小伙伴们大家好!上一期咱们分享了:【WLAN的一些基础知识。←点击传送】
在讲到无线网络覆盖的时候,提过两个重要的概念:功率和信号强度。那么在这次的分享中,我们就来讲讲功率和信号强度到底是什么。
功率和信号强度是有效传输距离计算方式的理论依据,在以后的网络覆盖设计中,我们也会再详细给大家讲解有效传输距离的计算方法。
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变幻,就好像是一场黑魔法,只不过这个魔法的图谱被图1给描绘得非常清晰。
有线网络侧的数据像跳上魔法般进入AP设备的有线接口,经过AP的魔法处理,变身成为射频信号,然后从AP的发送端(TX)经过线缆发送到天线起飞,翱翔到天空之中,以高频电磁波(2.4GHz/5GHz/6GHz频率)的形式发射出去。
这些魔法电磁波穿越了长空,在一片寂静之中,突然遇见了一群无线终端,它们的接收天线接住了这些魔法电磁波,然后把数据送到无线终端的接收端(RX)进行处理。
反过来,从无线终端的发送端(TX)出发的数据,也会被这些神奇的魔法电磁波带回到AP的接收端(RX),逆向加持一下魔法,最后化为有线信号,顺利地进入有线网络。
图1 有线无线信号转换
如图1,在发送和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。在了解信号强度时,一并介绍常见的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。
别看图1只是个简单的图片,但其中隐藏着很多奥妙。在发送和接收天线之间传输的信号就是无线信号,这些信号犹如短跑运动员,会在传输过程中逐渐耗费自己的力量,衰减到一定程度就会失去作用。
所以啊,在了解信号强度时,咱们还得一并介绍常见的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。每个概念都像是一位英雄一般,有其独特的性格和表现方式,其实它们也都非常重要哦!
结合图2所示来描述上述这些概念,图中各数字代表含义如下:
图2 基本概念
①和⑦表示射频发送端处的功率,单位是dBm。
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。
③和⑤表示天线增益,单位dBi或dBd。
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。
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。
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。
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。
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。
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
当除路径损耗外的其他参数确定后,就可以确定路径损耗,再根据有效传输距离和路径损耗的关系,计算出有效传输距离。具体请参考覆盖计算。
电器的功率通常用来衡量它做功的快慢,就像我们在夏天吃冰淇淋一样,越快吃完,就越可以享受到清凉。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。
而在天线收发系统中,同样需要电能来转换成电磁波进行传输,但是这些电磁波的能量衰减非常快,就像是小狗追着球跑,很快就气喘吁吁了。
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。如果使用功率来衡量这种呈几何数量级的衰减,那么计算会非常不方便。因此,我们引入了新的概念:dB和dBm。
dB
dB可不是什么神秘的东西,它就是一个纯计数单位。它的计算公式为:dB = 10lg(A / B)。
A和B分别代表两个功率值。现在想象一下,1只小猫和1只小狗都是1mW的功率,A是100只小猫的能量总和,B是10只小狗的能量总和,那么10lg(100 / 10) = 10dB,也就是说,这100只小猫的能量比这10只小狗的能量要大10dB!
如果A的能量变成了10000只小猫的能量总和,那么10lg(10000 / 10) = 30dB,小猫们的能量可比小狗多了呢!当然,dB最主要的用途还是作为信噪比及损耗的单位,这点可不要忘记哦!
dBm
什么是dBm?
好吧,首先,dBm代表分贝毫瓦。这是一种用于表示功率大小的单位,它是通过将功率值除以1mW得到的比值。
听起来有点数学味儿吧,别怕,我们来看个例子:
如果你麻利儿地测定了一个功率值,你可以用dBm来表示它,而且计算公式非常简单:dBm = 10lg(功率值 / 1mW)。这样就可以顺利地转化成为我们的大名鼎鼎的分贝毫瓦啦。
从上面可以看出,如果你想在比较小的范围内描述射频信号的发射、接收功率以及射频噪声,那么用dBm就行了。
这样子不仅简单易懂,还可以节省你宝贵的时间和脑细胞。毕竟,从10000mW到0.0001mW这么大的变化,只需要40dBm到-40dBm就能概括了。
所以说,如果你是一个厉害的工程师,一定要掌握好用dBm来表示各种射频信号的方法哦!
dBi和dBd
dBi和dBd都是表示功率增益的单位,它们都是相对值,只不过参考基准不同而已。
dBi 表示相对于点源天线的功率增益,在各个方向的辐射是均匀的。
dBd 则表示相对于阵子天线的功率增益。
一般来说,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd要大 2.15的样子。这就像是你身高170cm和你的朋友身高175cm之间的关系一样,虽然你的朋友比你高了5cm,但是只要你在自己的头顶上比划5根手指,你们的身高就一样啦!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。
总的来说,dBi和dBd主要作为天线增益的单位,它们都可以帮助我们更好地理解和评估天线的性能。