WiFi技术分析及信号调优研究

吴祈亮

摘 要：无线WiFi作为承载宽带网络的重要载体，决定着宽带网络的最终实现和客户的体验。文章通过对WiFi技术进行深入研究，总结出影响WiFi信号的6种常见因素，并提出了相应的改进措施，最后结合实际案例进行验证，取得良好效果。

关键词：WiFi；技术分析；信号调优

近几年，随着智能终端的普及，人们对无线WiFi的要求也越来越高。10年前我们对WiFi的要求只要能够连上网络浏览网页，5年前我们对WiFi的要求是能够快速打开图片，今天我们的要求是高清实时的流畅视频。需求在不断提升，资源利用率就得跟着提升。现在对于城市来说，WiFi信号不是不够而是太多，大家随便打开手机一看都可以搜到十几个WiFi热点。居民区前后左右邻居之间的WiFi信号干扰、信道冲突的问题越来越严重，已经成为当前制约WiFi网速的瓶颈。本文从WiFi技术原理、常见问题及信号优化3个方面进行研究分析。

1 WiFi相关概念及技术

1.1 WiFi相关概念

WiFi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。WiFi是一个无线网络通信技术的品牌，由WiFi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把WiFi等同于无线网际网路（WiFi是WLAN的重要组成部分）[1]。WiFi技术从1997年7月发布的IEEE 802.11到2012年发布的IEEE 802.11ac经过了5次升级，支持速率从最初的2 Mbps提升到现在最大支持的1 000 Mbps，整整提高了500倍。

1.2 WiFi的信道

信道也称作通道（Channel）、频段，是以无线信号（电磁波）作为传输载体的数据信号传送通道。WiFi主要有2.4G和5G两个频段。其中：2.4G WiFi 每个信道的有效宽度是20 MHz，另外还有2 MHz的强制隔离频带（类似于公路上的隔离带）；5G频段与军用频段重合，我国只开启149，153，157，161，165这5个信道。

1.3 WiFi的传输带宽与实际速率

（1）半双工通信：WiFi的AP和用户终端使用的频率相同，双方不能同时传输，因此，WLAN只能在半双工模式下工作，否则将发生冲突。

（2）网络开销增大：为保证无线数据传输的准确性、避免冲突的发生，AP和用户终端收到一个数据帧之后均必须返回确认帧，以确认上一个数据已经正常传递[2]。

WiFi的实际传输带宽≈物理传输带宽/2×70%，如表1所示。

2 影响WiFi信号的常见因素

2.1 射频输出功率

无线路由器发射功率越大，信号的覆盖范围就越远。理论上发射功率可以无限制地增加，实际上不可能无限制地增大。工信部〔2002〕353号文件、美国IEEE 802.11n标准以及欧盟ETSI300328标准都对此作出了明确规定：无线WiFi设备在2.4G频段下最終等效全向辐射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP）不得高于20 dBm（即100 mW）。

2.2 接收灵敏度

接收灵敏度是指无线电可靠接收数据的最低功率，单元为分贝（dBm）。dBm绝对值越大表明接收器灵敏度越高（通俗点讲就是很微弱的信号也能被检测到）。802.11标准规定2.4 GHz射频的最低接收器灵敏度为﹣80 dBm。实际环境中存在各种干扰源，在发射功率和灵敏度相同的前提下，灵敏度越高，有效传输距离也就越远。

2.3 发射/接收天线的类型和增益

无线路由器使用天线以增强信号的覆盖范围。天线地增益越高，有效覆盖也越远。目前使用的天线主要有两种：鞭状天线、中增益吸盘天线。天线的安装方式上又分为外置和内置两种。一般认为，外置比内置对信号的增强作用更明显。实际上内置的效果跟外置是一样的，差别在于天线的条数。

2.4 环境阻隔

家庭及办公场所一般都较拥挤，空间不够开阔，墙壁是最主要的障碍物。WiFi采用的是无线微波，其最大特点是近乎直线传播，绕射能力非常弱。障碍物不仅阻档无线信号，还吸收电磁能量。信号即使能穿透，也非常弱。

2.5 电磁干扰

指无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。

环境影响；2.4G对一些磁场、电流脉冲很敏感，比如跳频扩频无线网、邻近的无线网，应该尽量避免。

电子产品干扰：工作在2.4G的电子产品干扰源有：微波炉、手机、蓝牙设备，最具破坏性的是人们在家里和单位中广泛使用的2.4GHz的手机和无绳电话。

2.6 信道干扰

通常由路由器自行选择信道。路由器决定信道常集中在1/6/11信道。几个信道相同或相近的无线路由器放在一起，就会在相互之间形成信号串扰，严重干扰正常通信。

同频干扰：指无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰。

邻频干扰：所使用信号频率的相邻频率的信号干扰，相邻的信号泄漏到了传输带宽内引起干扰[3]。

3 WiFi信号调优思路

3.1 常见的5种情况

（1）家中WiFi信号分布不均衡，只有客厅、书房有信号，其他地方信号差。

（2）WiFi信号满格，但是WiFi上网慢，常掉线。

（3）平时网速很快，一到晚上WiFi速率就变慢。

（4）WiFi信号经常莫名其妙中断，重启和更换的设备也是一样，检查不出原因。

（5）宽带提速不明显：宽带升级成百兆光纤后，但是体验效果不明显，WiFi看视频还是卡顿。

3.2 信号调优思路

3.2.1 调整位置

根据房间布局，调整路由器位置。不要将路由器放置在入户的弱电箱内，尽量将路由器放置在室内居中位置和高处。若想要WiFi最强的信号，最好把它放置在不受墙面或障碍物阻挡的空位。天线要笔直，而且放得越高越好。

3.2.2 增加WiFi设备

在实际的安装部署中，为了保证信号覆盖的质量，大户型的房子必须部署相应数量的WiFi设备。在设备配置时避开信道干扰，例如使用2.4G频段时可以使用1，6，11 3个非重叠信道构建WLAN网络。

3.2.3 关闭其他的干扰设备

不仅其他无线路由器会产生干扰，无线电话、微波炉和其他家用电器也会搅扰到信号。可以使用双波段路由器来处理这个问题，也可以运用其他波段的无线电话。若是不想添加任何东西的话，还可以把无线路由器挪动到距离干扰电器较远的位置。

3.2.4 信道优化

前后左右邻居的WiFi路由器有可能和你的相互干扰，致使WiFi信号质量变差。看上去信号满格，但是网速非常慢。可以借助WiFi助手测试工具，将信号调至一个受干扰程度最低的信道上。对于一般用户嫌麻烦，最简单的就是重启路由器，重新寻找新的频段避开冲突。

3.2.5 选用与宽带速率匹配的WiFi设备

由于WiFi的半双工传输和网络开销衰耗，WiFi实际带宽≈物理传输带宽/2×70%，如果申请200 M的光纤宽带，要选用802.11N以上型号的无线路由器才能满足200 M的带宽传输需求。目前2.4G频段干扰较为严重，5G频段使用的20，40和80 MHz信道几乎不会与其他设备发生冲突，而且支持速率最高可达1 000 Mbps。但是5G频段有个缺点就是信号穿墙能力比2.4G频段弱，基本上5G的WiFi隔一堵墙就没有信号了。建议大家在选择路由器时适当超前，尽量选用支持2.4G和5G的双频路由器，这样既可以承载最大带宽速率，又可以根据距离选择最佳频段的WiFi信号接入[4]。

4 典型问题解决案例

目前WiFi网速慢大部分是由于位置放置不合理、信道干扰造成的，下面提供一个常见故障的排除案例供参考[5]。

4.1 故障现象

（1）WiFi信号不稳定：网络经常中断，上网时快时慢，有时根本打不开网页。

（2）网速慢：信号满格时手机也经常半天无法打开网页或者根本打不开，笔记本电脑无线下载速度慢。

4.2 诊断方法

（1）先排除宽带外线的问题后，接入无线网络进行测试，验证用户所述故障现象。

（2）用上网助手检测发现WiFi存在同频干扰，干扰源数量较多，表明用户侧无线网络环境较为复杂。

（3）现场观察用户路由器位于入户门口的弱电箱内。使用WiFi测试仪进一步测试分析信号覆盖情况，在用户室内各处用WiFi测试仪查看信号强度，发现距路由器较远的主卧、书房等处信号较弱，关上房门后信号仅剩1格。

（4）诊断结果。

原因一：放置位置不合理。进门处弱电箱并非户型中央，导致无线路由一半覆盖在户外。

原因二：WiFi信道干扰。用户周边干扰源数量较多，信道拥塞导致网速差。

4.3 解决方法

（1）针对位置不合理问题：将路由器放置到用户客厅电视墙前，使用电视背后的信息口，重新测试发现信号覆盖明显改善。

（2）针对信道冲突问题：调整WiFi信道。使用WiFi分析仪中的信道评级功能，查看当前可用的信道，本例中APP推荐的是1，2，14，按推荐信道将路由器信道改至1信道，避开干扰严重的信道。

4.4 检测验证

经调整路由器位置和调优信道后，用户客厅、书房和卧室的WiFi信号强度在﹣42～﹣55 dB，质量均达到优级。接入WiFi信号进行测速，笔记本下载速率峰值达10 MB/s，使用用户手机则可以到7 MB/s，使用爱奇艺观看4K高清视频流畅无卡顿。故障成功排除。

5 結语

受各种条件所限，笔者只能通过网上现有资料和日常工作经验对WiFi技术进行分析和总结，关于其核心认识难免有所偏差。文中所提出的改进思路，仅涉及终端信号调优部分方面，并没有对所涉及的全部问题给出完整的解决方案，这些不足也是本文今后继续研究的重点。

[参考文献]

[1]ThoughtCo.谁创造WiFi 外文文献[EB/OL].（2018-09-29）[2018-10-19].https：//www.thoughtco.com/who-invented-WiFi-1992663.

[2]忻乐，薇夏，姜泳水，等.移动终端设备[P].中国专利：CN101197874A，2008.

[3]中国政府网.李克强主持召开国务院常务会议通过《“十三五”国家信息化规划》[J].今传媒，2016（12）：173.

[4]胡雅清，颜萍.27年，《电信法》难产记[J].IT时代周刊，2007（17）：36-42.

[5]杨黎波，司有和，徐晓娟.中国电信CDMA业务的终端补贴策略研究[J].管理现代化，2011（4）：20-22.

Abstract：As an important carrier of broadband network， wireless WiFi determines the ultimate realization of broadband network and customer experience. Based on the in-depth study of WiFi technology， six common factors affecting WiFi signal are summarized， and the corresponding improvement measures are put forward in this paper. Finally， a practical case is used to verify the results and good results are obtained.

Key words：WiFi； technical analysis； signal tuning