來。

圖3 為FA 測試的硬件架構圖。

2.2 硬件架設注意事項

（1）固定Shielding box（屏蔽箱）內測試天線位置。

（2）固定DUT Holder（待測機器的夾具）的位置（需要找到一個對于所有信道平坦度都相差不大的位置）。

（3）用熱熔膠槍，把天線和DUT holder(待測機器的夾具)都固定死，防止作業員在測試時誤觸碰到影響測試結果。

（4）在連接整個硬件過程中需要特別注意設定每個DUT（待測機器）網絡端口IP，每個端口都不 能 相 同（169.254.1.1、169.254.2.1、169.254.3.1、169.254.4.1）。

2.3 測試參數的選擇

FA 的測試和SA 的測試略有不同，主要增加了BT的功能，主要測試項目包括發送和接收兩部分，發送的測試項目如下：

（1）發射電平功率；

（2）發射頻普掩模；

（3）中心頻率容限；

（4）碼片時鐘頻率容限；

（5）發射加電和掉電坡度；

（6）RF 載波抑制；

（7）發射調制精確度。

接收的測試項目如下：

圖3 FA WiFi 測試的硬件架構

（1）最小輸入電平靈敏度；

（2）最大輸入電平；

（3）相鄰通道抑制；

（4）BLE（藍牙）（2412，2437，2472）靈敏度的測試[4]。

這些測試項目都是行業內的標準，測試完成后還會對每個測試項目做GRR（隨機誤差），當GRR（隨機誤差）小于10%，測量觀測值的變差中，由于測量過程導致的變差可以忽略，代表測量得到的數值可以用于數據分析。

2.4 校 準

用挑選好的樣機進行校準：

（1）調整衰減的大小和功率的大小直到每個信道的PER 丟包率小于10%，讓MCS（速率）盡可能的保持一個高水平；

（2）把輸出的功率保持在3～11 dBm，如果在11 dBm 的時PER（丟包率）過高即超過10%，則需要降低MCS（速率）；

（3）如果選擇的衰減不能滿足這個標準（發射功率在3～11 dBm，速率在0～7 Mb/s，則必須要重新調整待測機器的擺放位置和測試天線的位置。

（4）校準完成后，得到一個power_table(功率表)。

2.5 收集測試數據和定義測試項目的limits（界限）

（1）把校準好的power_table(功率表)保存到本地的配置文檔，以便于測試程式運行時調用。

（2）獲取50 臺測試數據并對測試的數據進行分析，得到每個測試項目的正太分布圖，看數據的分布是否集中，如果接近標準的正態分布（曲線越“矮胖”,表示總體的分布越分散；越小,曲線越“瘦高”,表示總體的分布越集中），則可以根據這50 臺的測試數據為基礎，定義初始的limits（界限），如果數據的正太分布比較分散，則需要重新校準，直到數據的分布能接近正太分布。

（3）用初始的limits（界限）再次收集500+的測試數據并對數據進行分析，看每個測試項目的正太分布情況，如果接近正太分布，則可以根據這500 臺的測試數據定義最終每個測試項目的limits（界限）。

3 結論

本文針對智能音響上WiFi 測試，總結了生產過程中的測試方案，所涉及的測試原理對不同領域的其他的產品也是很好的借鑒。