PT-23-000-401920桌面式一體機WiFi性能測試技術規范的解讀

摘 要：用戶在使用桌面式一體機無線產品時，WiFi在底層設計的優劣以及實際家庭、辦公場景的表現好壞會直接影響用戶網絡體驗。聯想和SGS實驗室創新性聯合開發了PT-23-000-401920桌面式一體機WiFi性能測試技術規范。首次推薦了一體機無線產品的WiFi OTA參數TRP和TIS等級；并在用戶實際使用環境中，開發了多用戶、多干擾條件下的吞吐量、播放線上視頻和線上視頻會議時的延遲和卡頓指標；綜合推薦了WiFi性能分級規則。

關鍵詞：桌面式一體機，PT-23-000-401920，WiFi性能等級

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.23.029

0 引 言

在數字化時代的今天，WiFi已經成為人們日常生活中不可或缺的一部分。家庭或辦公環境下的WiFi產品越來越多，除了傳統的電腦、手機，家庭中還有各種智能化的語音、攝像頭等電子產品，辦公區會有很多臨近路由器的存在。空間中的無線信號非常多，各種無線信號互存、干擾都不可避免。從使用場景來看，在家庭環境中，桌面式一體機承擔著用戶上網課、看視頻、打游戲場景的需求；在辦公環境中，會有語音/視頻會議、在線教學等場景需求。因此此類產品，對于生產商或者用戶如何去鑒別WiFi性能都是一個很關鍵的問題。

聯想臺式計算機工作組和SGS實驗室共同創新性地定義了PT-23-000-401920桌面式一體機WiFi性能技術規范，開發了一套WiFi性能評估方法和分級規則。已幫助聯想在A3系列一體機產品上取得了金牌無線性能認證，不僅保障客戶的網絡體驗，還讓客戶清晰識別具有優秀的WiFi性能的產品。

1 桌面式一體機WiFi性能技術規范概述

此規范主要是針對具備WiFi功能的桌面式一體機產品，同時可以擴展到筆記本電腦、平板電腦以及會議顯示屏等無線終端產品。將實驗室模擬環境測試參數和用戶實際使用環境中的關鍵參數相結合，把WiFi性能評估分為三個部分來評定。

首先，借鑒傳統小型化移動終端的OTA測試方法，首次定義了大尺寸非移動一體機終端產品的OTA（over the air）無線參數總輻射功率TRP（TotalRadiated Power）和總全向靈敏度TIS（Total IsotropicSensitivity）的等級規格。目的是評估產品的底部物理層設計性能，底層設計性能的優良是吞吐量等用戶體驗相關參數性能優秀的基本保障。其次，結合路由器在實驗室環境中，評估應用層的吞吐量Throughput指標，在理想環境中WiFi上行和下行的吞吐量表現；第三部分的指標是用戶場景網絡體驗參數，是規范中的另一個創新點。搭建了典型的2室1廳的家庭環境，用來模擬真實的家庭使用場景，開發了多用戶、多干擾條件下的吞吐量、播放線上視頻和線上視頻會議時的延遲和卡頓參數，真實展現用戶的網絡體驗；同時在另一個真實場景—辦公環境，對吞吐量和延遲、卡頓進行測量。

按照上述三種類型的WiFi參數性能進行綜合評定，給出了WiFi的性能分級規則如表1所示，在后面的章節里會對不同等級的技術指標有更明確的解析。

2 WiFi底層設計指標TRP和TIS

無論是桌面一體機電腦，還是筆記本電腦，系統的硬件設計鏈路原理一致。圖1是一體機WiFi天線接收發示意圖，WiFi網卡連接天線，共同安裝在一體機主板和機箱內組成一套無線發射和接收系統。用兩個基本指標TRP和TIS，來量化整套系統的發射和接收性能。

目前行業著重對小型移動終端進行OTA測試評估，且集中在4G/5G等移動通信協議和頻段；對于一體機這類非移動大尺寸產品的測試方法，以及這類產品在WiFi協議上的TRP/TIS參數性能要求并沒有定義。本規范首次推薦了一體機WiFi產品TRP和TIS性能等級，如表2所示。

2 . 4 G和5 G兩個頻段分別測試信道6和信道36[1]，速率和誤碼率判定可參考CTIA WiFi終端射頻性能評估規范[2]。

TRP和TIS的測試是在遠場微波暗室中進行，鑒于一體體積和重量稍大，不適合在垂直面內沿著水平軸旋轉，建議采用圖2的測試系統，將被測物放置在水平轉臺上，同時測量天線可以旋轉，來共同完成TRP/TIS的球面采樣。

測量天線距離一體機需滿足遠場條件。目前常用的圖2中的OTA暗室測試距離在2米以內，且最大的靜區尺寸為50 cm。而桌面一體機尺寸較大，典型27寸屏幕長度為61 cm，即使2米的距離也不能滿足此大尺寸的遠場距離。

另一方面，一體機尺寸超過50 cm的靜區范圍，會帶來測試結果的不穩定和較大的測試誤差。為了減少測試不確定，根據雙天線在一體機中的位置，將一體機在轉臺上的高度抬高或降低，以保證一體機雙天線落在30 cm的靜區范圍內。如此在1.6米以上的測試距離[3]，即可大大降低測試的不確定度。所以建議使用圖2中的測試距離大于1.6米的分布軸系統進行一體機測試。

TRP受限于WiFi模組的發射功率和天線效率。在SRRC法規要求里，WiFi在空間最大的輻射功率EIRP要求如下：

2400 MHz–2483.5 MHz，EIRP lt;= 20 dBm；

5150 MHz–5350 MHz，EIRP lt;= 23 dBm；

5725 MHz–5850 MHz， EIRP lt;= 33 dBm。

由于TRP=EIRP-G，G為天線增益，一體機等產品的小尺寸天線增益一般都在5 dB以內，可知TRP理論上限在15 dBm至18 dBm內。為了降低模組設計和調試的復雜性，2.4G和5G的模組功率的設計相差不大，也便于其他國家地區的法規認證。另外考慮到不同廠家的WiFi模組的性能差異，特設置TRP在802.11 g模式下10 dBm，802.11a模式下11 dBm為優秀等級，之后性能每降2 dB左右設置一個等級。

對于TIS而言，TIS與WiFi模組的接收傳導靈敏度、天線效率和系統損耗有關，如圖1所示。

TIS=WiFi模組傳導靈敏度+天線效率+系統損耗

不同廠家WiFi模組的接收靈敏度有不同程度的差異，以及考慮到不同整機設計的射頻噪聲差異，來定義出表2的TIS接收性能等級。另外，通常5G頻段的噪聲比2.4G噪聲要低，且5G頻段空間傳輸衰減大，故5G頻段的接收性能等級要求高。

3 無線吞吐量指標要求

物理層TRP和TIS等級的高低決定了無線吞吐量的高低。無線吞吐量是一體機等產品在實驗室條件下，模擬用戶在不同路徑衰減下與路由器的上下行數據傳輸性能。

2.4 GHz頻段選擇常用協議802.11n 40 MHz頻段，信道為3，推薦等級如表3所示。

5 GHz頻段選擇目前普及率較高的協議802.11ax，選擇此協議下的最大帶寬160 MHz，可以最大程度地呈現產品的無線吞吐量性能。推薦等級如表4所示。

真實用戶使用時，產品離路由器的距離不同，在實驗室中用上述表中的衰減值來表征測試距離。2.4 GHz和5 GHz中的衰減值和距離的關系如圖3所示，5 GHz頻段衰減比2.4 GHz頻段快，清晰展示了路徑衰減和測試距離的關聯。在等級評定里，模擬了2米、50米、100米處的吞吐量要求，分別代表了產品在吞吐量性能的飽和狀態、性能下降狀態、性能的極限狀態。

測試環境搭建如圖4所示，被測產品仍然要在遠場測試，測試距離建議大于1.5米。與TRP/TIS不同的是，吞吐量只是測試水平面的4個方位的數據，最后的吞吐量數據取這4個方位的平均值。

在無線吞吐量以及下一章用戶場景指標測量中都需要使用路由器，路由器建議使用穩定好、性能優越、覆蓋802.11a/b/g/n/ac/ax等不同的協議。具體可以參考各廠商和實驗室常用的路由器，或者滿足TR-398[4]標準的路由器。

4 用戶場景網絡體驗指標要求

戶場景網絡體驗是模擬用戶在真實家庭、辦公等典型環境下的上網體驗。家庭環境采用了典型的兩室一廳的格局，室內會布局攝像頭、智慧電視、音箱、手機等智能家居產品，平面圖如圖5所示。辦公環境則采用真實的辦公場景，辦公場地比家庭空曠，沒有墻體遮擋，但是路由器的布局會很密集，同信道或臨信道干擾很多，同時用戶數量要遠多于家庭環境。

用戶場景網絡體驗參數，是一個創新點，包含家庭和辦公環境的多用戶、多干擾條件下的吞吐量、播放線上視頻和線上視頻會議時的延遲和卡頓參數，真實展現用戶的網絡體驗。

上述底層物理鏈路設計指標和不同路徑衰減下的吞吐量指標，代表的是產品設計的優劣。在產品開發階段可以用底層TRP/TIS和上層的吞吐量來把控產品質量。但是具體在上網、看視頻、下載等的實際場景下的產品表現，是可以給用戶提供最直觀的感受的。產品設計的最終目標是給用戶提供優秀的網絡體驗，正基于此目的，此規范定義了用戶場景網絡技術要求，如表5所示。

家庭環境中，多種智能產品連接在同一個路由器網絡下同時使用，此狀態會共享WiFi帶寬，這種狀態才是實際反映用戶網絡體驗的優劣。路由器放置在客廳，被測物分別擺放在影音室和臥室兩個常用地點。在路由器和被測物之間會有墻體隔離，分別評估了WiFi無線信號在2.4G和5G頻段穿墻后的傳輸速率和卡頓情況。表5中的“家居環境”是指其他智能設備全部關閉的條件；“家居環境下共存狀態”是指將智能設備連接路由器并運行相應的短視頻等軟件，使其與路由器有上下行數據通信。

除了模擬家庭環境，還會在真實的辦公環境下對WiFi性能進行評測。辦公環境不僅有多用戶共享無線帶寬，而且還有臨近路由器的同信道干擾。辦公環境中，一體機產品是在固定位置使用，但是由于信號干擾或信道擁擠等原因，一體機會被交接給同一辦公室的稍遠的路由器進行通信。為了評估產品的極限性能，并結合典型辦公室的面積，將一體機產品放置于離路由器20米的可視距離，并固定與此路由器連接。

表6是一體機產品的實際測試結果，展示了家庭共存條件下的WiFi傳輸速度、4K視頻播放的卡頓和視頻會議的卡頓情況。表7是一體機在辦公環境下的測試結果?？梢钥吹?，5G頻段傳輸速率明顯比2.4G頻段好，建議用戶優先使用5G頻段。辦公環境下，無論是2.4G還是5G頻段，測出的傳輸速率都比家庭環境差。三種常用品牌路由器的性能差異不大。另外，此款一體機無論在居家環境還是辦公環境，播放4K在線視頻和在線視頻會議均無卡頓，性能可達到優秀級別。

5 結 語

本文通過物理層的設計指標、上層吞吐量指標以及實際典型用戶場景指標三個方向來解析了PT-23-000-401920桌面一體機WiFi性能技術規范。此規范推薦了一體機產品OTA參數TRP和TIS的性能等級；特別是開發了居家環境和辦公環境下的無線傳輸速率和在線視頻、會議的卡頓參數指標及等級。

隨著WiFi協議的演進，以及將來用戶場景的變化，比如在線更大規模游戲、WiFi無線顯示、無線AR/VR等，用戶對無線性能的延遲、上下行速率的需求會越來越高，此規范也會隨之更新，來推薦用戶網絡體驗評定等級，為用戶具備良好的用戶網絡體驗保駕護航。

參考文獻

[1]2020 IEEE Standard for Information technolog y--Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks--Specific requirements Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications：IEEE Std. 802.11?[S]. 2020.

[2]Test Plan for RF Performance Evaluation of Wi-Fi Mobile Converged Devices， v4.0.1[Z].2024.

[3]CT I A Test Plan for Wireless Device Over-the-Air Performance， v4.0.x[Z]. 2024.

[4]TR-398， Wi-Fi Residential amp; SOHO Performance Testing，v3.0.0[Z]. 2024.

作者簡介

王君，高級工程師，主要從事臺式計算機的EMC和RF開發和測試工作。

劉洋，工程師，主要從事臺式計算機的商業認證及自愿性標準開發工作。

王曦，高級工程師，主要從事消費電子類產品的EMC和RF管理規劃和測試工作。

李子秋，工程師，主要從事消費電子類產品的EMC和RF測試工作。

（責任編輯：張佩玉）