基于信道仿真的无线局域网设备性能测试研究

一、对信道模型的简单分析

在信息技术快速发展的时代背景下，相关人员对无线信道的特点与性质进行了深入分析，经过实际的研究发现一些高效的数学模型得到了专业人员的测试与验证。无线信号在传输过程中，从天线的发射到接收的整个过程中，信道对信号的衰落影响因素较多。比如，影响程度较大的因素有多径衰落、路径损耗等等。无线信号在进行传输时需要经过多条路径，而在传输过程中很有可能会受到各种因素的影响，水面反射、大气折射等等，多径信号的到达时间也会相应的有所不同，接收信号包络会表现出快速起伏的状态，一旦出现这一现象则会直接影响到数字通信的检测、雷达检测等等，这一现象也被称为是多径衰落。路径损耗主要是指在发射机发射信号之后，与接收机之间通常会有较长的距离，根据实际的调查发现短则在几百米左右的距离，长则在几千米左右的距离，信号在长距离的传输过程中，受到各方面因素的影响，信号的强度会无时无刻地发生变化，之所以会发生变化主要是由于受到了地形以及地面上各种物体的影响[1]。

二、对无线局域网设备运输性能测试方案的设计分析

（一）对硬件方案的分析

在运用硬件方案时，主要是为了验证与分析在信道仿真环境下，无线局域网设备运行过程中各方面的性能。在实际的方案执行过程中需要运用到专业的设备，最重要的为无线信道仿真仪，此类设备能够以传导的方式进行工作，在对无线接入点进行操作时，需要使其经过射频线缆接入到信道仿真仪的输入端口，而在接入无线终端时，同样也需要经过射频线缆连接到信道仿真仪的另一端，即为输出端口。在进入到正式的测试工作中之后，不管是基站还是终端，为了满足实际的测试需求都需要应用到USB 无线网卡。在应用信道仿真仪时，可以看到输入功率十分固定，通常不会发生大的变化，最大输入功率的数值一般不会超过 20dBm ，但是可以看到的是无线终端、无线 AP 在进行正常工作时，最大功率都远远超出了信道仿真仪的输入功率，最大功率的数值为 24dBm 。由此可见，在信道仿真仪的两个端口，输出口与输入口都需要连接上专门的衰减器，一般比较常见的为 8dBm 的衰减器，USB 口则可以发挥出自身的供电功能，促使无线终端与无线AP 的正常工作。

（二）对软件方案的分析

在新时期关于网络性能测试软件的类型较多，应用频率较高、效果较好的为主要有两种软件，即为 Chariot 与 Iperf。以 Chariot 这一软件的应用为例，在用这一软件对无线局域网设备进行测试时，在测试专用的计算机上需要安装上与之相对应的应用程序，这一软件专用的应用程序主要有两个，为 Endpoint 与 Chariot Console，这两个程序不能单独运行，需要同时启动并且结合测试模型，然后在连接终端的计算机上还需要安装上应用程序Endpoint ，然后启动这一程序。在信道仿真仪上进行测试时，功率为一直变化的状态，且还会受到其他因素的影响。比如，会受到线损的影响、外界无线信号的影响等等，在连接终端的计算机上，可以安装上能够检测无线终端接收灵敏度程度的软件，进而对被检测的设备的接收信号强度进行全过程的监控[2]。

三、对测试数据的简单分析

通过实际的测试可以得出结论，如图 1 所示，虽然影响产品运输性能的因素较多，但是信道模型为影响程度较大的重要因素之一。信号模型的参数所包含的类型较多，除了以上所提到的多径数之外，还有噪音、移动速度等等。在图 1 的基础上再次进行了研究发现，在对信道模型的速度参数进行修改和调整后，将速度数值设置在 0-300km/h 进行变化时，得出了相应的通信过程的传输性能数值，如以下图2 所示。

在对图 2 中的数据进行详细分析之后可以发现，在移动速度不断增加的情况下，USB 无线网卡的传输性能也会相应的发生变化，传输性能为不断下降的状态。其中可以清楚地看到，在传输速度设置在 120km/h 时，与80kmΩ 的速度相比，吞吐量则大大降低，传输时的时延则大大提升，如图所示达到了 342ms 。以城轨车辆的运行为例，有数据明确显示要求在运行时的吞吐量不能低于 11 Mbps，且对于传输的时延也提出了明确的要求，规定不能超过 500ms 。无线网卡目前的性能可以达到使用时的需求，802.11b/g 技术作为比较常见的一种技术，具有明显的应用优势，被应用到了城轨中传输车地交互的数据。但是需要注意的是，在速度过于快，已经超出了 120km/h 的情况下，可以看到传输性能则会明显低于正常水平，此时也不能达到城轨通信的性能要求，此项技术只能适用于速度不超过120km/h 或者速度较慢的城轨传输车地交互数据，由此可见 802.11b/g 技术具有一定的局限性，不适用于高铁和动车等速度较快的城轨车[3]。

如以上图 3 所示，通过对比多径下设备的性能发现，在设置多径数的数值时，数值分别为1 条、2 条、3 条等等，然后依次对设备进行了测试得出了传输时延、吞吐量，对图中的各项数值进行进一步的分析可以得到，在多径数值大于 2 的情况下，与 1 条多径数的仿真环境相比，不仅吞吐量得到了大大提升，传输时延也明显提升，可以得出在多径数不断提升的情况下，吞吐量也会随之提高，传输延相对为降低的状态，而设备的整体传输性能为不断提升的状态。在实际的应用过程中，为了增加多径数，达到提升设备整体运输性能、改善产品传输性能的目的，可以引入多入多出（MIMO）技术，此项技术的应用优势比较明显，能够大大提升产品运输性能[4]。

结语：综上所述，基于信道仿真的无线局域网设备性能测试十分有必要。本文对应用信道仿真仪的信道仿真环境进行了分析，对一些重要参数进行了对比测试，比如传输时延、吞吐量等参数，研究结果显示无线局域网设备在移动速度不超过 120km/h 的环境下，传输性能会大幅度降低，仿真环境的多径数大于1 条时，可以看到传输性能大大提升。

参考文献：

[1]李想，刘乃安，李晓辉.多径信道下无线通信系统性能分析虚拟仿真实验——以“ 无线通信” 课程为例[J].工业和信息化教育，2024，（08）：35-41.

[2]孙广年.无线信道仿真器中多通道同步与校正技术的研究与实现[D].南京信息工程大学，2023.

[3]黄东，肖华，曹俊.基于信道仿真的无线局域网设备性能测试研究[J].河南科技，2021，40（12）：10-12.

[4]张晨莎.信道仿真器中高精度与宽动态时延模块的研究与实现[D].南京信息工程大学，2023.