Wi-Fi产品抗干扰能力评估及测试方法分析

余强，侯永，朱余浩

（深圳市共进电子股份有限公司，广东深圳，518000）

0 引言

随着目前各种通信电子设备使用越来越广泛，而每种通信设备工作的无线频段可能也会越来越拥挤，因此各种通信设备之间的相互干扰导致的影响也相应的越来越显著。Wi-Fi接入产品是每家每户都必须使用的日常通用电子设备，为了满足无线上网要求，无论是PON接入产品、DSL接入产品或者是以太网接入产品都会直接集成Wi-Fi功能或者在次级接入Wi-Fi产品。Wi-Fi用户在使用手机终端或者无线笔记本终端上网冲浪过程中很有可能就会受到其他无线信号的干扰从而影响用户体验，甚至产品出现无法正常工作的情况。因此，在产品研发阶段就有必要针对主要存在的各种干扰源进行模拟测试，发现产品的实际抗干扰能力，从而针对性提高产品的实际抗干扰性能。

Wi-Fi产品的工作频段根据802.11b/g/a/n/ac/ax的标准共有两个频段，一个频段是2.4G频段，频谱范围是2400MHz ～2495MHz，一个频段是5G频段，频谱范围是5000MHz ～6000MHz。

而目前空间中还可能存在的主要无线通信信号可能有GSM、WCDMA、LTE等无线蜂窝网络，以及同2.4G频段同频段的蓝牙、Zigbee等，在欧洲等地可能还存在DECT无绳电话信号等。分析各种无线信号的频谱可以发现，与Wi-Fi两个频段可能会重叠或者接近的频段始终是2.4G频段部分，因此，我们只需要重点模拟外部信号对Wi-Fi 2.4G频段信号的干扰就可以满足大部分时候的需求。

1 理论分析

1.1 干扰评估过程

根据802.11标准，Wi-Fi产品设备采用一种叫载波监听的方式来判定信道是否空闲，从而避免数据冲突。也就是在发送数据之前，通过在物理层的空中接口进行载波监听，通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限值来判定信道是否空闲。当检测到802.11帧且接收强度低于-82dBm，视为介质空闲。当检测到非802.11帧且接收强度低于-62dBm，视为介质空闲。因此，接收机要有尽可能抑制干扰信号的能力，最好能够抑制到-62dBm以下就能够正常通信。本实验中会根据各个干扰源的工作频段尽可能模拟实际运行环境中可能出现的最大功率来考察产品的抗干扰能力。

1.2 最小接收灵敏度

根据802.11标准，各种模式各种带宽各种调制方式各种速率等级下的接收灵敏度并不相同，为了更好的检测产品的抗干扰能力，在Wi-Fi产品和Client端中间的信号强度需要尽可能减小到最低速率也就是产品工作最小接收灵敏度情况下的工作模式。根据本次实验中所选Wi-Fi产品实际的接收灵敏度能力，我们调整Wi-Fi产品和Client端中间的整体衰减使RSSI值等于-92dBm左右，使产品工作在11ax模式最低速率，能够更加明显的反应出外部干扰对产品的影响。

2 系统组成及分析

2.1 系统框图

如图1所示，DUT是本次实验中所使用的的11ax 3*3 AP产品，Wi-Fi Client同样是支持11ax 3*3的AP client产品。信号发生器能够模拟产生GSM信号、WCDMA信号、LTE信号、蓝牙、DECT、Zigbee等调制信号。信号发生器最大输出功率是20dBm,通过喇叭天线使信号最大能够到30dBm。图中喇叭天线离DUT 30cm位置，DUT离Wi-Fi client天线5米的距离，设置衰减大致为75dB左右。

图1 干扰实验测试系统框图

2.2 GSM干扰信号的测试结果

为模拟实际GSM手机信号对Wi-Fi产品的干扰，我们选择干扰信号的频点是1874.8MHz。

这个频点是手机上行的频点，也符合实际使用过程中的场景。Wi-Fi产品选择工作在第一信道，频点2412MHz,也就是最可能受到GSM信号干扰的信道。由于设置了较大衰减可以使Wi-Fi工作在最低速率。

此时信号发生器输出功率19dbm，天线增益 11dB；总体实现输出干扰功率30dBm。在PC1与PC2上测试吞吐量，结果如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况是否满足性能要求没有干扰 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入GSM干扰信号1784.8 18.171 Mbps 17.469 Mbps -3.39% 0.21% 满足

如表格所示说明了吞吐量在GSM信号加入干扰和没有干扰时的对比结果，可以发现吞吐量在正常的波动范围内，没有超出±10%的通常判定标准。

2.3 WCDMA干扰信号的测试结果

为模拟实际WCDMA手机信号对Wi-Fi产品的干扰，我们选择干扰信号的频点1977.4.8MHz。

同样是手机上行的频点，也符合实际使用过程中的场景。

Wi-Fi产品同样选择工作在第一信道，此时信号发生器输出功率13dbm，天线增益 11dB；总体实现输出干扰功率24dBm。在PC1与PC2上测试吞吐量，结果如下。

干扰信号干扰信号中心频点(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（中心频点2 4 1 2 M H z）接收上行吞吐量发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况是否满足性能要求

没有干扰 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入WCDMA干扰信号1784.8 17.853 Mbps 17.136 Mbps -1.58% 2.11% 满足

如表格所示说明了吞吐量在WCDMA信号加入干扰和没有干扰时的对比结果，可以发现吞吐量在正常的波动范围内，没有超出±10%的通常判定标准。

2.4 LTE干扰信号的测试结果

LTE的工作频率相比GSM、WCDMA来说有较多的工作频段，即可能高于2.4G频段，也可能低于2.4G频段，因此我们选择采用三个Band的工作频段进行测试。为模拟实际LTE手机信号对Wi-Fi产品的干扰，我们选择干扰信号的频段为Band3,Band 7 and Band 40。而且也要注意选择手机上行的频点。

当选择Band3频点1877.5MHz时，Wi-Fi产品需要设置最接近的第1信道进行测试，另外LTE可能工作在多种带宽，提高频谱利用效率，这里测试时我们选择最低带宽1.4MHz和最高带宽20MHz来评估，其他频点也需要类似设置。此时信号发生器输出功率19dbm，天线增益 11dB；总体实现输出干扰功率30dBm。在PC1与PC2上测试吞吐量，此时发现性能基本不受影响，结果如下。

干扰信号Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量干扰信号中心频点(MHz)是否满足性能要求没有发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况干扰 / 17.576 Mbps 17.505 Mbps / / /注入LTE干扰信号1877.5MHz(1.4M带宽)17.421 Mbps 17.548 Mbps -0.15% 0.85% 满足注入LTE干扰信号1877.5MHz(20M带宽)17.614 Mbps 17.657 Mbps -3.62%-1.17% 满足

当选择Band7频段2500MHz时，Wi-Fi产品需要设置为第13信道进行测试。此时信号发生器输出功率19dbm，天线增益11dB；总体实现输出干扰功率30dBm。在PC1与PC2上测试吞吐量，性能也同样基本不受影响，结果如下。

干扰信号是否满足性能要求没有干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH13 11ax 20M模式（中心频点2472MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况干扰 / 17.900 Mbps 17.882 Mbps / / /注入LTE干扰信号2502.5MHz(1.4M带宽)16.649 Mbps 16.791 Mbps 6.99% 6.10% 满足注入LTE干扰信号2502.5MHz(20M带宽)17.502 Mbps 17.273 Mbps -3.02%-2.11% 满足

当LTE工作在Band40频点2399.9MHz时，不可避免的和2.4G低信道重叠，因此会严重影响接收机的接收性能。实际测试过程中也验证了这一点，当信号发生器输出功率19dbm，天线增益11dB；总体实现输出干扰功率30dBm时，Wi-Fi产品已经不能正常收发数据。

当输出功率持续下降时能够发现Wi-Fi产品受到的干扰越来越小，产品的吞吐量性能逐渐正常。当LTE 1.4MHz时干扰功率下降到2dBm时，Wi-Fi产品信道1能够正常工作。当LTE 20MHz时干扰功率下降到-39dBm时，Wi-Fi产品信道1能够正常工作。具体数据如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量发送恶化情况接收恶化情况是否满足性能要求没有干扰 / 18.154 Mbps 18.227 Mbps / / /注入LTE为2dBm 2399.9MHz(1.4M带宽)17.78 Mbps 18.028 Mbps 2.06% 1.09% 满足注入LTE为-39dBm 2399.9MHz(20M带宽)18.124 Mbps 18.133 Mbps 0.17% 0.52% 满足

当LTE工作在Band40频点2399.9MHz时，当信号发生器输出功率19dbm，天线增益11dB；总体实现输出干扰功率30dBm时，哪个信道开始性能不会受到影响，通过不断改变Wi-Fi产品的工作信道，可以发现信道7能够正常工作。数据如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量是否满足性能要求没有接收恶化情况发送恶化情况干扰 / 17.88 Mbps 17.762 Mbps / / /注入LTE为30dBm 2399.9MHz(1.4M带宽)17.836 Mbps 17.794 Mbps 0.25% -0.18% 满足注入LTE为30dBm 2399.9MHz(20M带宽)17.595 Mbps 16.966 Mbps 0.32% 2.56% 满足

当Wi-Fi产品工作在信道1时，LTE工作在Band40哪个频点性能不会受到影响，通过不断改变信号发生器的工作频点，来找到信道1能够工作的频点。数据如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量发送恶化情况接收恶化情况是否满足性能要求没有干扰 / 18.154 Mbps 18.227 Mbps / / /注入LTE为30dBm 2385MHz(1.4M带宽)18.035 Mbps 17.969 Mbps 0.66% 1.42% 满足注入LTE为30dBm 2376MHz(20M带宽)18.038 Mbps 18.134 Mbps 0.64% 0.51% 满足

2.5 Zigbee干扰信号的测试结果

Zigbee的工作频率基本也和2.4G频段重叠，但是由于Zigbee本身工作的功率较低，产品受到外部Zigbee干扰的可能性较小。我们选择最接近2.4G频段的工作频点2405MHz，Wi-Fi产品设置最接近的第1信道进行测试，此时信号发生器输出功率-6dbm，天线增益 11dB；总体实现输出干扰功率5dBm。在PC1与PC2上测试吞吐量，结果如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量是否满足性能要求没有接收恶化情况发送恶化情况干扰 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /注入Zigbee干扰信号2405 16.496 Mbps 17.282 Mbps 7.17% -0.02% 满足

如表格所示吞吐量在Zigbee信号加入干扰和没有干扰时的吞吐量对比结果，可以发现吞吐量在正常的波动范围内，没有超出±10%的通常判定标准。

2.6 蓝牙干扰信号的测试结果

蓝牙的工作频率基本也和2.4G频段重叠，但是由于蓝牙本身是跳频工作机制，所以有可能在2.4G频段都会存在干扰。

我们采用两种测试方法，一种是使用信号发生器发生定频干扰进行测试。我们选择工作频点2402MHz和2480Mhz作为干扰频点，由于蓝牙设备基本和2.4G频段整个频段都重叠，因此Wi-Fi产品设置第7信道进行测试，结果如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况是否满足性能要求没有干扰 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /注入蓝牙干扰信号2402 18.133 Mbps 17.42 Mbps -2.04% -0.82% 满足注入蓝牙干扰信号2408 17.604 Mbps 17.879 Mbps 2.92% -2.63% 满足

如表格所示，只要蓝牙工作的频谱和Wi-Fi工作的频谱不重叠，可以发现吞吐量在正常的波动范围内，没有超出±10%的通常判定标准。

我们选择工作频点2402MHz作为干扰频点，Wi-Fi产品设置第1信道进行测试时无法正常进行测试，选择工作频点2480MHz作为干扰频点，Wi-Fi产品设置第13信道进行测试时无法正常进行测试，说明以上两种情况都受到了较大干扰。

为了更加模拟真实的蓝牙干扰情况，我们采用两台蓝牙手机进行数据交换时产生的辐射信号作为干扰源，两台蓝牙手机交换数据时离我们Wi-Fi产品30cm距离，会发现受到较大的影响，性能下降一半以上，数据如下。

干扰信号干扰信号中心频点(MHz)Wi-Fi工作在2.4G CH1 11ax 20M模式（中心频点2412MHz）接收上行吞吐量是否满足性能要求没有发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况干扰 / 17.771 Mbps 17.279 Mbps / / /蓝牙手机交换数据/ 8.455 Mbps 9.046 Mbps 52.42%47.65% 不满足

2.7 DECT干扰信号的测试结果

为模拟实际DECT电话信号对Wi-Fi产品的干扰，我们选择干扰信号的频点1897.344MHz，Wi-Fi产品选择工作在第一信道，频点2412MHz,此时信号发生器输出功率13dbm，天线增益 11dB；总体实现输出干扰功率24dBm。在PC1与PC2上测试吞吐量，结果如下。

干扰信号是否满足性能要求没有干扰信号中心频点(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（中心频点2 4 1 2 M H z）接收上行吞吐量发送下行吞吐量接收恶化情况发送恶化情况干扰 / 1 7.5 7 6 M b p s 1 7.5 0 5 M b p s / / /注入D E C T干扰信号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% 满足

如表格所示，吞吐量在DECT信号加入干扰和没有干扰时的吞吐量对比结果，可以发现，吞吐量在正常的波动范围内，没有超出±10%的通常判定标准。

3 结论

本文来自于作者在深圳市共进电子股份有限公司所从事的研发项目，通过模拟目前实际部署环境中可能遇到的实际干扰信号，分析出我们Wi-Fi产品可能会遇到的外部干扰源，改变以往只测试接收灵敏度的不直观的方法，采用实际测试性能的方法能够更加直观的发现我们产品的设计缺陷，同时能够真正的感受实际使用过程中的用户体验。实验过程我们也发现由于干扰源信号本身也可能会产生预期干扰信号外的杂散信号，造成我们测试结果的不稳定性，因此后期我们采购了抑制各种干扰带外信号的滤波器，使信号发生器产生的干扰信号更加纯粹，进而能够更加科学的判定我们产品的抗干扰性能和抗干扰水平。