智能音响中WiFi 性能测试的测试方案

侯建路

（英华达（上海）科技有限公司，上海 201114）

0 引言

Wi-Fi 测试架构包括SA 及FA Wi-Fi 测试，即板端的及整机的Wi-Fi 测试，两者有不同测试方案。测试仪器一般选择IQxel-M6 或者M8。当SMT 打好板子以后，通过了CPU 的测试，接下来就是射频的测试，测试之前需要加上屏蔽盖，进行SA Wi-Fi 的测试；完成后进行上壳、响体等机构件的组装，接下来就是FA Wi-Fi 的测试，此性能直接关系到用户的体验感受。

1 SA Wi-Fi 的测试方案

1.1 测试主要的信道选择

IEEE 802.11b/g 标准工作在2.4G 频段，频率范围为2.40～2.48 GHz，共83.5M 带宽[1-2]，通道的分布如表1 所示。

一共14 个信道，在实际的测试过程中，不可能对所有的信道进行测试，所有选择了（如1 信道与2、3、4、5 信道有频率重叠）信道（Channel）1、信道（Channel）6、信道（Channel）11 这三个信道，既保证了测试的准确性，同时也确保这三个信道之间没有干扰，如图1 所示。

1.2 测试硬件

测试所需硬件包括：Litepoint（IQxel-M6）、4 Port PCI Express Gigabit Ethernet PosE PSE Network Card、屏蔽箱、电源供应器（N6700C&N6734B）、SMA cable（射频线）、功分器（型号为5-Way Power Divider 2-8GHz）、衰减器（Attenuator 6 dB）、扫描枪（Scanner，用于读取待测品条码）、工业级别的电脑（PC，使用网线与CPU 通信；同时用USB 接口控制电源控制器；使用串口（RS232）控制测试项目）、数据采集器（Measurement Computing DAQ Unit USB-201）、Network HUB（NETGEAR GS105），图2 是硬件架构。

表1 信道与频率对照表

1.3 测试基于的软件

测试环境的搭建以NI 的TestStand 和Labview 为基础，并利用莱特波特的无线测试仪器对待测试的机器的WiFi 性能进行测试，主要测试项目包括：TX：POWER_AVG_DBM；EVM_AVG_DB；FREQ_ERROR_AVG；MASK_MARGIN_DB，RX：PER；RSSI；NF；SNR0[3]。

图1 2.4G 对应的各个频段

图2 SA WiFi 测试的硬件架构

1.4 校 准

需要把测试过程中用到的射频线的Path_loss（路径损耗）补偿到板子上，以保证校准的准确性。

校准用到的是安捷伦的网络分析仪。

校准的步骤如下：

（1）用网络分析仪进行校准，首先是网络分析仪的自校准；

（2）测量从仪器端的射频端口到测试探针的path_loss（路径损耗）；

（3）在量测path_loss（路径损耗）过程中，确保未连接射频线的端口用50 Ω 的终端连接器连接。

本文列举了Pathloss（路径损耗）的范本，2.4G 测试4个信道（Channel），5G测试4个信道（Channel），2.4G（2412，2437，2462，2472）每个信道（Channel）之间尽量保证在1.5 dB 的差异以内，5G（5180，5320，5600，5825）保证在3 dB 的差异以内，如表2 所示。

表2 4 个Chains（通道）的Pathloss（路径损耗）

1.5 收集测试数据和定义测试项目的limits（界限）

（1）把校准好的path_loss（路径损耗）保存到本地的配置文档，以便于测试程式运行时调用。

（2）获取50 台测试数据并对测试的数据进行分析，得到每个测试项目的正太分布图，看数据的分布是否集中，如果接近标准的正态分布（曲线越“矮胖”,表示总体的分布越分散；越小,曲线越“瘦高”,表示总体的分布越集中），则可以根据这50 台的测试数据为基础，定义初始的limits（界限），如果数据的正太分布比较分散，则需要重新校准，直到数据的分布能接近正太分布。

（3）用初始的limits（界限）再次收集500+的测试数据并对数据进行分析，看每个测试项目的正太分布情况，如果接近正太分布，则可以根据这500 台的测试数据定义最终每个测试项目的limits（界限）。

2 FA 测试的方案

SA 测试完成后，开始整机的组装，在组装好上壳、箱体、喇叭、网罩及天线等部件以后，接着就是进行FA Wi-Fi 测试。

2.1 测试原理及硬件架构

同样FA 测试也为相对测试，将在SA 挑选出来的一部分样机组装到整机，本文所谈智能音响，整机加上了铁网和外壳等。使用和SA 相同的软件测试环境Teststand，利用IQ-xel 作为测试的主要仪器评定射频的RX/TX 的性能。这样就能把天线的组装不良，SAWiFi 网卡单体的不良都能测试出来。

图3 为FA 测试的硬件架构图。

2.2 硬件架设注意事项

（1）固定Shielding box（屏蔽箱）内测试天线位置。

（2）固定DUT Holder（待测机器的夹具）的位置（需要找到一个对于所有信道平坦度都相差不大的位置）。

（3）用热熔胶枪，把天线和DUT holder(待测机器的夹具)都固定死，防止作业员在测试时误触碰到影响测试结果。

（4）在连接整个硬件过程中需要特别注意设定每个DUT（待测机器）网络端口IP，每个端口都不 能 相 同（169.254.1.1、169.254.2.1、169.254.3.1、169.254.4.1）。

2.3 测试参数的选择

FA 的测试和SA 的测试略有不同，主要增加了BT的功能，主要测试项目包括发送和接收两部分，发送的测试项目如下：

（1）发射电平功率；

（2）发射频普掩模；

（3）中心频率容限；

（4）码片时钟频率容限；

（5）发射加电和掉电坡度；

（6）RF 载波抑制；

（7）发射调制精确度。

接收的测试项目如下：

图3 FA WiFi 测试的硬件架构

（1）最小输入电平灵敏度；

（2）最大输入电平；

（3）相邻通道抑制；

（4）BLE（蓝牙）（2412，2437，2472）灵敏度的测试[4]。

这些测试项目都是行业内的标准，测试完成后还会对每个测试项目做GRR（随机误差），当GRR（随机误差）小于10%，测量观测值的变差中，由于测量过程导致的变差可以忽略，代表测量得到的数值可以用于数据分析。

2.4 校 准

用挑选好的样机进行校准：

（1）调整衰减的大小和功率的大小直到每个信道的PER 丢包率小于10%，让MCS（速率）尽可能的保持一个高水平；

（2）把输出的功率保持在3～11 dBm，如果在11 dBm 的时PER（丢包率）过高即超过10%，则需要降低MCS（速率）；

（3）如果选择的衰减不能满足这个标准（发射功率在3～11 dBm，速率在0～7 Mb/s，则必须要重新调整待测机器的摆放位置和测试天线的位置。

（4）校准完成后，得到一个power_table(功率表)。

2.5 收集测试数据和定义测试项目的limits（界限）

（1）把校准好的power_table(功率表)保存到本地的配置文档，以便于测试程式运行时调用。

（2）获取50 台测试数据并对测试的数据进行分析，得到每个测试项目的正太分布图，看数据的分布是否集中，如果接近标准的正态分布（曲线越“矮胖”,表示总体的分布越分散；越小,曲线越“瘦高”,表示总体的分布越集中），则可以根据这50 台的测试数据为基础，定义初始的limits（界限），如果数据的正太分布比较分散，则需要重新校准，直到数据的分布能接近正太分布。

（3）用初始的limits（界限）再次收集500+的测试数据并对数据进行分析，看每个测试项目的正太分布情况，如果接近正太分布，则可以根据这500 台的测试数据定义最终每个测试项目的limits（界限）。

3 结论

本文针对智能音响上WiFi 测试，总结了生产过程中的测试方案，所涉及的测试原理对不同领域的其他的产品也是很好的借鉴。