WiFi终端的测试

罗德与施瓦茨开放实验室2020-10-20 09:18:29

【摘要】从WiFi终端的研发到生产测试需求出发,介绍了各个阶段的测试解决方案,研发阶段采取信令测试方法,同时对射频和协议进行验证。目前生产线普遍采取非信令测试,本文在其基础上,引入竞争机制,减少测试仪表的空闲时间,成倍提升生产效率。


【关键字】WIFI,CMW500,CMW100


 1. 引言


随着移动通信技术的快速发展,作为其中重要的一员,WiFi变得越来越重要。几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都需要支持WiFi连接,毫无疑问,WiFi是当今使用最广的一种无线通信技术。然而,在过去很多年,由于市场监管和测试成本的种种原因,很多产品的WiFi部分被作为附属网络功能,没有被测试或只进行简单的测试。


为了在市场竞争处于更有利的位置,移动终端生产厂家越来越注重产品质量和用户体验,在实验室引入WiFi产品的测试环境,如射频测试环境、OTA测试环境以及应用测试环境,生产则只对每个产品的射频性能进行测试。


本文针对研发到生产阶段的测试需求,简要介绍了各自对应的测试需求。


2. 信令测试

信令是通讯设备之间的语言,它们按照既定的通讯协议工作,将应用信息安全、可靠、高效地传送到目的地。这些信息在通信网络中叫做信令。搜索网络、接入网络以及上网冲浪,这些都是终端的基本功能。在这些过程中,WiFi终端之间需要大量的信令消息传递。


测试仪表作为AP或Station模拟器,完整的模拟了这些信令交互过程,并在这些过程中,测量各项射频指标,根据测试标准门限,就可以判断该被测件是否能正常工作及其性能优劣。我们称这种测试方法为信令测试。所以,信令测试不仅可以对终端的射频指标进行评估,也可以判断被测件常用的通讯协议是否正确。

图1 信令测试环境

信令测试是在被测件与测试仪表之间互动的一种测试方案,测试仪表可以根据测试要求,控制被测件进行工作。如图1所示,被测件与仪表之间通过射频连接:1、通过射频线缆直接连接,可测试射频的相关指标;2、通过天线进行耦合连接,测试OTA下的终端性能。


3. 非信令测试

在现阶段,WiFi产品的射频测试可以采取一种非信令的测试方法,即一台测试仪表连接一个被测件,通过一台电脑,分别控制测试仪表和被测件,按照规定的测试序列,自动测试WiFi产品的射频性能。图2为一个典型的非信令测试环境,图中测试仪表为罗德与施瓦茨公司的综合测试仪CMW500,被测件为一个手机,电脑通过控制总线分别控制CMW500和手机。

图2 非信令测试环境


非信令测试方案中,被测件和仪表接收来自于主控PC的指令:PC机首先通过芯片公司提供的软件控制被测件产生需要测试的信号,然后操作仪表进行测试。


与信令测试相比,非信令测试忽略了信令交互的过程,仅仅对射频性能进行测试,并且需要测试人员熟悉芯片控制软件。


非信令测试用于生产测试

现阶段WiFi包含802.11a、11b、11g、11n以及11ac等多种技术。如果产品包含了所有的WiFi技术,那么产品的测试成本也会相应的增加。与其他移动通信技术一样,WiFi测试分发射机测试和接收机测试两个部分。


以CMW500为例,对发射机和接收机测试耗时进行统计。WiFi各种技术的调制方式、占用带宽等参数各有不同,因此各种技术的测试耗时都不相同,以11ac技术的80MHz占用带宽与20MHz占用带宽为例,前者的发射机测试需要大约500毫秒,后者需要大约300毫秒。本文在进行实验时,将统计样本固定设置为5,然后取各种技术测试耗时的平均值,发射机和接收机的平均耗时在表1中列出。


表1 测试平均耗时

在生产线测试时,除了对WiFi包含的各种技术进行测试,还需要对高中低不同的信道,以及不同的天线进行测试。因此,若按照表2中的数据,一个支持11ac的终端,对于高中低信道和2个天线,仪表测试的时间为:(300 +450 + 370 + 410 + 500 + 340)* 3 * 2 = 14220毫秒;事实上,我们在对多个WiFi产品在生产线上的测试耗时进行调查统计时,测试耗时远远大于14秒。

表2 11ac技术的测试耗时

因此,我们对其中一款路由器产品的测试耗时进行分析,结果见表3。

表3 测试耗时的比例

从表3可以看出,对于该款产品的测试中,仪表的使用时间比例为4.1%,在大部分的时间中,仪表处于空闲状态。因此,如何更有效的使用测试仪器,减少仪表空闲时间,也是提高生产效率的一种有效途径。


4.  CMW100提升生产测试效率


CMW100是罗德与施瓦茨公司在2015年推出的一个新型仪表,用于提升无线终端生产线的测试效率。CMW100有体积小,端口丰富,运算速度快等特点。如图3,可以根据需要,连接多个终端进行测试。测试发射机时,选择前面板上的任意射频端口对相对应的终端逐个进行测量。测试接收机时,信号源可以在选择多个射频端口同时发射,对应的多个终端可同时进行误包率分析。

3 利用 CMW100 测试多个终端

在CMW100方案中,有三个主要方面可以提高测试效率。一,因为多个终端同时上电初始化耗时与一个终端的上电初始化耗时是一样的,所以多端口测试在初始化环节省掉了大量的时间;二,接收机测试时,CMW100通过各个端口,将信号同时发送给所有被测终端,终端可以各自进行接收机测试,因此,采用多个终端并行方式进行接收机测试,达到缩短测试时间的目的。三、发射机测试时,每个终端完成发射信号后,竞争占用测试单元完成测量。采用这种多个终端相互竞争的机制,能降低仪表测试单元的等待时间。所以,采取CMW100方案,可以最大限度的利用测试仪表,从而提高测试效率。


5.  实验数据

表4是对一款WiFi路由器产品的测试耗时对照。对比表4中的数据,与一对一的测试方法相比,利用CMW100连接4个被测终端进行测试,可将产能提高3倍以上。


表4 非信令测试时间


6. 结束语


无线通信技术的高速发展,使得无线产品竞争越来越激烈。为了生产性能更好的产品,围绕产品的测试将越来越丰富。要进行更完善的测试,需要耗费更多的测试时间,因而,我们有必要在各个阶段选择合适的测试方案,以最低的测试成本实现产品性能最优化。


7. 参考文献


[1] 1CM101_WLAN_80211ac_AppNote

[2] WirelessLAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications


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