标签: 无线性能测试

从年初以一篇撕逼 WiFi路由器无线性能为主题的新浪长微博开始，我向公众push了很多无线性能测试方面的科普文章，占去了我不少私人时间，这件事情有我做公益科普的初 衷，也有自己一定的目的性，作为一个直率的人，我想我会找个时间专门写篇长微博进行表白——请放心，我所谓的目的性，实则为一个光明正大的诉求。   但在今天，我想回到最初的起点，把欠大家的WiFi路由器的事情，再捡起来说说——主要是将我们制定的WiFi路 由器的测试方法公布给所有关心无线性能的朋友进行反馈。我知道在关注我的朋友中有很多专业技术人员，甚至各个厂家负责产品的同事，请你们针对我制定的测试 方法，提出你们的意见——公示完毕，后续测试过程中将按此测试方法执行，届时如果有厂商研发人员希望参与，我们可以协商。预计测试时间为五一前后。 最后，包含MIMO OTA测试手机在内，WiFi路由器我们也将与合作方一起，首选市售的量产机作为样品，以便尽量贴近消费者所能购买产品的特性。 WiFi 协议的实质是基于竞争的（从物理层到协议层），通俗的说，就是当你家里用的手机或笔记本越多，他们之间互相干扰的影响会大大降低WiFi路由器的速率；更 糟糕的是，就算你在家里只用一个WiFi终端，但是这也并不能够100%地保证你自己上网的网速是完美的——因为干扰同样可能来自你家楼上楼下旁边邻居家 的WiFi路由器或手机。 了解了WiFi以上这个特点，会便于您理解我们制定下述的测试方法的出发点。 征求意见时间：2015年4月26日起，意见请回复新浪微博评论或私信 实测时间：五一前后 实测地点：特定地点某办公区，面积约200平米，如下图：   鸣谢： 1. 感谢中科国技公司提供办公场所充当模拟测试场地及人力协助（www.hwa-tech.com） 2. 感谢德国Fluke公司提供“AirMagnet Survey Pro”试用版，用于信号覆盖测试； 3. 吞吐量测试软件Jperf来源于开源软件，不涉及版权； 【一】第一部分：无线覆盖情况 首 先，我们觉得有必要考察路由器的无线覆盖情况，即考察在场地中不同位置能接收到的路由器无线信号强度,我们称之为WiFi信号的热度图（WiFi Heatmap）——这就是各个厂家宣传的超强信号覆盖能力，但是对于专业人员来说，很清楚，信号覆盖强并不能代表一个WiFi路由器的最终性能！ 1. 勘察软件：AirMagnet Survey Pro——AirMagnet Survey是一款功能强大、简单易用的勘察工具，是德国Fluke公司的一款商用WiFi无线网络规划的专业工具。使用“主动勘察功 能”：AirMagnetSurvey可以关联到某个指定的AP或SSID上，支持收集全面的站点RF数据, 包括信号强度、信道分配、噪声电平、信噪比、覆盖情况、无线信号类型、传输速率、丢包率/重传率等。 2.配套网卡：NETGEAR AC1200 WiFi USB 3.0 Model: A6210—— 借 助这款AC1200 USB 3.0的802.11ac网卡，即便是使用旧的Windows笔记本电脑和台式机，也能获得 802.11ac的支持。 该网卡兼容USB 2.0 和最新的11acWiFi设备，向后兼容802.11a/b/g/n设备——也即我们可以扫描得出被测WiFi路由器的802.11n（2.4G及5G） 和802.11ac（5G）的信号覆盖情况。 3.测试电脑：Lenovo ThinkPad E430c——使用三个USB 3.0端口中的一个接上述测试WiFi网卡。 4.测试方法： （1）将路由器放在办公室中的会议室桌子上。路由器设定两个信道，一个在2.4GHz频段11信道，一个在5GHz频段149信道。 （2）将USB适配器插到电脑上，连接到路由器（2.4G或5G）。 （3）在Survey中创建新的项目文件，设定信号传播距离估计值（Signal PropagationAssessment）为2米，选择主动勘察模式，选择待测路由器，开始勘察。 （4）走遍场地，采集勘察点数据，形成信号热图，类似如下图所示。   【二】第二部分数据传输性能测试 接下来我们要测试不同路由器的无线传输性能，主要是最大TCP和UDP传输速率：TCP通常可以用来代表当你下载文件时的速率，UDP通常可以代表你看在线视频是否卡顿，不同的UDP速率代表你是否可以看标清节目还是高清节目！ 1.测试软件：Jperf 2.0 Iperf是一个网络性能测试工具。Iperf可以测试最大TCP和UDP带宽性能。Iperf具有多种参数和UDP特性，可以根据需要调整。Iperf可以报告带宽，延迟抖动和数据包丢失。 Jperf是Iperf的图形化前端，是一个基于Java的程序。 每次测试时长30s，报告间隔1s。TCP窗长等均使用默认设置。   2.测试内容 (1)场景一:单客户端无干扰 除了服务器和客户端电脑外没有其他设备连接到路由器。环境中没有其他工作的路由器和连接到WiFi的设备——此时该客户端测得的最大下载速率，是被测WiFi路由器的一个最理想情况，作为参考。 A. 设备   a.待测路由器（设置两个SSID，分别工作在2.4G信道11和5G信道149）   b.服务器电脑一台   c.客户端电脑一台 B. 拓扑图   C.测试步骤: 1  在某个测试位置，连接至2.4GHz的SSID 2  执行TCP测试 3  将电脑水平旋转90度，重复2 4  重复3共四次 5  执行UDP测试，重复3-4 6  连接至5GHz的SSID，重复2-5 7  更换测试位置，重复1-6 (2)场景二:单客户端有干扰 在办公桌上放置若干其他设备，连接到另一个连接到互联网并工作在相同信道的路由器。让这些设备进行持续数据传输的网络活动如看视频、下载、玩游戏等。 A.设备   a.待测路由器（设置两个SSID，分别工作在2.4G信道11和5G信道149）   b.服务器电脑一台   c.客户端电脑一台   d.干扰设备若干（笔记本电脑、手机、平板） B.拓扑图   C. 测试步骤 1  在某个测试位置，连接至2.4GHz的SSID 2  执行TCP测试 3  将电脑水平旋转90度，重复2 4  重复3共四次 5  执行UDP测试，重复3-4 6  连接至5GHz的SSID，重复2-5 7  更换测试位置，重复1-6 (3)场景三: 多客户端 让额外设备连接到待测路由器进行持续数据传输的网络活动，以便观察一款WiFi路由器最大可以支持多少手机或笔记本同时工作——这是实际生活中最重要的！ A.设备   a.待测路由器（设置两个SSID，分别工作在2.4G信道11和5G信道149）   b.服务器电脑一台   c.客户端电脑一台   d.额外设备若干（笔记本电脑、手机、平板） B.拓扑图   C. 测试步骤 1  在某个测试位置，连接至2.4GHz的SSID 2  执行TCP测试 3  将电脑水平旋转90度，重复2 4  重复3共四次 5  加入5台额外设备连接该SSID 6  重复2、3、4、5，直到观察到的TCP已低于某个阈值； 7  执行UDP测试，重复3-6 8  连接至5GHz的SSID，重复2-7 9  更换测试位置，重复1-8     【彩蛋】 这次的彩蛋是一个预告： 这 周（2015年4月20日~26日）我们利用实验室空闲的时间，占用了周六、日两天休息时间，与我们的合作方一起，对几款典型的全金属机身 iphone6、HTC One M9/M9+、华为P8（测试时间距离发布才3天！）的4G下载速率进行了MIMO OTA测试，另一款近期三星热点旗舰机S edge，以及包括联想及红米note、魅蓝note在内的千元4G手机也进行了比对测试，由于测试方法的复杂性和先进性，我们的工作量奇大，统计工作和 结论也需要时间处理。 ——而最终的结论，将可能以另一个形式进行呈现，敬请期待。 这些性能比对的结论将是首次曝露在公众面前，我相信这些测试数据，将与MIMO OTA这个革命性的测试方法一起，将给科技迷和技术流，包括手机行业的专业技术工程人员一个崭新的观点。 ——对于测试方法和测试数据的准确性，我们已做足了功课，但对于技术上的讨论和争执，永远会存在，也永远会有价值！ 我珍惜这个向大家切磋的机会，届时请各路好手随时提出尖锐的问题！

”无线性能“的评测，是 今天所有互联网做手机及电子产品的评测团队很少涉及的话题——而支持两种4G网的 小米note发布的时候，@雷军 先生在微博表示"小米note 向 iphone 6 plus 致敬"，但他大概不清楚，包含小米在内的国产手机小伙伴们都未能真正调试过整机在4G下的无线性能…我想起此前还有魅族手机也向诺基亚"致敬"...国内手机新贵们除了在外形、尺寸、颜色上频频向国际大佬”致敬“以外，有没有真正向经典致敬的诚意或内涵呢？今天，我从无线性能的角度做一个简明的观点阐述。   【引子】 这篇文章起初是即兴写的，主要是看到"致敬"二字感觉有点别扭，后来看到有人兴奋地撰文曰国产手机已到”智能手机颠覆前夜“，于是忍不住提笔从"无线性能"视角写写自己看到的国内手机品牌与国际巨头之间的差距，给诸位头脑发热的粉丝们提个醒：革命尚未成功，同志还需努力！可以胸怀大志，但一定要脚踏实地！！——我提醒的不仅仅是小米，还包括其他国产厂商，文章题目只是借小米NOTE宣传的热度未散，吸引一下大家眼球      我原本想等2月份实验室升级后（能完成当今针对4G手机最严格/客观的无线性能测试，我们称之为MIMO OTA），做一次4G手机的实际下载速率测试，把国内比较热门的一些品牌旗舰机，比如华为，中兴，联想，小米，魅族等，与iphone 6+、三星的旗舰机做一个对比，看一看有没有差别——但是鉴于年关将至，以及本人一如既往的拖延症 ...我真的不太能够确定上传的时间，所以今天先写一点背景，权作铺垫吧。      【一】手机”被忽略“了的无线性能 从前或现在，由于专业性和成本因素的制约，互联网评测团队几乎从不涉及无线性能的评测话题，而一般消费者也仅仅将目光聚焦在摄像头成像，屏幕分辨率，外壳色彩等方面，似乎手机作为一个通讯工具，其无线性能是默认没问题的，但事实却并非如人所愿。   在2G时代，我们的GSM制式手机跟基站通信，可以用小时候”你妈妈“（基站）喊"你"（手机）回家吃饭做比喻：你听不听的到喊话，取决于你的耳朵灵敏度（手机接收灵敏度），你要大声回话吃饭不吃饭，取决于你的嗓门（发射功率）够不够大——二者任何一个失效，回家被打屁股（手机通信失败）…手机通信失败，你第一反应是打电话投诉运营商——而实际上运营商可能是无辜的，因为可能不是基站没有布设好，而是你的手机无线性能太差。   所以在国外，为了确保手机的发射功率和接收灵敏度适应自己的基站/布网的要求，一般运营商都要对进入自己网络的手机做入库测试，手机的无线性能越好，基站就可以布的越少，运营商就可以降低成本，这种针对手机的无线性能测试被称作OTA（Over-The-Air）测试——在国外的OTA性能要求取决于运营商，是一个市场行为；在国内，2G/3G的手机， 工信部要求所有的手机厂商做强制的OTA测试，变成了一个政府行为，所以一般国内市售的手机无线性能是基本ok的。 国内经过10几年的经验积累，包含山寨机在内的大部分国内手机公司或天线供应商，都已具备了对 单天线 终端 进行OTA测试的能力和条件（如下图），这客观上保障了2G/3G手机的无线性能——此处，单天线OTA测试（又称为SISO OTA）与后面要说的4G 多入多出 OTA测试有着本质的不同。 （诸如sony，nokia，apple，samsung，blackberry都有自己的OTA测试系统，江河日下的blackberry听说有十几二十套…） 注：在早期，正式开展OTA入网测试之前，由于缺乏必要的调试手段，有一些国产手机成品的灵敏度或发射功率可能比其他品牌手机劣化10倍甚至更多，即使在进行入网测试之后，不同品牌的手机之间的测试结果也有相差2倍或更多的情况出现 。   4G以后，大家用手机不仅仅是通电话了，看视频、玩游戏、刷微博、抢火车票，用的都是数据业务，而与2G/3G系统的单根天线完全不同，4G手机运行数据业务时不仅仅是一根天线接收基站信号了，至少有两根天线同时在接收基站发来的信号，而基站也可能是两根或两根以上的天线发数据，我们称之为MIMO（Multi-Input Multi-Output，多入多出系统），能够大幅提高下载速度——无法用”你妈妈喊你回家吃饭“的比喻形容MIMO手机的无线性能，换句话说， 不能简单用”信号强“来等同于”性能好“ ——视频卡不卡，主要取决于MIMO基带通信芯片算法与天线之间的配合——很不幸，国家出于简政放权减轻企业负担的需要，工信部目前针对4G手机的MIMO性能不做强制要求，因此， 目前大家手上的手机大多没有经过MIMO OTA的验证测试 ——那么，大家认为自己的手机无线性能还ok吗？看看视频，或者抢抢火车票大概就知道ok不ok啦   【二】为什么消费者需要重视4G手机的”无线性能“？ 首先， 如前所述，目前，无论4G手机厂商或运营商如何宣传速度快，其实都仅仅是芯片能够达到的理论最大值 ，但很遗憾，MIMO的性能发挥除了与芯片有关，还 同时 与天线和无线信道密不可分——换句话说，传统手机设计流程是各部件单独调试的，无法完全保证4G手机 的无线性能，更不用说在缺乏MIMO OTA测试系统的情况下，国内华为、中兴、联想、小米、魅族等等小伙伴们都无法将自己的整机MIMO性能进行优化设计，而只能完全寄托于芯片了（这一点上，与WiFi的Beamforming一样是难兄难弟了…）   其次，如果你曾经被厂家精致的宣传画面迷惑，那么通过关注无线测试得出的性能却可以管中窥豹地看到一个产品或公司的背后的真正实力。 原因很简单，无线性能是一个通信设备的基本要求，同时也是研发过程中技术含量最大、研发成本最高的部门之一——换句话说，如果一个手机的无线性能优越，从很大程度上反映了这个公司的资本、人才储备、品控能力和技术深度等综合实力。一个致力于在无线性能上做优化和研发的公司，不可能是做一锤子买卖就跑路的，相反，一个在无线性能研发上不舍得投入的公司，还不足以称作真正 的大公司。   举个例子，虽然Nokia衰败了，但Nokia留在个人无线通信领域的烙印是不可磨灭的：Nokia曾经是最早的到内置天线的应用者——而在上世纪90年代末，大部分其他公司都认为手机的天线时不可能内置的，因为衰减太大！ 上图是我在2012年10月访问丹麦Aalborg大学Gert教授时拍摄的照片，Gert教授曾在上世纪90年代致力于内置天线的研发，并与Nokia一同成功推出商用的内置天线手机，这些创新工作的影响一直延续至今。   【三】差距 在工业制造能力高度发达的今天，大部分手机的设计和制造都已经变成流水化作业：选型芯片，芯片厂商将给你参考设计；采购天线，天线厂家会给你做性能摸底测试…那么，除了堆砌参数和部件性能，一个手机公司最终的核心竞争力在什么地方，与世界级产品的差距究竟在什么地方？绝非”无线性能“这么简单，答案也许在下一个乔布斯的脑子里面，但鉴于我只了解无线性能测试这点儿事，我就只介绍在这个领域里面的差距： 1. HTC： 设计出世界第一款全金属外壳的HTE one，可以参考这里：http://blog.htc.com/2013/02/making-the-new-htc-one/ http://www.anandtech.com/show/6747/htc-one-review/15 2.APPLE： ”工欲善其事必先利其器“，这句话最真实地在iphone身上体现无疑——虽然不自己做基带算法芯片，但是在4G还未商用之前，apple就已经开始自己做MIMO OTA测试方法的研究——这一点直到今天也是被严格保密的，外部人员无法看到真实的测试系统，但今天，各位读者有耐心看到这里，下图也就算是我送各位的一个礼物：iphone最高级别的MIMO OTA验证系统： 3.Samsung： 区别于Apple，Samsung在此领域里面未见对测试方法有深入研究（我未见，并不代表没有！）但听说是有类似以下的测试系统供产品优化调试用： 4.Intel： 2011年底开始深入MIMO OTA方法的研究和研发，相关内容也属于商业秘密，再一次，我可以告诉大家他们与Aalborg大学在2012年合作建造的测试系统外观： 5.高通公司： 听说高通公司使用的是2-Stage法来做芯片和Demo的MIMO性能验证，有别于上述几种方法，2-Stage法对于芯片的设计和验证来说是适合的；但即使同是骁龙810的基带，不同的设计水准和调试，导致最终的整机性能也是不一样的。   反观国内： 1. 国内手机厂商无一具备严格的MIMO OTA测试验证、优化能力 —— 欢迎反驳，打脸我也认，心里高兴！ 2.芯片厂商如联发科、展讯等， 未见其有空口验证系统，我个人推测使用的是传导法进行芯片算法的验证——如果猜错，还请联发科、展讯的兄弟不吝指正！！ 3.三大运营商目前未对终端MIMO 性能测试设定要求 ——实际上也只有中国移动对OTA有严格的入库测试（对厂家免费）要求，中国电信也做一些测试，而中国联通则完全不做要求…所以，如果你是移动用户，至少TD-SCDMA和GSM的常规无线性能是有保证的。 4.国内目前唯一具备MIMO OTA测试能力的两个实验室： A. 工信部电信研究院 泰尔终端实验室（前TMC） B. 就是我们这里了，业务联系#￥%%*……还是不打广告了... 【结束语】 与上篇说WiFi的帖子一样，我认为国内当前的热闹表象之下，对于技术积累的深度还很不够，技术层面我个人最敬佩的是华为，小米至少在通信技术上的积累还欠火候，但似乎并不妨碍产品的热捧，这其实是值得所有公司思考和学习的——看到小米NOTE的价格和参数，我都动心了...国内有这么多对手机、pad和消费类电子产品市场虎视眈眈的公司，在良性竞争的前提下，对消费者是件好事，宣传造势，也无可厚非，粉丝们的素质越来越高，市场总归会回归理性的，不要急，让**飞一会儿，粉丝不会永远脑残…   另外，就不要妄谈某一两款产品或公司能够颠覆智能机市场了，诚然未来是万物互联的，可穿戴设备遍布的，那你知不知道人体对穿戴设备的通信影响很大？这些人体信道模型的研究最后要影响到芯片和设备的设计，这是需要创新的——不是能卖手机就颠覆市场的，也得问问里面的芯片和零部件人家成本多少，赚了多少，他能买给你去”颠覆“，他就能买给别人去”颠覆“...   这个帖子应该是干货比较多了，希望能够起到一定的科普作用，   【后续】 若干品牌的4G手机的下载速率评测——MIMO OTA，敬请期待！ 征求一下大家意见，主要想测哪些手机？我跟厂家没有联系，而且最后评测数据公开给大家参考也是我个人的想法，所以 可能还需要征用用户手机——如果借不到的话。   ——（这个评测，没有时间节点哈，工作忙，大家懂的... ）