無線網絡（WiFi）基礎知識 第二課

2 功率和信號強度

2.1  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後，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或5GHz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後，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）。

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，一併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：

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後的值。 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後，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係，計算出有效傳輸距離。具體請參考覆蓋計算。

2.2  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。 在天線收發系統裡，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， 傳輸一段距離後很快就能衰減成1mW、0.1mW、0.01mW甚至更小。 對於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。

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）。

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：相對於點源天線的功率增益，在各方向的輻射是均勻的。 dBd：相對於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，對於一根增益為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。