Wi-Fi產品抗干擾能力評估及測試方法分析

余強，侯永，朱余浩

（深圳市共進電子股份有限公司，廣東深圳，518000）

0 引言

隨著目前各種通信電子設備使用越來越廣泛，而每種通信設備工作的無線頻段可能也會越來越擁擠，因此各種通信設備之間的相互干擾導致的影響也相應的越來越顯著。Wi-Fi接入產品是每家每戶都必須使用的日常通用電子設備，為了滿足無線上網要求，無論是PON接入產品、DSL接入產品或者是以太網接入產品都會直接集成Wi-Fi功能或者在次級接入Wi-Fi產品。Wi-Fi用戶在使用手機終端或者無線筆記本終端上網沖浪過程中很有可能就會受到其他無線信號的干擾從而影響用戶體驗，甚至產品出現無法正常工作的情況。因此，在產品研發階段就有必要針對主要存在的各種干擾源進行模擬測試，發現產品的實際抗干擾能力，從而針對性提高產品的實際抗干擾性能。

Wi-Fi產品的工作頻段根據802.11b/g/a/n/ac/ax的標準共有兩個頻段，一個頻段是2.4G頻段，頻譜范圍是2400MHz ～2495MHz，一個頻段是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線通信信號可能有GSM、WCDMA、LTE等無線蜂窩網絡，以及同2.4G頻段同頻段的藍牙、Zigbee等，在歐洲等地可能還存在DECT無繩電話信號等。分析各種無線信號的頻譜可以發現，與Wi-Fi兩個頻段可能會重疊或者接近的頻段始終是2.4G頻段部分，因此，我們只需要重點模擬外部信號對Wi-Fi 2.4G頻段信號的干擾就可以滿足大部分時候的需求。

1 理論分析

1.1 干擾評估過程

根據802.11標準，Wi-Fi產品設備采用一種叫載波監聽的方式來判定信道是否空閑，從而避免數據沖突。也就是在發送數據之前，通過在物理層的空中接口進行載波監聽，通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限值來判定信道是否空閑。當檢測到802.11幀且接收強度低于-82dBm，視為介質空閑。當檢測到非802.11幀且接收強度低于-62dBm，視為介質空閑。因此，接收機要有盡可能抑制干擾信號的能力，最好能夠抑制到-62dBm以下就能夠正常通信。本實驗中會根據各個干擾源的工作頻段盡可能模擬實際運行環境中可能出現的最大功率來考察產品的抗干擾能力。

1.2 最小接收靈敏度

根據802.11標準，各種模式各種帶寬各種調制方式各種速率等級下的接收靈敏度并不相同，為了更好的檢測產品的抗干擾能力，在Wi-Fi產品和Client端中間的信號強度需要盡可能減小到最低速率也就是產品工作最小接收靈敏度情況下的工作模式。根據本次實驗中所選Wi-Fi產品實際的接收靈敏度能力，我們調整Wi-Fi產品和Client端中間的整體衰減使RSSI值等于-92dBm左右，使產品工作在11ax模式最低速率，能夠更加明顯的反應出外部干擾對產品的影響。

2 系統組成及分析

2.1 系統框圖

如圖1所示，DUT是本次實驗中所使用的的11ax 3*3 AP產品，Wi-Fi Client同樣是支持11ax 3*3的AP client產品。信號發生器能夠模擬產生GSM信號、WCDMA信號、LTE信號、藍牙、DECT、Zigbee等調制信號。信號發生器最大輸出功率是20dBm,通過喇叭天線使信號最大能夠到30dBm。圖中喇叭天線離DUT 30cm位置，DUT離Wi-Fi client天線5米的距離，設置衰減大致為75dB左右。

圖1 干擾實驗測試系統框圖

2.2 GSM干擾信號的測試結果

為模擬實際GSM手機信號對Wi-Fi產品的干擾，我們選擇干擾信號的頻點是1874.8MHz。

這個頻點是手機上行的頻點，也符合實際使用過程中的場景。Wi-Fi產品選擇工作在第一信道，頻點2412MHz,也就是最可能受到GSM信號干擾的信道。由于設置了較大衰減可以使Wi-Fi工作在最低速率。

此時信號發生器輸出功率19dbm，天線增益 11dB；總體實現輸出干擾功率30dBm。在PC1與PC2上測試吞吐量，結果如下。

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

如表格所示說明了吞吐量在GSM信號加入干擾和沒有干擾時的對比結果，可以發現吞吐量在正常的波動范圍內，沒有超出±10%的通常判定標準。

2.3 WCDMA干擾信號的測試結果

為模擬實際WCDMA手機信號對Wi-Fi產品的干擾，我們選擇干擾信號的頻點1977.4.8MHz。

同樣是手機上行的頻點，也符合實際使用過程中的場景。

Wi-Fi產品同樣選擇工作在第一信道，此時信號發生器輸出功率13dbm，天線增益 11dB；總體實現輸出干擾功率24dBm。在PC1與PC2上測試吞吐量，結果如下。

干擾信號干擾信號中心頻點(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2 4 1 2 M H z）接收上行吞吐量發送下行吞吐量接收惡化情況發送惡化情況是否滿足性能要求

沒有干擾 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入WCDMA干擾信號1784.8 17.853 Mbps 17.136 Mbps -1.58% 2.11% 滿足

如表格所示說明了吞吐量在WCDMA信號加入干擾和沒有干擾時的對比結果，可以發現吞吐量在正常的波動范圍內，沒有超出±10%的通常判定標準。

2.4 LTE干擾信號的測試結果

LTE的工作頻率相比GSM、WCDMA來說有較多的工作頻段，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Band的工作頻段進行測試。為模擬實際LTE手機信號對Wi-Fi產品的干擾，我們選擇干擾信號的頻段為Band3,Band 7 and Band 40。而且也要注意選擇手機上行的頻點。

當選擇Band3頻點1877.5MHz時，Wi-Fi產品需要設置最接近的第1信道進行測試，另外LTE可能工作在多種帶寬，提高頻譜利用效率，這里測試時我們選擇最低帶寬1.4MHz和最高帶寬20MHz來評估，其他頻點也需要類似設置。此時信號發生器輸出功率19dbm，天線增益 11dB；總體實現輸出干擾功率30dBm。在PC1與PC2上測試吞吐量，此時發現性能基本不受影響，結果如下。

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

當選擇Band7頻段2500MHz時，Wi-Fi產品需要設置為第13信道進行測試。此時信號發生器輸出功率19dbm，天線增益11dB；總體實現輸出干擾功率30dBm。在PC1與PC2上測試吞吐量，性能也同樣基本不受影響，結果如下。

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

當LTE工作在Band40頻點2399.9MHz時，不可避免的和2.4G低信道重疊，因此會嚴重影響接收機的接收性能。實際測試過程中也驗證了這一點，當信號發生器輸出功率19dbm，天線增益11dB；總體實現輸出干擾功率30dBm時，Wi-Fi產品已經不能正常收發數據。

當輸出功率持續下降時能夠發現Wi-Fi產品受到的干擾越來越小，產品的吞吐量性能逐漸正常。當LTE 1.4MHz時干擾功率下降到2dBm時，Wi-Fi產品信道1能夠正常工作。當LTE 20MHz時干擾功率下降到-39dBm時，Wi-Fi產品信道1能夠正常工作。具體數據如下。

干擾信號干擾信號中心頻點(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點2412MHz）接收上行吞吐量發送下行吞吐量發送惡化情況接收惡化情況是否滿足性能要求沒有干擾 / 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% 滿足注入LTE為-39dBm 2399.9MHz(20M帶寬)18.124 Mbps 18.133 Mbps 0.17% 0.52% 滿足

當LTE工作在Band40頻點2399.9MHz時，當信號發生器輸出功率19dbm，天線增益11dB；總體實現輸出干擾功率30dBm時，哪個信道開始性能不會受到影響，通過不斷改變Wi-Fi產品的工作信道，可以發現信道7能夠正常工作。數據如下。

干擾信號干擾信號中心頻點(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點2412MHz）接收上行吞吐量發送下行吞吐量是否滿足性能要求沒有接收惡化情況發送惡化情況干擾 / 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% 滿足注入LTE為30dBm 2399.9MHz(20M帶寬)17.595 Mbps 16.966 Mbps 0.32% 2.56% 滿足

當Wi-Fi產品工作在信道1時，LTE工作在Band40哪個頻點性能不會受到影響，通過不斷改變信號發生器的工作頻點，來找到信道1能夠工作的頻點。數據如下。

干擾信號干擾信號中心頻點(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點2412MHz）接收上行吞吐量發送下行吞吐量發送惡化情況接收惡化情況是否滿足性能要求沒有干擾 / 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% 滿足注入LTE為30dBm 2376MHz(20M帶寬)18.038 Mbps 18.134 Mbps 0.64% 0.51% 滿足

2.5 Zigbee干擾信號的測試結果

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2405MHz，Wi-Fi產品設置最接近的第1信道進行測試，此時信號發生器輸出功率-6dbm，天線增益 11dB；總體實現輸出干擾功率5dBm。在PC1與PC2上測試吞吐量，結果如下。

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

如表格所示吞吐量在Zigbee信號加入干擾和沒有干擾時的吞吐量對比結果，可以發現吞吐量在正常的波動范圍內，沒有超出±10%的通常判定標準。

2.6 藍牙干擾信號的測試結果

藍牙的工作頻率基本也和2.4G頻段重疊，但是由于藍牙本身是跳頻工作機制，所以有可能在2.4G頻段都會存在干擾。

我們采用兩種測試方法，一種是使用信號發生器發生定頻干擾進行測試。我們選擇工作頻點2402MHz和2480Mhz作為干擾頻點，由于藍牙設備基本和2.4G頻段整個頻段都重疊，因此Wi-Fi產品設置第7信道進行測試，結果如下。

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

如表格所示，只要藍牙工作的頻譜和Wi-Fi工作的頻譜不重疊，可以發現吞吐量在正常的波動范圍內，沒有超出±10%的通常判定標準。

我們選擇工作頻點2402MHz作為干擾頻點，Wi-Fi產品設置第1信道進行測試時無法正常進行測試，選擇工作頻點2480MHz作為干擾頻點，Wi-Fi產品設置第13信道進行測試時無法正常進行測試，說明以上兩種情況都受到了較大干擾。

為了更加模擬真實的藍牙干擾情況，我們采用兩臺藍牙手機進行數據交換時產生的輻射信號作為干擾源，兩臺藍牙手機交換數據時離我們Wi-Fi產品30cm距離，會發現受到較大的影響，性能下降一半以上，數據如下。

干擾信號干擾信號中心頻點(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心頻點2412MHz）接收上行吞吐量是否滿足性能要求沒有發送下行吞吐量接收惡化情況發送惡化情況干擾 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /藍牙手機交換數據/ 8.455 Mbps 9.046 Mbps 52.42%47.65% 不滿足

2.7 DECT干擾信號的測試結果

為模擬實際DECT電話信號對Wi-Fi產品的干擾，我們選擇干擾信號的頻點1897.344MHz，Wi-Fi產品選擇工作在第一信道，頻點2412MHz,此時信號發生器輸出功率13dbm，天線增益 11dB；總體實現輸出干擾功率24dBm。在PC1與PC2上測試吞吐量，結果如下。

干擾信號是否滿足性能要求沒有干擾信號中心頻點(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2 4 1 2 M H z）接收上行吞吐量發送下行吞吐量接收惡化情況發送惡化情況干擾 / 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% 滿足

如表格所示，吞吐量在DECT信號加入干擾和沒有干擾時的吞吐量對比結果，可以發現，吞吐量在正常的波動范圍內，沒有超出±10%的通常判定標準。

3 結論

本文來自于作者在深圳市共進電子股份有限公司所從事的研發項目，通過模擬目前實際部署環境中可能遇到的實際干擾信號，分析出我們Wi-Fi產品可能會遇到的外部干擾源，改變以往只測試接收靈敏度的不直觀的方法，采用實際測試性能的方法能夠更加直觀的發現我們產品的設計缺陷，同時能夠真正的感受實際使用過程中的用戶體驗。實驗過程我們也發現由于干擾源信號本身也可能會產生預期干擾信號外的雜散信號，造成我們測試結果的不穩定性，因此后期我們采購了抑制各種干擾帶外信號的濾波器，使信號發生器產生的干擾信號更加純粹，進而能夠更加科學的判定我們產品的抗干擾性能和抗干擾水平。