功率和信號強度

在這一節(jié)中，我們將為大家介紹關于功率和信號強度的概念，這可是有效傳輸距離計算方式的理論依據(jù)哦。而且，咱們還會在以后的網(wǎng)絡覆蓋設計中詳細給大家講解有效傳輸距離的計算方法呢！是不是很期待呀？

功率和信號強度基本概念

在無線網(wǎng)絡中，使用AP設備和天線來實現(xiàn)有線和無線信號互相變幻，就好像是一場黑魔法，只不過這個魔法的圖譜被圖1給描繪得非常清晰。有線網(wǎng)絡側(cè)的數(shù)據(jù)像跳上魔法般進入AP設備的有線接口，經(jīng)過AP的魔法處理，變身成為射頻信號，然后從AP的發(fā)送端（TX）經(jīng)過線纜發(fā)送到天線起飛，翱翔到天空之中，以高頻電磁波（2.4GHz/5GHz/6GHz頻率）的形式發(fā)射出去。這些魔法電磁波穿越了長空，在一片寂靜之中，突然遇見了一群無線終端，它們的接收天線接住了這些魔法電磁波，然后把數(shù)據(jù)送到無線終端的接收端（RX）進行處理。反過來，從無線終端的發(fā)送端（TX）出發(fā)的數(shù)據(jù)，也會被這些神奇的魔法電磁波帶回到AP的接收端（RX），逆向加持一下魔法，最后化為有線信號，順利地進入有線網(wǎng)絡。

圖1?有線無線信號轉(zhuǎn)換

如圖1，在發(fā)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(lián)的基本概念：射頻發(fā)射功率、EIRP、RSSI、下行信號強度、上行信號強度。

別看圖1只是個簡單的圖片，但其中隱藏著很多奧妙。在發(fā)送和接收天線之間傳輸?shù)男盘柧褪菬o線信號，這些信號猶如短跑運動員，會在傳輸過程中逐漸耗費自己的力量，衰減到一定程度就會失去作用。所以啊，在了解信號強度時，咱們還得一并介紹常見的幾個有關聯(lián)的基本概念：射頻發(fā)射功率、EIRP、RSSI、下行信號強度、上行信號強度。每個概念都像是一位英雄一般，有其獨特的性格和表現(xiàn)方式，其實它們也都非常重要哦！

結(jié)合圖2所示來描述上述這些概念，圖中各數(shù)字代表含義如下：

圖2?基本概念

• ①和⑦表示射頻發(fā)送端處的功率，單位是dBm。

• ②和⑥表示連接天線的轉(zhuǎn)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(fā)送和接收天線之間的信號能量損耗程度，單位是dB。

射頻發(fā)射功率：①表示AP端的射頻發(fā)射功率，⑦表示無線終端的射頻發(fā)射功率。在網(wǎng)規(guī)設計時，注意發(fā)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(fā)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(wǎng)絡覆蓋內(nèi)某處位置的信號強度，是EIRP經(jīng)過一段傳輸路徑損耗和障礙物衰減后的值。網(wǎng)規(guī)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(fā)射功率 + 發(fā)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(shù)確定后，就可以確定路徑損耗，再根據(jù)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

電器的功率通常用來衡量它做功的快慢，就像我們在夏天吃冰淇淋一樣，越快吃完，就越可以享受到清涼。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。而在天線收發(fā)系統(tǒng)中，同樣需要電能來轉(zhuǎn)換成電磁波進行傳輸，但是這些電磁波的能量衰減非?？?，就像是小狗追著球跑，很快就氣喘吁吁了。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。如果使用功率來衡量這種呈幾何數(shù)量級的衰減，那么計算會非常不方便。因此，我們引入了新的概念：dB和dBm。

dB

dB可不是什么神秘的東西，它就是一個純計數(shù)單位。它的計算公式為：dB = 10lg（A / B）。A和B分別代表兩個功率值，現(xiàn)在想象一下，1只小貓和1只小狗都是1mW的功率，A是100只小貓的能量總和，B是10只小狗的能量總和，那么10lg（100 / 10） = 10dB，也就是說，這100只小貓的能量比這10只小狗的能量要大10dB！如果A的能量變成了10000只小貓的能量總和，那么10lg（10000 / 10） = 30dB，小貓們的能量可比小狗多了呢！當然，dB最主要的用途還是作為信噪比及損耗的單位，這點可不要忘記哦！

表1?常見dB和A/B對應關系

dBm

什么是dBm？好吧，首先，dBm代表分貝毫瓦，這是一種用于表示功率大小的單位，它是通過將功率值除以1mW得到的比值。聽起來有點數(shù)學味兒吧，別怕，我們來看個例子，如果你麻利兒地測定了一個功率值，你可以用dBm來表示它，而且計算公式非常簡單：dBm = 10lg（功率值 / 1mW）。這樣就可以順利地轉(zhuǎn)化成為我們的大名鼎鼎的分貝毫瓦啦。

表2?常見dBm和功率值對應關系

從上面可以看出，如果你想在比較小的范圍內(nèi)描述射頻信號的發(fā)射、接收功率以及射頻噪聲，那么用dBm就行了。這樣子不僅簡單易懂，還可以節(jié)省你寶貴的時間和腦細胞。畢竟，從10000mW到0.0001mW這么大的變化，只需要40dBm到-40dBm就能概括了。所以說，如果你是一個厲害的工程師，一定要掌握好用dBm來表示各種射頻信號的方法哦！

dBi和dBd

dBi 和 dBd 都是表示功率增益的單位，它們都是相對值，只不過參考基準不同而已。

• dBi 表示相對于點源天線的功率增益，在各個方向的輻射是均勻的。

• dBd 則表示相對于陣子天線的功率增益。

一般來說，表示同一個增益，用 dBi 表示出來比用 dBd 要大 2.15 的樣子。這就像是你身高170cm和你的朋友身高175cm之間的關系一樣，雖然你的朋友比你高了5cm，但是只要你在自己的頭頂上比劃5根手指，你們的身高就一樣啦！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。

總的來說，dBi 和 dBd 主要作為天線增益的單位，它們都可以幫助我們更好地理解和評估天線的性能。