无线通信里的一些参数(dB dBm RSRP RSRQ RSSI SIN) / 天线增益

历史由来

dB展开应写为decibel，其中“deci”为十分之一，而“bel”则是电话发明人贝尔的名字。

在上个世纪，通信工程师们发现电话线越长，衰减量越大，比如电线出来的某个距离位置，信号衰减就变成了差不多原来的十万分之一以下，这时候在交流这一个现象的时候就得描述到“信号衰减为原来的1/100000”，这个“1/100000”在书写、计算的过程中数值比较多，碰到百万分之一，千万分之一的时候交流起来就更加不方便了，因此通信工程师采用了数学上的“对数”来对该数值进行“包装”，包装后的数值能更加简洁且还能还原到原来的实际数值。

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dB和dBm

dB和dBm的区别：

dB是一个相对的值，可以理解成是没有单位量纲的，它一定是比较的结果；
dBm是测量数值与1mw比较的结果，是绝对值；

1、dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP(功率值/1mw)，
[例1]如果发射功率P为1mw。计算为dBm后为0dBm
[例2]对于40W的功率，按dBm单位进行计算后的值应为：
10lg(40W/1mw)=10lg(40000) = 10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

因为无线信号多为mW级别，所以对它进行了极化，转化为dBm而已，不表示信号是负的。1mw就是0dBm，小于1mw就是负数的dBm数。

2、dB

dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或者小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）
[例3]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3dB
[例4]7/8英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
[例5]如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大5dB
[例6]如果甲天线为12dBm，乙天线为14dBm，可以说甲比乙小2dB

dB是无量纲单位，它表示两个信号之间的幅度差。dBm是有量纲单位，它表示以1毫瓦为基准时的计量单位。例如我们定义在50欧姆负载上得到1毫瓦功率时为0dBm，那么10dBm就是10毫瓦，200dBm就是100毫瓦，30dBm就是1瓦，功率的对数计算大家应该知道的。

RSRP RSRQ RSSI SNR

无线通信中的关键指标：

SINR-Signal To Interference Plus Noise Ratio（信号干扰噪声比）
RSRP-Reference Signal Received Power（参考信号接收功率）
RSRQ-Reference Signal Received Quality（参考信号接收质量）
RSSI-Received Signal Strength Indicator（接收信号强度指示）

RSRP衡量小区覆盖，RSSI反映信号强度和干扰，RSRQ是RSRP与RSSI的比值，SINR则评估链路质量。这些参数在LTE和5G网络中用于信号质量评估和网络优化。

SINR/SNR是指信号和噪声的比例，signal to noise ratio的缩写，即信噪比，它指规定条件下测得的有用信号电平与电磁噪声电平之间的比值。在任意点上有用信号的幅度与同一点上噪声信号的幅度之比，并用分贝(dB)表示。峰值与脉冲噪声相联系，有效值则与随机噪声相联系。一般是越大越好。就像你在收音机里听到的广播和噪音的比例一样。如果信号很大，噪声很小，那么你就可以听得很清楚；如果信号很小，噪声很大，那么你就会听不清楚。SINR/SNR越高，表示信号越清楚，数据传输越可靠。
RSRP是指信号的强度，就像你在手机里看到的讯号格数一样。如果信号很强，那么你就可以和基站保持良好的连接；如果信号很弱，那么你就可能会掉线或切换到另一个基站。RSRP越高，表示信号越强，通道衰减越小。
RSRQ是指信号的质量，就像你在手机里看到的网络速度一样。如果信号很好，那么你就可以享受高速的网络服务；如果信号很差，那么你就可能会遇到网络卡顿或断开的情况。RSRQ越高，表示信号越好，干扰越小。
RSSI是指接收到的整体功率，包括来自服务小区的所需功率以及所有共频功率和其他噪声源的功率。RSSI可以反映无线环境的复杂性和多样性，也可以用于计算RSRQ。RSSI越高，表示接收到的功率越大，但不一定表示信号质量越好。
‌‌CSQ值（Composite Signal Quality）是衡量无线通信信号质量的一个指标，特别是在‌GSM网络中，它反映了信号的强度和稳定性。‌‌CSQ值的取值范围通常在0到31之间，其中0表示最差的信号质量，31表示最好的信号质量。在某些情况下，99可能表示无信号或异常情况。CSQ值与信号强度之间存在一定的关系。一般来说，CSQ值越高，表示信号强度越好，通信质量越高。例如，CSQ值为31时，信号强度最佳，通信质量最好；而CSQ值为0时，信号强度最差，通信质量最差，一般大于5即可正常工作。在实际应用中，可以通过特定的命令或操作来查看CSQ值。例如，在某些设备上，可以通过发送AT命令（如AT+CSQ）来获取CSQ值。此外，了解CSQ值的取值范围及其与信号强度的关系有助于更好地评估通信质量，特别是在信号质量不佳时采取相应的措施。

RSSI和CSQ之间的对应关系式什么呢？OK，就是：CSQ值=(接收信号强度dBm+113)/2。
参考值如下：
CSQ取值范围是【0，1，2~31，99】，没有其他值。如果rssi值大于-51，CSQ一律取31。

RSSI在实际测试环境中的应用

天线增益

天线是一个能量的转换器，可以把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换。所以，天线并不能放大信号，而是将信号的能量集中起来，辐射出去。我们把这个能量集中辐射的能力，称为天线的增益，一般无线路由器天线的增益在3-5个dbi左右，很难再向上提升。

什么是天线增益呢？也就是说，在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。当然，这个解释有点拗口了，通俗的说，增益表明的就是天线可以把信号放大多少倍。这下问题又来了，天线是无源器件，不需要电源的啊，那它怎么能放大，这不是违反最基本的能量守恒原理吗？

当然，天线实现高增益的方法很多，在这里，我们说说路由常用的棒状天线的增益原理。这种天线的学名叫做螺旋倒相天线，从结构上来说，它就是直线振子和螺旋状倒相器的混合结构。其中，直线的振子部分负责发射信号，而螺旋倒相器负责改变信号的相位，这样，两段振子发射的是相位不同的信号，这一信号在经过复合后，就形成幅度更大的信号，这样，信号就获得了增强。

不过，信号在复合后，波束的辐射角度会变小，作为棒状天线而言，虽然径向信号依旧是360度覆盖，但在轴向覆盖角度上，却大大降低。也就是说，棒状高增益天线，其覆盖范围其实没有变化，（其实，在多次倒相和衰减后，信号在天线上的衰减，反倒会令其发射功能有所降低），这是能量守恒原理决定的，它相当于把整个信号压薄了，这样，信号覆盖范围增大，但覆盖高度，却降低了。

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‌天线增强信号的原理主要依赖于天线的增益和方向性。‌

天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述了一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。表示天线增益的参数有dBd和dBi，其中dBi是相对于点源天线的增益，dBd相对于对称阵子天线的增益，dBi=dBd+2.15。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远‌1。

天线实现高增益的方法有很多，其中一种是通过改变信号的相位来实现。例如，螺旋反相天线和螺旋倒相天线，它们由直线振子部分和螺旋反相器部分组成。直线振子部分负责传输信号，而螺旋反相器负责改变信号的相位，使两个振子发出不同相位的信号。这些信号经过重新组合后，形成幅度较大的信号，从而使信号得到增强。然而，这种信号重组会导致波束的辐射角变小，虽然径向信号依旧是360度覆盖，但在轴向覆盖角度上大大降低。这意味着天线的覆盖范围其实没有变化，但相当于把信号“压薄”了，使得信号覆盖范围增大，但覆盖高度降低。这是能量守恒原理决定的‌23。

此外，天线并不能放大信号，而是将信号的能量集中起来，辐射出去。天线的增益一般指的是它集中辐射能量的能力，而不是直接放大信号的强度。因此，天线通过优化其方向性和波瓣形状，将信号能量集中在特定的方向上，从而提高信号的接收质量‌4。

综上所述，天线增强信号的原理主要在于通过优化天线的方向性和波瓣形状，以及通过改变信号的相位来实现信号的增强和集中，从而提高信号的接收质量和覆盖范围。