引言

近年來，隨著國產(chǎn)手機(jī)品牌在國內(nèi)國際市場的強(qiáng)勢崛起，智能手機(jī)領(lǐng)域的競爭進(jìn)入了白熱化。但由于芯片和硬件技術(shù)的成熟，手機(jī)功能越來越趨同，性能參數(shù)也越來越相似，手機(jī)品牌間的差異化越來越難。與此同時(shí)，新特性和跑分參數(shù)容易給消費(fèi)者造成審美疲勞。因此，消費(fèi)者越來越看重手機(jī)的用戶體驗(yàn)，穩(wěn)定性和耐久性。因此，能否持續(xù)提供最佳的用戶體驗(yàn)和信得過的品質(zhì)，成為手機(jī)品牌未來能否成功的關(guān)鍵。

今天的智能手機(jī)已經(jīng)不再是簡單的通訊工具，而是一個讓人們能夠隨時(shí)隨地聯(lián)網(wǎng)，工作和娛樂的個人計(jì)算平臺——而互聯(lián)網(wǎng)連接，是工作和娛樂的基礎(chǔ)。目前手機(jī)上提供網(wǎng)絡(luò)連接的有兩大技術(shù)，一是從伴隨著手機(jī)誕生的蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)，二是在稍晚出現(xiàn)但飛速發(fā)展的IEEE802.11無線局域網(wǎng)——更多的以WiFi這個名稱為人熟知。802.11技術(shù)工作在非授權(quán)頻段，具有成本低，速率高，部署簡單，覆蓋廣的特點(diǎn)。在家庭，商場，酒店，企業(yè)內(nèi)部，公共設(shè)施等場合都是用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的首選方式。 根據(jù)運(yùn)營商統(tǒng)計(jì)，無論在數(shù)據(jù)量上，還是在使用時(shí)間上手機(jī)WiFi都大大超過了移動通信。

圖1. 手機(jī)用戶移動網(wǎng)絡(luò)和WiFi使用比例

由于WiFi部件承載了智能手機(jī)用戶最多的數(shù)據(jù)流量和使用時(shí)間，WiFi部件的性能與質(zhì)量很大程度地影響著用戶的使用體驗(yàn)。然而今天，由于部分手機(jī)品牌對WiFi部件質(zhì)量不夠重視，造成了手機(jī)用戶體驗(yàn)下降和品牌認(rèn)可度降低。其中，WiFi信號弱，上網(wǎng)速度慢， 延遲高等幾大問題受到較多的用戶投訴，給這些手機(jī)品牌的形象帶來了負(fù)面影響。因此，如何提高手機(jī)WiFi的質(zhì)量成為各個廠商亟待重視的問題。本文將嘗試從技術(shù)角度，分析產(chǎn)生以上手機(jī)WiFi質(zhì)量問題的深層次原因及應(yīng)對方法，并揭示完整的WiFi測試對于智能手機(jī)的重要性。

一、信號差

通過查看手機(jī)屏幕上方的WiFi圖標(biāo)，用戶可以直接了解到當(dāng)前WiFi信號的強(qiáng)弱。有時(shí)候兩個不同品牌的手機(jī)明明在相同的位置，顯示的信號格數(shù)卻不同，于是用戶就會抱怨信號格數(shù)少的手機(jī)的WiFi信號差。這與手機(jī)WiFi接收機(jī)的性能有關(guān)。WiFi部件在與路由器連接狀態(tài)下，射頻接收機(jī)會定期測量AP發(fā)出的廣播數(shù)據(jù)包，算出RSSI值（接收信號強(qiáng)度指示標(biāo)識）。再根據(jù)RSSI值的大小，在操作系統(tǒng)上顯示出信號的強(qiáng)弱。正常情況下，手機(jī)距離路由器越近，RSSI值越高，表示接收到的WiFi信號越強(qiáng)；手機(jī)距離路由器越遠(yuǎn)，RSSI越低，表示W(wǎng)iFi信號越弱。

經(jīng)過校準(zhǔn)和測試過的手機(jī)，測量得到的RSSI值和信號格數(shù)與真實(shí)的接收信號強(qiáng)度一致，對下行信號的接收性能也比較好。而沒有接受過校準(zhǔn)測試的手機(jī)，RSSI值和信號格數(shù)與真實(shí)的接收信號不一致，對下行信號的接收性能較差 。因此沒有進(jìn)行接收機(jī)校準(zhǔn)測試的手機(jī)WiFi不僅顯示信號弱，而且上網(wǎng)速度和工作的范圍都要差于經(jīng)過校準(zhǔn)測試的手機(jī)。往往在正常手機(jī)能夠接收到WiFi信號的地方已經(jīng)顯示沒有信號了，用戶體驗(yàn)不佳。

另一種情況，有時(shí)候用戶手機(jī)上明明能看見WiFi信號在一格以上，實(shí)際的上網(wǎng)速度卻非常慢，甚至形同斷網(wǎng)，用戶體驗(yàn)受到嚴(yán)重影響。手機(jī)顯示有信號說明接收機(jī)沒有問題，那么問題出在哪兒？問題出在手機(jī)的發(fā)射機(jī)功率上。對手機(jī)來說發(fā)射機(jī)功率非常重要——發(fā)射功率過高，會使手機(jī)耗電過快，需要頻繁充電。而發(fā)射功率過低，會使上行信號經(jīng)過路徑衰減后無法正常抵達(dá)路由器的接收天線，從而降低了手機(jī)的實(shí)際工作范圍。因此，在手機(jī)生產(chǎn)制造過程中我們需要對WiFi發(fā)射功率進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和測試，以確保發(fā)射功率的準(zhǔn)確性。

由于無線通信是雙向的，通過在生產(chǎn)制造過程中對手機(jī)WiFi發(fā)射功率和接收機(jī)靈敏度進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和測試，我們可以確保手機(jī)的上行鏈路和下行鏈路在最大工作范圍內(nèi)保持匹配，而不會出現(xiàn)其中之一拖后腿的情況。

圖2：手機(jī)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)校準(zhǔn)測試的影響

第三種情況，由于WiFi主要工作在非授權(quán)頻段，頻譜比較擁擠，所以有經(jīng)驗(yàn)的用戶常常會選擇將路由器切換到干擾較小的頻點(diǎn)。但當(dāng)用戶手機(jī)使用不同頻點(diǎn)接入路由器時(shí)，有時(shí)會發(fā)現(xiàn)信號強(qiáng)度和上網(wǎng)速率會有明顯下降。這是因?yàn)閃iFi工作在兩個主要頻段，2.4GHz和5GHz。每個頻段都細(xì)分為多個頻點(diǎn)，如2.4GHz頻段就有從2412MHz到2484MHz的14個可用頻點(diǎn)，而5GHz頻段由于帶寬更寬，則有分布在5180MHz到5825MHz范圍內(nèi)的24個頻點(diǎn)。對手機(jī)WiFi部件來說，不同頻段的不同頻點(diǎn)的射頻性能表現(xiàn)會有很大不同。因此在生產(chǎn)測試過程中時(shí)，應(yīng)該對這兩個頻段內(nèi)的多個頻點(diǎn)依次進(jìn)行校準(zhǔn)和測試，從而保證手機(jī)出廠后在2.4GHz和5GHz的所有頻點(diǎn)都能夠正常工作。

二、上網(wǎng)速度不夠快

接下來我們討論上網(wǎng)速度。WiFi作為一種無線局域網(wǎng)技術(shù)，比蜂窩移動通信覆蓋范圍小，終端位置不變或只有低速移動。所以WiFi信號所處無線信道的頻率選擇性和空間正交性都要優(yōu)于廣覆蓋的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。因此WiFi可以更好的利用高帶寬和多天線技術(shù)的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)大幅度的速率提升。目前市場主流的802.11ac Wave 2產(chǎn)品已經(jīng)能支持高達(dá)160MHz帶寬以及MU-MIMO多用戶技術(shù)。以高通的驍龍835/836移動平臺為例，它支持802.11ac 2x2 MU-MIMO，吞吐率比前代產(chǎn)品提升一倍以上。而未來的手機(jī)移動平臺將會支持更高的帶寬和更多的MIMO天線數(shù)。

然而，如果在生產(chǎn)制造過程中忽略了對這些新的特性進(jìn)行測試，很可能導(dǎo)致產(chǎn)品在實(shí)際使用中出現(xiàn)上網(wǎng)速度慢的問題。例如：很多早期的測試儀表只支持80MHz或40MHz以下帶寬信號的生成和解調(diào)，導(dǎo)致在生產(chǎn)測試中部分高速率模式?jīng)]能得到測試，因此我們無法得知產(chǎn)品在高速率模式下是否存在質(zhì)量問題，產(chǎn)品上市后將存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。雖然一些廠家采取了頻譜拼接的方法去獲得手機(jī)射頻模塊的發(fā)射機(jī)測試結(jié)果。但由于采用了非實(shí)時(shí)采樣（分多次抓?。?，這樣的結(jié)果無法最準(zhǔn)確反映信號的真實(shí)特性，存在一定程度的誤差。而LitePoint最新一代的無線通信測試儀IQXel-MW支持160MHz的信號解調(diào)和產(chǎn)生，可以對這些高速率模式進(jìn)行完整準(zhǔn)確的測試。

而對MIMO的測試也存在相似的問題，由于早期的儀表大多只含有一套VSA/VSG組合，因此同一時(shí)間只能對一條射頻鏈路進(jìn)行驗(yàn)證。對于支持MIMO的手機(jī)，只能采用分時(shí)切換的方式對每一條射頻鏈路依次驗(yàn)證。采用這種做法的廠家無法得知DUT工作在MIMO模式時(shí)的真實(shí)性能表現(xiàn)。而IQXel-MW通過配置能夠支持最多4~8路MIMO通道同時(shí)測試，因此能夠支持MIMO場景下的手機(jī)射頻鏈路性能測試。

圖3.不同帶寬和MIMO天線數(shù)的組合

三、延時(shí)大

一些新的熱門互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用比如在線游戲，由于其實(shí)時(shí)性和交互性，對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的要求很高。時(shí)延越低，游戲體驗(yàn)越好，時(shí)延越高，游戲體驗(yàn)越差，甚至無法正常游戲。因此時(shí)延是我們評估智能手機(jī)聯(lián)網(wǎng)性能的一個重要指標(biāo)。造成時(shí)延的原因有很多。由于IEEE802.11是工作在TCP/IP協(xié)議之下的MAC層和物理層協(xié)議，采用了CSMA/CD的沖突避免機(jī)制。因此，WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延主要是由于手機(jī)信號質(zhì)量不佳或者來自于其他WiFi設(shè)備的干擾引起多次重傳造成的。而手機(jī)的接收機(jī)性能不好也會導(dǎo)致下行的重傳增多。

我們評估手機(jī)WiFi發(fā)射信號質(zhì)量的主要指標(biāo)是EVM，即誤差適量幅度。EVM反映了手機(jī)發(fā)射機(jī)信號IQ調(diào)制偏離理想值的程度。EVM越高，信號質(zhì)量越差，再經(jīng)過無線信道的衰減之后，路由器接收機(jī)就很難正常解調(diào)該信號，造成丟包和重傳，從而延長了傳輸延時(shí)。因此我們期望在手機(jī)發(fā)射端的信號質(zhì)量應(yīng)該盡可能好，這樣才能保證傳輸?shù)姆€(wěn)定和低延時(shí)。在手機(jī)生產(chǎn)制造過程中，我們使用測試儀表的VSA（矢量信號分析儀）對手機(jī)發(fā)射機(jī)發(fā)出的射頻信號進(jìn)行解調(diào)分析，計(jì)算得出EVM值。

由于EVM值反映的是射頻鏈路的噪聲性能，因此如果測試儀表的底噪過高，就會疊加到被測信號而影響EVM測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。一般來說，儀表的底噪要低于EVM規(guī)范要求的10dB左右。例如，11ac 256QAM信號的EVM要求不能高于-32dB，VSA的底噪需要低于-42dB才能夠得到相對準(zhǔn)確的EVM測量結(jié)果。而下一代的802.11ax標(biāo)準(zhǔn)要求支持1024QAM的調(diào)制，EVM要求達(dá)到了-35dB。目前LitePoint IQXel-MW的EVM指標(biāo)達(dá)到了-48dB，相對于11ax的要求有13dB以上的余量，因此能夠精確測量這些高階調(diào)制信號的EVM值。除了EVM以外，頻率誤差和符號時(shí)鐘誤差也是衡量手機(jī)WiFi信號質(zhì)量的重要指標(biāo)，需要使用測試儀表對這兩個指標(biāo)進(jìn)行測試。

圖4. 不同調(diào)制階數(shù)的EVM指標(biāo)要求

手機(jī)之間WiFi信號互相干擾的一個重要原因是相鄰信道之間的干擾。這項(xiàng)干擾主要是由于鄰信道泄露造成，鄰信道泄露比（ACLR）反映了手機(jī)發(fā)射機(jī)信號泄露到相鄰信道的能量比例。這個比例越高，對其他頻點(diǎn)工作中的手機(jī)信號干擾越大。如果手機(jī)的鄰信道抑制不佳，則對環(huán)境造成的干擾會很大，整個網(wǎng)絡(luò)的重傳就會因此增多，造成延時(shí)增加和吞吐率下降。在802.11標(biāo)準(zhǔn)中，主要是通過頻譜發(fā)射模板（Transmit Spectral Mask）來對手機(jī)信號的頻譜性能進(jìn)行評估。我們需要通過測試設(shè)備的頻譜發(fā)射模板測試功能來對手機(jī)的這個指標(biāo)進(jìn)行評估，以保證產(chǎn)品在實(shí)際工作中盡量減少對相鄰信道的干擾。

手機(jī)的接收機(jī)性能對時(shí)延來說也非常重要，一個良好的接收機(jī)能夠正確接收對方發(fā)出的數(shù)據(jù)包。如果接收失敗，則會造成重傳以及數(shù)據(jù)速率下降。從而產(chǎn)生較大的時(shí)延。評估接收機(jī)性能的方法主要是由測試儀表的VSG（矢量信號發(fā)生器）發(fā)出不同MCS（調(diào)制編碼方案）的WiFi標(biāo)準(zhǔn)信號，通過測量手機(jī)接收機(jī)的PER（誤包率）來判斷接收機(jī)的性能。對于VSG來說，要求支持比較大的動態(tài)范圍，并且對底噪也有較高的要求。而IQXel-MW的VSG底噪在-48dB以下，動態(tài)范圍大，完全滿足WiFI接收機(jī)測試的要求。

結(jié)語

今天，智能手機(jī)在我們的生活中已經(jīng)幾乎不可或缺，各大智能手機(jī)品牌還在不斷的進(jìn)行技術(shù)革新。但無論智能手機(jī)增加什么樣的新特性和新功能，其中的WiFi部件依然承載著最多的網(wǎng)絡(luò)流量。因此WiFi部件的性能和品質(zhì)制約了智能手機(jī)用戶的使用體驗(yàn)和智能手機(jī)的品牌認(rèn)可度。本文嘗試從技術(shù)角度，分析了智能手機(jī)中常見的WiFi質(zhì)量問題如信號強(qiáng)度，速率以及延時(shí)等的成因。又從測試角度，探討了手機(jī)制造企業(yè)如何在生產(chǎn)制造過程中進(jìn)行完整準(zhǔn)確的測試，從而能夠最大程度避免這些潛在的質(zhì)量問題。

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