数字地面电视的WiFi传输性能测试与分析

陈伟麟 江苏省广播电视总台发射传输台

数字地面电视的WiFi传输性能测试与分析

陈伟麟 江苏省广播电视总台发射传输台

利用WiFi将数字地面电视信号发送给手机终端用户，实现数字地面电视的跨屏收看，是数字地面电视的一种新的应用场景。目前市场上尚未有专门针对数字地面电视视频推送的WiFi设备。本文对典型的WiFi设备进行测试分析，通过实验探索其功能、性能是否满足应用需求，浅析实现跨屏收看数字地面电视的方案及难点。

WiFi 数字地面电视 跨屏 AP

一、前言

近些年，我国无线广播电视事业发展迅速，总局先后组织实施了农村中央广播电视节目无线覆盖工程、移动多媒体广播电视、中央广播电视节目无线数字化覆盖工程。相对于传统的模拟地面电视，数字地面电视可以应用于更多的场合。如今，WiFi技术的成熟和广泛应用，给手机用户收看数字地面电视带来了可能。本测试模拟真实应用场景，利用新产品WiFi解调中继器对WiFi设备传输视频流的性能进行测试，为WiFi环境下使用手机收看数字地面电视的可行性提供评判依据。

二、架构搭建

传统的数字地面电视经过天线接收电视塔发出的地面波信号，由机顶盒解调解码后在电视机上播放。本方案中，不需要对节目源系统和发射系统进行改造，仍由数字发射机发射数字电视节目，接收端借助新研发的解调中继器接收地面波，解调解码为手机可以播放的视频IP流，再通过WiFi设备（AP）复制、分发，最终实现手机终端播放电视节目。

图1 手机终端接收数字地面电视

三、测试环境

针对本次实验，我台和上海风格公司共同研发了WiFi解调中继器。利用此设备，我们重点观测H3C WA4330无线接入设备（下文简称AP）在进行数字地面电视视频流WiFi传输时的表现，针对AP的覆盖范围、电平门限、接入用户数量、多AP组网效果等指标进行测试，以掌握此方案的系统性能和应用实效。

四、测试内容

1、视频流传输带宽门限

通过AC限制并逐渐缩小AP提供的下行带宽（以100 Kpbs为最小单位），记录终端可流畅播放节目（半分钟以上画面无卡顿，无马赛克，无伴音中断现象，下同）

表1 相关设备及软件

流所需的WiFi信号的带宽门限。

测试中AP采用的无线协议为802.11n(2.4G频段)，单节目视频码率1000 Kpbs，伴音码率64 Kpbs。

测试时，（1）采用使用中继解调器在一个组播流中输出1套节目，记录最小传输带宽；（2）使用中继解调器在一个组播流中输出4套节目，记录最小传输带宽。

测试结果如下：

序号 组播流中节目数 输出总码率 带宽门限1 1 1064Kpbs 1300Kpbs 2 4 4256Kpbs 4800Kpbs

2、信号强度门限&覆盖半径

AP发射WiFi信号功率固定，通过增加传输距离，降低终端接收的WiFi信号电平强度。通过在终端安装WiFi信号分析软件，读取电平值，找出终端可流畅播放视频节目所需的WiFi信号的电平强度并测量记录距离。

测试中AP采用的无线协议为802.11n(2.4G频段)，单节目视频码率1000 Kpbs，伴音码率64 Kpbs，AP的射频模块发射功率为20dbm。测试结果见表2。

表2 信号强度门限&覆盖半径测试结果

3、同频、邻频干扰测试

使用一台AP作为节目发射AP，另一台AP发射其他节目作为干扰信号。2台AP设置为同信道或相邻信道。在终端上观察视频是否可以正常播放。

测试中AP采用的无线协议为802.11n(2.4G频段)，单节目视频码率1000 Kpbs，伴音码率64 Kpbs，AP的射频模块发射功率为20dbm。测试结果见表3。

表3 同频、邻频干扰测试结果

4、最大用户容量测试

使用1至2台AP发射节目，由1台终端起，逐步增加接入终端数量，观察视频可流畅播放的最大终端数。

测试中AP采用的无线协议为802.11n(2.4G频段/5G频段)，单节目视频码率1000 Kpbs、1500 Kpbs、2200 Kpbs，伴音码率64 Kpbs，AP的射频模块发射功率为20dbm。测试结果见表4。

表4 最大用户容量测试结果

注：1）由于测试终端数量有限，部分测试中全部终端（27台）接入后视频仍可正常播放，因此记录的支持终端数量为27+。

2）每个AP均只启用一个射频模块。

5、AP组网效果测试

使用2台AP作为节目发射AP，放置在不同房间。测试人员手持终端由AP-1的覆盖范围移动至AP-2的覆盖范围，观察视频是否能连续播放。

测试中AP采用的无线协议为802.11n(2.4G频段)，单节目视频码率1000 Kpbs，伴音码率64 Kpbs，AP的射频模块发射功率为20dbm，测试终端为iPhone6，播放软件为VLC。测试结果如下：

测试人员手持终端由AP-1的覆盖范围移动至AP-2的覆盖范围时，视频会有短暂的中断（约2S），随后恢复正常播放。

五、结论与分析

经过本次测试，基本掌握了H3C WA4330设备的性能以及可用性。主要测试结果总结如下：

（1）传输固定速率的视频码流占用带宽稍高于视频码率，不会对AP下行带宽造成过多浪费。

（2）单个AP覆盖半径约为27至30米，满足室内布点的需求。接收电平门限为-65dbm。

（3）在覆盖区域内，有相同或相邻频率的WiFi信号干扰时，视频仍可以正常播放（本测试仅考虑了一个终端的情况）。

（4）单AP最大用户可以支持到21个，双AP组网的情况下至少可以支持27个终端。

（5）多AP组网时，自动切换功能正常，但会出现短暂的画面停顿，但仍在用户可承受范围内。

根据上述结果，可以初步判定此AP设备可以满足基本的应用需求。此外，在试验过程中，我们也有所发现，可以为将来的新产品提供借鉴。

（1）与地面电视的发射机不同，AP设备并不是将节目信号广播出去，而是遵循WiFi协议，与手机建立起无线连接，对有播放请求的手机推送视频流，表面上看，是以组播的方式，复制、分发了电视节目视频流。在具体技术实现上，其实则是组播转单播，使用多个单播流，推送给不同的终端用户。因此，传输电视节目的AP需要比传统家用路由器和室内热点有更强的复制能力和分发能力，否则会在实际应用中，AP设备的复制转发能力将成为限制用户接入数量和接收质量的瓶颈。

（2）在视频流被手机终端接收之前，手机终端无法拆分出一个组播流中的不同电视节目，无论用户选择观看视频流中的哪个节目，都需要将整个视频流接收。鉴于一个终端只会同时收看一个节目，如采用将多套节目压缩在一个组播流的方式播出，将会对AP的下行带宽产生较多的浪费。因此，建议采用STPS传输（Single-program transport stream，单节目传输流），用户通过不同的传输流选择不同的节目。

（3）WiFi国际联盟规定，当同一个环境中，出现多个无线设备时，为了将彼此的干扰降到最小，这些设备必须将自己的频宽由40MHz降低到20MHz，这样一来，设备的无线速率也会受到影响。在实际应用多无线网络的环境中，将频宽降为20MHz，减少干扰，无线网络的稳定性可以得到更好的保证。理论速率最高150Mbps的无线设备，实际只能达到65Mbp左右，而300Mbps的无线设备，实际只能达到145Mbps左右。因此在设计WiFi传输视频流时应当充分预留带宽的冗余量。

六、结束语

本实验终端全部采用手机，但同样适用于平板电脑等，实现真正意义上数字地面电视节目的跨屏收看。

本实验模拟真实应用场景，并不是在完全无物体遮挡、无其他WiFi信号干扰的条件下完成的，因此实验结果数据可能与理论理想状态下的数据存在一定的误差。此外，不同厂商、不同型号的AP设备性能和功能也不尽相同，是否都可以满足实际应用的需求，需要在今后的试验中进一步验证。尽管如此，本实验验证了使用WiFi传输数字地面电视的可行性，为实现数字地面电视的跨屏收看打下了基础。