功率和信號強度基本概念
在無線網絡中,使用AP設備和天線來實現有線和無線信號互相轉換。如圖1所示,有線網絡側的數據從AP設備的有線接口進入AP后,經AP處理為射頻信號,從AP的發送端(TX)經過線纜發送到天線,從天線處以高頻電磁波(2.4GHz/5GHz/6GHz頻率)的形式將其發射出去。高頻電磁波通過一段距離的傳輸后,到達無線終端位置,由無線終端的接收天線接收,再輸送到無線終端的接收端(RX)處理。反之,從無線終端的發送端(TX)發出去的數據,也是按照上述的流程,逆向處理一遍,輸送給AP的接收端(RX)。
圖1 有線無線信號轉換
如圖1,在發送和接收天線之間的信號即是無線信號。信號強度在無線信號傳輸過程中會逐漸衰減。在了解信號強度時,一并介紹常見的幾個有關聯的基本概念:射頻發射功率、EIRP、RSSI、下行信號強度、上行信號強度。
結合圖2所示來描述上述這些概念,圖中各數字代表含義如下:
圖2 基本概念
①和⑦表示射頻發送端處的功率,單位是dBm。
②和⑥表示連接天線的轉接頭和饋線等線路損耗,單位是dB。
③和⑤表示天線增益,單位dBi或dBd。
④表示路徑損耗和障礙物衰減,是發送和接收天線之間的信號能量損耗程度,單位是dB。
射頻發射功率:①表示AP端的射頻發射功率,⑦表示無線終端的射頻發射功率。在網規設計時,注意發射功率與天線增益之和不要超出國家碼限制的最大值。
EIRP:有效全向輻射功率EIRP(Effective Isotropic Radiated Power),即天線端發射出去時的信號強度,EIRP = ① - ②+ ③。
RSSI:接收信號強度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator),指示無線網絡覆蓋內某處位置的信號強度,是EIRP經過一段傳輸路徑損耗和障礙物衰減后的值。網規遇到的信號強度弱問題就是指RSSI弱,沒有達到指標要求值,導致無線終端接收到很弱的信號甚至接收不到信號。
下行信號強度:是指無線終端接收到AP的信號強度,下行信號功率 = ① - ② + ③ - ④ + ⑤ - ⑥。
上行信號強度:是指AP接收到無線終端的信號強度,上行信號功率 = ⑦ - ⑥ + ⑤ - ④ +③ - ②。
所以在不考慮干擾、線路損耗等因素時,接收信號強度的計算公式為:
接收信號強度 = 射頻發射功率 + 發射端天線增益 – 路徑損耗 – 障礙物衰減 + 接收端天線增益
當除路徑損耗外的其他參數確定后,就可以確定路徑損耗,再根據有效傳輸距離和路徑損耗的關系,計算出有效傳輸距離。具體請參考覆蓋計算。
常用單位
日常中通常使用功率來衡量一個電器做功的快慢,如一個10W的電燈泡,10W功率就是電燈泡消耗能量做功的快慢。在天線收發系統里,同樣也需要消耗電能來轉換為電磁波的能量進行傳輸。但是電磁波的能量衰減非常快,例如一個100mW的能量源,傳輸一段距離后很快就能衰減成1mW、0.1mW、0.01mW甚至更小。對于這種呈幾何數量級的衰減,使用功率來衡量會給計數帶來不便,因此引用新的概念:dB和dBm。
dB
dB是一個純計數單位,它的計算公式為dB = 10lg(A / B)。
當A和B表示兩個功率時,dB就表示兩個功率的相對值,例如A的功率為100mW,B的功率為10mW,則10lg(100 / 10) = 10dB,表示A比B大10dB。如果A的功率變為10000mW,則10lg(10000 / 10) = 30dB。
dB主要作為信噪比及損耗的單位。
表1 常見dB和A/B對應關系
dBm
dBm即分貝毫瓦,是功率值與1mW的比值,表示功率絕對值的單位。m表示mW,dBm可以與功率單位mW相互轉換,計算公式為:dBm = 10lg(功率值 / 1mW)。
表2 常見dBm和功率值對應關系
從上面可以看出,從10000mW到0.0001mW,如果用dBm表示,只需要40dBm到-40dBm就可以表達,dBm方式更適合在這種場景下使用。所以通常使用dBm作為射頻發射、接收功率和射頻噪聲的單位。
dBi和dBd
dBi和dBd都是表示功率增益的單位,兩者都是相對值,但是它們的參考基準不同。
dBi:相對于點源天線的功率增益,在各方向的輻射是均勻的。
dBd:相對于陣子天線的功率增益。
一般認為,表示同一個增益,用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2.15。例如,對于一根增益為16dBd的天線,其增益折算成單位為dBi時,則為18.15dBi。
dBi和dBd主要作為天線增益的單位。