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无线功率和信号强度的基本概念
在无线网络中,使用AP设备和天线来实现有线和无线信号互相转换。如下图所示:
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有线网络侧的数据从AP设备的有线接口进入AP后,经AP处理为射频信号,从AP的发送端(TX)经过线缆发送到天线,从天线处以高频电磁波(2.4GHz/5GHz/6GHz频率)的形式将其发射出去;
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高频电磁波通过一段距离的传输后,到达无线终端位置,由无线终端的接收天线接收,再输送到无线终端的接收端(RX)处理;
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反之,从无线终端的发送端(TX)发出去的数据,也是按照上述的流程,逆向处理一遍,输送给AP的接收端(RX)。
在AP发送和无线终端接收天线之间的信号即是无线信号。信号强度在无线信号传输过程中会逐渐衰减。
无线信号名词解释
在了解信号强度时,需要了解几个有关联的基本概念:射频发射功率、EIRP、RSSI、下行信号强度、上行信号强度。如下图:
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①和⑦表示射频发送端处的功率,单位是dBm
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②和⑥表示连接天线的转接头和馈线等线路损耗,单位是dB
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③和⑤表示天线增益,单位dBi或dBd
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④表示路径损耗和障碍物衰减,是发送和接收天线之间的信号能量损耗程度,单位是dB
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射频发射功率:①表示AP端的射频发射功率,⑦表示无线终端的射频发射功率。在网规设计时,注意发射功率与天线增益之和不要超出国家码限制的最大值;
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EIRP:有效全向辐射功率EIRP(Effective Isotropic Radiated Power),即天线端发射出去时的信号强度,EIRP = ① - ②+ ③。
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RSSI:接收信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator),指示无线网络覆盖内某处位置的信号强度,是EIRP经过一段传输路径损耗和障碍物衰减后的值。网规遇到的信号强度弱问题就是指RSSI弱,没有达到指标要求值,导致无线终端接收到很弱的信号甚至接收不到信号。
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下行信号强度:是指无线终端接收到AP的信号强度,下行信号功率 = ① - ② + ③ - ④ + ⑤ - ⑥。
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上行信号强度:是指AP接收到无线终端的信号强度,上行信号功率 = ⑦ - ⑥ + ⑤ - ④ +③ - ②。
所以在不考虑干扰、线路损耗等因素时,接收信号强度的计算公式为:
接收信号强度 = 射频发射功率 + 发射端天线增益 – 路径损耗 – 障碍物衰减 + 接收端天线增益
常用单位dB、dBm、dBi和dBd介绍
日常中通常使用功率来衡量一个电器做功的快慢,如一个10W的电灯泡,10W功率就是电灯泡消耗能量做功的快慢。在天线收发系统里,同样也需要消耗电能来转换为电磁波的能量进行传输。但是电磁波的能量衰减非常快,例如一个100mW的能量源,传输一段距离后很快就能衰减成1mW、0.1mW、0.01mW甚至更小。对于这种呈几何数量级的衰减,使用功率来衡量会给计数带来不便,因此引用新的概念:dB和dBm。
dB
dB(分贝) 是一个纯计数单位,本意是表示两个量的比值大小,没有单位。对于功率,dB = 10*lg(A/B),表示A功率比B功率大多少,如A=100mW,B=10mW,如果用倍数来表示,则A是B的10倍,用dB来表示为:10*lg(100/10)=10dB,即A功率比B功率大10dB。再如A=100mW,B=50mW,A是B的两倍,用dB来表示为:10*lg(100/50)=3dB,即A功率比B功率大3dB。由此可以得出以下结论:每增加或降低3dB,意味着增加一倍或降低一半的功率,即:
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-3dB =1/2功率
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+3dB =2x功率
dBm
dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw),dBm是以1mW为基准。例如:
无线路由器发射功率100mW,换算成dBm表示为10lg100=20dBm。
dBi和dBd
dBi和dBd都是表示功率增益的单位,两者都是相对值,但是它们的参考基准不同。
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dBi:相对于点源天线的功率增益,在各方向的辐射是均匀的。
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dBd:相对于阵子天线的功率增益。
一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。例如,对于一根增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi。dBi和dBd主要作为天线增益的单位。