影响WiFi体验的一般因素

转自:http://www.ituring.com.cn/article/260253

如果把一款无线AP产品看做一个黑盒,那么一旦它呈现在用户面前,消费者将对产品内部细节不再care,从用户角度讲,也没有必要。一般用户在拿到一款WiFi产品后,最关心的问题就是上网是否稳定:看电影是否流畅,下载资源是否快速,打游戏是否会卡顿。

首先,从专业的角度上讲,WiFi稳定性的衡量指标为吞吐量[Throughput],在项目研发阶段,这个指标是要进行量化的,R&D几乎大半的时间都在为优化这个指标而努力。那么影响wifi稳定性的因素到底有哪些呢?

这里我将从硬件层面和软件层面、环境因素来抽象出可能对吞吐量造成影响的具体因素。

硬件层面

1.发射功率。无线信号的发送能力大小,消费类AP和大功率AP的信号发送距离、穿墙功能也受到这个指标的影响。

2.误差向量幅度[EVM],这个指标衡量的是理论信号和实际信号发送的偏差向量幅度。以HT20模式为例,业界标准要求EVM做到-28dB。如果发射机的信号功率在20dBm,但是EVM只有-22dB,那么这个时候的用户体验是非常差的,这种情况下尽管你可以察觉到信号的强度很强,但是可能没法上网访问资源。

3.接收灵敏度,主要涉及到LNA的设计。接收机的性能往往决定了WiFi系统的最终覆盖范围,如果灵敏度恶化,会造成下行吞吐量性能下降。一般从系统的角度讲,如何提高wifi的接收灵敏度,是一个不小的挑战。

从设计的角度讲要考虑两个问题,本身板级的灵敏度性能,另一方面要考虑抗Noise干扰能力。常用的wifi设备上会考虑加屏蔽措施。

4.天线。天线的匹配、材质、增益、效率、场型会对性能带来影响。作为信号发送、接收的载体,需要重点关注的是天线的匹配[在频带范围内获得较好的谐振],增益和效率、隔离度。

5.噪声。包含板级底噪和环境噪声。香浓有噪信道编码定理告诉我们,一个优秀的通信系统一定要有较好的信噪比。如果板级底噪过高或者环境噪声过大,一般会对信号的传输产生较大影响。特别针对电源底噪和LNA的噪声做优化。

6.干扰。一般Du-band产品,2G和5G会互相干扰,需要在设计时做优化处理。BT-WIFI,LTE-WIFI,BT-LTE等共存的系统会造成互相干扰,需要从硬件或软件上采取措施。另外USB3.0也会对WiFi造成干扰。

7.元器件。射频系统里面的RF器件,一般选择国外村田厂牌,尽管国内有些厂牌可以替代,如果成本上没有太大的压力,一般尽量选择村田系列,质量有保证。

8.结构相关。这部分主要会和天线综合考虑。如果是内置或板载antenna,在天线仿真时需要将结构模型充分考虑进去,如果是外置天线,一般可以不太考虑。另外,结构材料会对散热带来影响。

9.散热性能。从各大IC厂家的芯片性能来看,MTK的WiFi方案有较大的优势,因为SOC集成了MTK手机芯片的低功耗架构,一般可以省掉散热材料的成本;BCM方案芯片发热较为严重,一般要加散热片,高通方案也类似。

特别是Repeater类产品,由于结构空间有限,散热技术是一个大难题,如果处理不当会严重影响wifi性能,甚至造成设备长时间运行后down机。

10.方案平台相关。一般涉及到CPU的内核数,主频,处理能力,Baseband等是否有做过优化处理。因为有的IC方案本身性能就很烂,再牛逼的马甲也干不过一颗龌蹉的"芯"。

11.设备终端性能受限。AP和用户终端的max performance不匹配,比如AP的性能是3T3R 11AC设备,而用户的笔记本还停留在802.11g时代,则实际使用时,速度永远也没法提升上去。

软件层面

1.驱动层。软件WiFi部分的驱动版本,patch的版本等。有些版本如果开启某些功能,比如netfilter,Hw nat ,repeater,这些参数开启可能会影响到TPT。

2.CPU的负载是否均衡,尤其是针对多核CPU,如果某些CPU处于高度Busy状态,某些出于free状态,大量的数据会被压在同一个CPU线程跑,也会对性能造成影响。

3.算法或有关配置选项等,LDPC,SGI,STBC等都会对性能有提升。带宽、调制模式等选择。

4.加密算法的选择。WEP,WPA,WPA2等加密技术对比open system下的Throughput 会有明显的下降。

5.AP工作模式的选择。AP模式和Client模式本质上没有太大区别,但是选择Repeater模式情况下,整个无线链路的上行、下行速度会受到影响。

6.信道的干扰。以802.11n为例,只有3,6,11这三个信道是互不重叠的,如果周围的设备全部选择这3个信道中的一个,则会造成信道内资源抢占和阻塞。如果选择邻信道,由于频谱有交叉成分,则会造成一定干扰。所以,“避开信道”也是一种提升性能的手段。

7.软件的封包调度策略,比如:高负荷时就阻塞,改成高负荷时丢包对吞吐量有提升。

8.系统资源调用。CPU过多的调用无用资源或请求会造成处理效率低下,软件应该尽量裁剪不需要功能模块。

9.平台兼容性。不同的方案平台对设备的兼容效果会不一样。

10.认证层面。不同国家的设备对功率部分会做不同级别的限制。

11.VPN对网速的影响等。如果AP里面使用了VPN功能,节点分布在海外,可能会使国内的网络访问速度降低。

环境因素

1.AP的摆放位置。尽量选择在中心地带摆放,因为受多径衰落和遮挡物的影响,信号的传输一般是通过绕射的方式进行。如果将AP摆放在信号死角,那么体验必然很糟糕。

2.正视遮挡物的存在。木板墙、承重墙、玻璃墙、天花板等对信号的穿透会造成不同等级的衰减。特别是5G产品,非视距传输下的衰减程度更厉害,对外界noise比较敏感。

3.气候环境。一般在下雨天,空气成分中的颗粒杂质会较多,信号的多径衰落会比较明显。

4.网络带宽的限制。国内基本上还停留在100M光钎或10M DSL时代,这个会严重影响用户体验,特别是针对4K,1080等高清视频资源访问有明显的影响。

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