智能音響中WiFi 性能測(cè)試的測(cè)試方案

侯建路

（英華達(dá)（上海）科技有限公司，上海 201114）

0 引言

Wi-Fi 測(cè)試架構(gòu)包括SA 及FA Wi-Fi 測(cè)試，即板端的及整機(jī)的Wi-Fi 測(cè)試，兩者有不同測(cè)試方案。測(cè)試儀器一般選擇IQxel-M6 或者M(jìn)8。當(dāng)SMT 打好板子以后，通過(guò)了CPU 的測(cè)試，接下來(lái)就是射頻的測(cè)試，測(cè)試之前需要加上屏蔽蓋，進(jìn)行SA Wi-Fi 的測(cè)試；完成后進(jìn)行上殼、響體等機(jī)構(gòu)件的組裝，接下來(lái)就是FA Wi-Fi 的測(cè)試，此性能直接關(guān)系到用戶(hù)的體驗(yàn)感受。

1 SA Wi-Fi 的測(cè)試方案

1.1 測(cè)試主要的信道選擇

IEEE 802.11b/g 標(biāo)準(zhǔn)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(gè)信道，在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，不可能對(duì)所有的信道進(jìn)行測(cè)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(gè)信道，既保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性，同時(shí)也確保這三個(gè)信道之間沒(méi)有干擾，如圖1 所示。

1.2 測(cè)試硬件

測(cè)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(yīng)器（N6700C&N6734B）、SMA cable（射頻線）、功分器（型號(hào)為5-Way Power Divider 2-8GHz）、衰減器（Attenuator 6 dB）、掃描槍?zhuān)⊿canner，用于讀取待測(cè)品條碼）、工業(yè)級(jí)別的電腦（PC，使用網(wǎng)線與CPU 通信；同時(shí)用USB 接口控制電源控制器；使用串口（RS232）控制測(cè)試項(xiàng)目）、數(shù)據(jù)采集器（Measurement Computing DAQ Unit USB-201）、Network HUB（NETGEAR GS105），圖2 是硬件架構(gòu)。

表1 信道與頻率對(duì)照表

1.3 測(cè)試基于的軟件

測(cè)試環(huán)境的搭建以NI 的TestStand 和Labview 為基礎(chǔ)，并利用萊特波特的無(wú)線測(cè)試儀器對(duì)待測(cè)試的機(jī)器的WiFi 性能進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試項(xiàng)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(duì)應(yīng)的各個(gè)頻段

圖2 SA WiFi 測(cè)試的硬件架構(gòu)

1.4 校 準(zhǔn)

需要把測(cè)試過(guò)程中用到的射頻線的Path_loss（路徑損耗）補(bǔ)償?shù)桨遄由?，以保證校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

校準(zhǔn)用到的是安捷倫的網(wǎng)絡(luò)分析儀。

校準(zhǔn)的步驟如下：

（1）用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)，首先是網(wǎng)絡(luò)分析儀的自校準(zhǔn)；

（2）測(cè)量從儀器端的射頻端口到測(cè)試探針的path_loss（路徑損耗）；

（3）在量測(cè)path_loss（路徑損耗）過(guò)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(cè)試4個(gè)信道（Channel），5G測(cè)試4個(gè)信道（Channel），2.4G（2412，2437，2462，2472）每個(gè)信道（Channel）之間盡量保證在1.5 dB 的差異以?xún)?nèi)，5G（5180，5320，5600，5825）保證在3 dB 的差異以?xún)?nèi)，如表2 所示。

表2 4 個(gè)Chains（通道）的Pathloss（路徑損耗）

1.5 收集測(cè)試數(shù)據(jù)和定義測(cè)試項(xiàng)目的limits（界限）

（1）把校準(zhǔn)好的path_loss（路徑損耗）保存到本地的配置文檔，以便于測(cè)試程式運(yùn)行時(shí)調(diào)用。

（2）獲取50 臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)并對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的正太分布圖，看數(shù)據(jù)的分布是否集中，如果接近標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)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(jù)這50 臺(tái)的測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定義初始的limits（界限），如果數(shù)據(jù)的正太分布比較分散，則需要重新校準(zhǔn)，直到數(shù)據(jù)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(cè)試數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的正太分布情況，如果接近正太分布，則可以根據(jù)這500 臺(tái)的測(cè)試數(shù)據(jù)定義最終每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的limits（界限）。

2 FA 測(cè)試的方案

SA 測(cè)試完成后，開(kāi)始整機(jī)的組裝，在組裝好上殼、箱體、喇叭、網(wǎng)罩及天線等部件以后，接著就是進(jìn)行FA Wi-Fi 測(cè)試。

2.1 測(cè)試原理及硬件架構(gòu)

同樣FA 測(cè)試也為相對(duì)測(cè)試，將在SA 挑選出來(lái)的一部分樣機(jī)組裝到整機(jī)，本文所談智能音響，整機(jī)加上了鐵網(wǎng)和外殼等。使用和SA 相同的軟件測(cè)試環(huán)境Teststand，利用IQ-xel 作為測(cè)試的主要儀器評(píng)定射頻的RX/TX 的性能。這樣就能把天線的組裝不良，SAWiFi 網(wǎng)卡單體的不良都能測(cè)試出來(lái)。

圖3 為FA 測(cè)試的硬件架構(gòu)圖。

2.2 硬件架設(shè)注意事項(xiàng)

（1）固定Shielding box（屏蔽箱）內(nèi)測(cè)試天線位置。

（2）固定DUT Holder（待測(cè)機(jī)器的夾具）的位置（需要找到一個(gè)對(duì)于所有信道平坦度都相差不大的位置）。

（3）用熱熔膠槍?zhuān)烟炀€和DUT holder(待測(cè)機(jī)器的夾具)都固定死，防止作業(yè)員在測(cè)試時(shí)誤觸碰到影響測(cè)試結(jié)果。

（4）在連接整個(gè)硬件過(guò)程中需要特別注意設(shè)定每個(gè)DUT（待測(cè)機(jī)器）網(wǎng)絡(luò)端口IP，每個(gè)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(cè)試參數(shù)的選擇

FA 的測(cè)試和SA 的測(cè)試略有不同，主要增加了BT的功能，主要測(cè)試項(xiàng)目包括發(fā)送和接收兩部分，發(fā)送的測(cè)試項(xiàng)目如下：

（1）發(fā)射電平功率；

（2）發(fā)射頻普掩模；

（3）中心頻率容限；

（4）碼片時(shí)鐘頻率容限；

（5）發(fā)射加電和掉電坡度；

（6）RF 載波抑制；

（7）發(fā)射調(diào)制精確度。

接收的測(cè)試項(xiàng)目如下：

圖3 FA WiFi 測(cè)試的硬件架構(gòu)

（1）最小輸入電平靈敏度；

（2）最大輸入電平；

（3）相鄰?fù)ǖ酪种疲?/p>

（4）BLE（藍(lán)牙）（2412，2437，2472）靈敏度的測(cè)試[4]。

這些測(cè)試項(xiàng)目都是行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試完成后還會(huì)對(duì)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目做GRR（隨機(jī)誤差），當(dāng)GRR（隨機(jī)誤差）小于10%，測(cè)量觀測(cè)值的變差中，由于測(cè)量過(guò)程導(dǎo)致的變差可以忽略，代表測(cè)量得到的數(shù)值可以用于數(shù)據(jù)分析。

2.4 校 準(zhǔn)

用挑選好的樣機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)：

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

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

（3）如果選擇的衰減不能滿(mǎn)足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（發(fā)射功率在3～11 dBm，速率在0～7 Mb/s，則必須要重新調(diào)整待測(cè)機(jī)器的擺放位置和測(cè)試天線的位置。

（4）校準(zhǔn)完成后，得到一個(gè)power_table(功率表)。

2.5 收集測(cè)試數(shù)據(jù)和定義測(cè)試項(xiàng)目的limits（界限）

（1）把校準(zhǔn)好的power_table(功率表)保存到本地的配置文檔，以便于測(cè)試程式運(yùn)行時(shí)調(diào)用。

（2）獲取50 臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)并對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的正太分布圖，看數(shù)據(jù)的分布是否集中，如果接近標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)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(jù)這50 臺(tái)的測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定義初始的limits（界限），如果數(shù)據(jù)的正太分布比較分散，則需要重新校準(zhǔn)，直到數(shù)據(jù)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(cè)試數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的正太分布情況，如果接近正太分布，則可以根據(jù)這500 臺(tái)的測(cè)試數(shù)據(jù)定義最終每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的limits（界限）。

3 結(jié)論

本文針對(duì)智能音響上WiFi 測(cè)試，總結(jié)了生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試方案，所涉及的測(cè)試原理對(duì)不同領(lǐng)域的其他的產(chǎn)品也是很好的借鑒。