智能家電的Wi-Fi射頻性能測試方法分析

蔡建宇 董三碧 劉泳海 莫賢標

（威凱（深圳）檢測技術有限公司 深圳 518000）

1 概述

1.1 智能家電的定義及其射頻性能檢測的必要性

《智能家電通用技術要求》[1]中對智能家電提出兩個要求：①能為用戶帶來新的感受和體驗，這種新的感受和體驗，是用戶使用非智能產品所不可能或難以獲得的；②應使用戶更加省心、省時、省力、節省成本達到某些目的，或更容易的使其替代人類完成某些人類不易完成或不可能完成的任務。也有人認為智能家電是將傳感器技術、數字化技術、計算機技術和網絡通信技術應用于傳統家電產品，使家電設備具備交互智能化和網絡通信功能。本文中的智能家電專指應用了Wi-Fi無線通信技術，具有遠程控制功能的智能家電產品。

近年來，隨著信息技術水平的不斷提高以及消費者對高品質生活的日益增長的需求，智能家電如智能電視機、智能冰箱、智能洗衣機、智能電飯煲等逐漸進入千家萬戶。消費者在使用智能電視機、智能洗衣機、智能電飯煲過程中，產品的無線接收、無線接收的性能優劣直接影響消費者的使用體驗。如果產品的無線傳輸、無線接收的性能較差，會出現影視加載緩慢、遠程控制命令失敗等問題，造成使用故障，導致消費者對產品滿意度低，投訴率高。同時，由于各個消費者的房屋結構不一以及智能家電放置的位置也不盡相同，智能家電的基本屬性——遠程控制將受到嚴峻考驗。因此，對智能家電無線傳輸、無線接收的性能進行測試顯得格外重要，測試項目有總全向輻射功率、總全向輻射靈敏度和吞吐量。

1.2 OTA的定義及其檢測項目

OTA（Over the Air），空口測試，即在OTA暗室中，待測物通過電磁波在空氣中傳輸，與測試儀器建立連接，從而完成無線性能的測試。

OTA暗室包括全電波暗室、混響室。OTA全電波暗室根據定位系統分為：OTA組合軸全電波暗室，OTA分布軸全電波暗室。本文所中OTA暗室一般特指OTA組合軸全電波暗室。

在OTA暗室可以進行無源測試、有源測試和吞吐量測試。無源測試是測算天線的增益、效率和方法系數。有源測試項目包括總全向輻射功率和總全向輻射靈敏度。總全向輻射功率（Total Isotropic Radiated Power）是指整機在空間三維球面上的射頻輻射功率的積分值，反映了整機在所有方向上的輻射特性。功率反映了Wi-Fi信號的強弱，功率越大，信號越強，覆蓋的范圍越廣。總全向輻射靈敏度（Total Isotropic Radiated Sensitivity）是指整機在空間三維球面上的接收靈敏度的積分值，反映了整機在所有方向上的接收特性。接收靈敏度反映了Wi-Fi接收質量的優劣，接收靈敏度的絕對值越大，接收弱信號的能力越優秀。

空間射頻測試方法較接近產品實際使用場景，可以驗證產品內部輻射干擾、產品結構、天線的因素、射頻芯片收發算法對其射頻性能的影響，因此本文研究在OTA暗室中Wi-Fi射頻性能的測試方法。

2 Wi-Fi射頻性能測試標準

2.1 主要標準

國內標準：YD/T2193《移動用戶終端無線局域網空間射頻輻射功率和接收機性能測量方法》[3]。國外標準：《Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi? Mobile Converged Devices V2.2.1》[4]。

2.2 OTA暗室要求

《Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi?Mobile Converged Devices V2.2.1》[4]中明確提出2.4 G Wi-Fi和5GWi-Fi的最小測量距離要滿足LTE Band41，Band46的最小測量距離要求，靜區紋波測試應測試（2 450±1）MHz及（5 500±1）MHz這兩個頻點。

2.3 測試儀表參數配置

《移動用戶終端無線局域網空間射頻輻射功率和接收機性能測量方法》[3]中規定按照表1參數，對測試儀表進行配置，測試TIRP時，允許使用ACK或ICMP中任一種方式測試。《Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi? Mobile Converged Devices V2.2.1》[4]規定按照表2參數，對測試儀表進行配置。僅當待測物不支持ICMP時，才允許使用ACK方式測試。

表1 YD/T 2193儀表參數配置

表2 CTIA Wi-Fi 儀表參數配置

2.4 待測物配置

《移動用戶終端無線局域網空間射頻輻射功率和接收機性能測量方法》[3]中提出4點要求：①關閉Wi-Fi搜索功能；②如果可行，關閉省電模式；③當信號降低至待測物與測試儀表斷開連接時，待測物應嘗試與測試儀表重新連接④如果可行，關閉藍牙功能。

《Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi?Mobile Converged Devices V2.2.1》[4]中待測物配置的4點要求分別為：①關閉Wi-Fi搜索功能；②如果可行，關閉省電模式；③如果可行，關閉藍牙功能；④除非測試減敏性能，否則應關閉待測物的蜂窩模塊。

2.5 總全向輻射功率測試要求

《移動用戶終端無線局域網空間射頻輻射功率和接收機性能測量方法》[3]中規定需按照表3所示，測試指定頻率和速率下待測物的總全向輻射功率；按照表4所示，測試指定頻率和速率下待測物的單點輻射功率。設置單點位置，使之與最近頻點總全向輻射功率結果中的最佳輻射功率測量點相同。《Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi? Mobile Converged Devices V2.2.1》[4]規定按照表5，測試指定頻率和速率下待測試物的TIRP。Performance Evaluation of Wi-Fi? Mobile Converged Devices V2.2.1》[4]規定按照表8，測試指定頻率和速率下待測試物的TIRS。

表3 YD/T 2193 TRP測試信道

表4 YD/T 2193 TRP單點測試信道

表5 CTIA Wi-Fi TRP測試信道

2.6 總全向輻射靈敏度測試要求

《移動用戶終端無線局域網空間射頻輻射功率和接收機性能測量方法》[3]中規定需按照表6所示，測試指定頻率和速率下待測物的總全向輻射靈敏度；按照表7所示，測試指定頻率和速率下待測物的單點接收靈敏度。設置單點位置，使之與最近頻點總全向輻射靈敏度結果中的最佳接收靈敏度測量點相同。《Test Plan for RF

表6 YD/T 2193 TIS測試信道

表7 YD/T 2193 TIS單點測試信道

表8 CTIA Wi-Fi TIS測試信道

3 智能家電Wi-Fi射頻性能測試步驟

3.1 總全向輻射功率測試 TIRP

1）測試布置

智能家電在OTA暗室中按照自由空間放置，其三維幾何中心應與靜區中心對齊，所用測試夾具應能固定待測物。智能家電應分別在典型工作狀態下進行測試。若由于OTA暗室環境限制，智能家電應盡可能保持最完備功能狀態或模擬典型工作狀態。

2）測試配置

關閉智能家電的Wi-Fi搜索模式、省電模式、藍牙功能、蜂窩模塊。如果智能家電支持ICMP，那么總全向輻射功率應在ICMP模式進行測試，否則在ACK模式下測試。

3）測試步驟

智能家電的輻射發射特性是通過測量其周圍不同球面位置的輻射功率數值計算得出的。通過分析采樣球面上各個采集點的輻射功率數據，經過計算得到家電產品的有效輻射功率，從而獲得智能家電的空間三維輻射功率特性。

設置測量儀器的衰減；設置接收端的衰減；設置測量儀器在指定信道、調制方式、數據速率下發射信號；智能家電產品與測量儀器建立連接；測量儀器以指定的發包方式向智能家電發包；智能家電回復環回數據包；測量儀器對返回數據包進行測量，得出功率；轉換測量點，重復測試流程。

在球坐標的Theta軸和Phi軸分別間隔15°取一個測量點，在Theta=0°和Theta=180°不用測試，每個極化方向共計測試264個點，將每個點采集到數據通過以下公式計算，便可以得出智能家電的總全向輻射功率。

4）測試結果

測試結果按照如表9格式進行記錄，并保存其3D圖形。

表9 TRP記錄表

5）性能改進

智能家電在待機模式下按照1），2），3）步驟測試TIRP，將測試結果與典型工作模式下的TIRP進行比較，分析差異產生的原因，減小工作電路對TIRP的影響。

3.2 總全向輻射靈敏度測試 TIRS

1）測試布置

智能家電在OTA暗室中按照自由空間放置，其三維幾何中心應與靜區中心對齊，所用測試夾具應能固定待測物。智能家電應分別在典型工作狀態下進行測試。若由于OTA暗室環境限制，智能家電應盡可能保持最完備功能狀態或模擬典型工作狀態。

2）測試配置

關閉智能家電的Wi-Fi搜索模式、省電模式、藍牙功能、蜂窩模塊。總全向輻射靈敏度在ACK模式下下測試。

3）測試步驟

智能家電的輻射接收性能是測試其周圍不同球面位置的接收靈敏度數值得出的。通過分析采樣球面上各個采集點的接收靈敏度數據，計算其有效接收靈敏度，從而獲得智能家電的空間三維輻射接收特性。

設置測量儀器的衰減；設置接收端的衰減；設置測量儀器在指定信道、調制方式、數據速率下發射信號；智能家電產品與測量儀器建立連接；測量儀器以指定的發包方式向智能家電發包；智能家電收到數據包后回復ACK給測量儀器；測量儀器計算誤包率；增加測量儀器的衰減值，直至增加的衰減值使得誤包率將至90 %以下；轉換測量點，重復測試流程。

在球坐標的Theta軸和Phi軸分別間隔30 °取一個測量點，在Theta= 0 °和Theta=180 °不用測試，每個極化方向共計測試90個點，將每個點采集到數據通過以下公式計算，便可以得出智能家電的總全向輻射靈敏度。

4）測試結果

測試結果按照如表10格式進行記錄，并保存其3D圖形。

表10 TIS記錄表

5）性能改進

智能家電在待機模式下按照1），2），3）步驟測試TIRS，將測試結果與典型工作模式下的TIRS進行比較，分析差異產生的原因，減小工作電路對TIRS的影響。

4 結語

目前，智能家電僅將Wi-Fi傳導射頻測試納入國內市場準入測試要求，相較于空間射頻測試方法，傳導射頻測試更多是評估無線模塊的性能，并不能反映智能家電在實際工作中的射頻性能。采用本文提出的在OTA暗室中測試智能家電Wi-Fi的射頻性能的方法，可以模擬智能家電工作環境，有效評估產品結構、天線位置、內部電路輻射對Wi-Fi射頻性能的影響，根據其測試結果，可以為家電廠商對產品的改造升級提供思路并加以驗證。隨著更多智能無線通信產品進入居家環境，各設備間的無線共存干擾將對智能家電產品的射頻性能提出更高要求，在智能家電產品投入市場前，對其進行空間射頻性能測試將比以往任何時候更加重要。