無線網絡（WiFi）基礎知識 第三課

3 信號衰減和乾擾

從上文的計算公式可以看出，除了發射功率和天線增益對信號強度有增強的作用外，
路徑損耗和障礙物衰減會減弱信號強度，這些屬於信號衰減範疇。
另外環境中的干擾和噪聲也會減弱信號強度，屬於信號干擾的範疇。
網絡覆蓋設計時應盡量減少不必要的信號衰減和乾擾，
提升信號強度，增加信號有效傳輸距離。

3.1  信號衰減
無線信號在傳輸過程中信號強度會逐漸衰減。
由於接收端只能接收識別一定閾值以上信號強度的無線信號，
當信號衰減過大後，接收端將無法識別無線信號。
下面介紹影響信號衰減的幾個主要常見因素。

障礙物
障礙物是無線網絡環境中最常見，對信號衰減影響非常顯著的一個重要因素。
日常環境中的各種牆壁、玻璃、門對信號都有不同程度的衰減，
尤其是金屬障礙物，很有可能完全阻隔、反射掉無線信號的傳播。
因此在網規的過程中，盡量避免各類障礙物遮擋AP。

傳輸距離
電磁波在空氣中傳播時，隨傳輸距離的增加，信號強度會逐步衰減，直至消失。
在傳輸路徑上的衰減即為路徑損耗。
人們無法更改空氣的衰減值，也無法避開空氣傳播無線信號，
但是可以通過諸如合理增強天線端的發射功率、
減少障礙物遮擋等方式來延長電磁波的傳輸距離。
電磁波能傳輸的越遠，無線信號就能覆蓋更大的空間範圍。

頻率
對於電磁波來說，波長越短，衰減越嚴重。
無線信號採用2.4GHz或5GHz的電磁波發射信號，
由於所使用的電磁波頻率很高，波長很短，
衰減會比較明顯，所以通常傳輸距離不會很遠。

3.2  信號干擾
除了信號衰減會影響接收端對無線信號的識別外，干擾和噪聲也會在一定程度上產生影響。
通常使用信噪比或信幹噪比來衡量干擾和噪聲對無線信號的影響。
信噪比和信幹噪比是度量通信系統通信質量可靠性的主要技術指標，比值越大越好。
干擾是指系統本身以及異系統帶來的干擾，如同頻干擾、多徑干擾。
噪聲是指經過設備後產生的原信號中並不存在的無規則的額外信號，
這種信號與環境有關，不隨原信號的變化而變化。
信噪比SNR（Signal-to-noise Ratio），指的是系統中信號與噪聲的比。

信噪比的表達方式為：
SNR = 10lg（ PS / PN ），其中：
SNR：信噪比，單位是dB。
PS：信號的有效功率。
PN：噪聲的有效功率。

信幹噪比SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio），
指的是系統中信號與乾擾和噪聲之和的比。

信幹噪比的表達方式為：
SINR = 10lg[ PS /( PI + PN ) ]，其中：
SINR：信幹噪比，單位是dB。
PS：信號的有效功率。
PI：干擾信號的有效功率。
PN：噪聲的有效功率。
在網規方案設計時，如果對SNR或SINR沒有特殊要求，
可以暫不考慮。如果有要求，
則在網規設計進行場強信號仿真時，同時進行信幹噪比仿真。

4 頻段和信道
結合前文的概念和網絡覆蓋設計中有效傳輸距離計算公式，
可以分別計算出2.4G和5G頻段的射頻覆蓋範圍。
通過計算結果會發現單個AP的覆蓋範圍有限，
通常需要部署多個AP才能完成完整的網絡覆蓋。
多個AP的組網中，相鄰AP間通常會存在同頻干擾問題，
需要通過規劃無線信號工作的頻段和信道來減少同頻干擾問題。
另外通過信道捆綁可以提高無線終端的網絡速率。

2.4G和5G頻段各有不同的工作信道。

4.1  2.4G頻段
如圖1所示，2.4G頻段被分為14個交疊的、
錯列的20MHz信道，信道編碼從1到14，鄰近的信道之間存在一定的重疊範圍。

以信道1為例，從圖中可知，至少要到信道5才能和信道1沒有交疊區域。
一般場景通常推薦採用1、6、11這種至少分別間隔4個信道的信道組合方式來部署蜂窩式的無線網絡覆蓋，
如圖2所示。同理也可以選用2、7、12或3、8、13的組合方式。
在高密場景下通常推薦使用1、9、5、13四個信道組合方式，如。圖9所示。


如圖4所示，5G頻段資源更豐富，比2.4G頻段擁有更多的20MHz信道。
且相鄰信道之間是不重疊的，如36和40信道。
某些地區的雷達系統工作在5G頻段，與工作在5G頻段的AP射頻信號會存在干擾。
雷達信號可能會對52、56、60、64、100、104、108、112、116、120、124、
128、132、136、140、144信道產生干擾（其中120、124、128是天氣雷達信道）。
如果射頻工作的信道是手動指定的，在規劃信道時注意避開雷達信道，
如果射頻工作的信道是系統動態調整的，系統檢測到工作的信道有乾擾時，會自動切換工作信道。

4.3  信道捆綁
為了提高無線終端無線網絡速率，可以增加射頻的信道工作帶寬。
如果把兩個20MHz信道捆綁在一起成為40MHz信道，同時向一個無線終端發送數據，
理論上數據的通道加寬了一倍，速率也會增加一倍。
如果捆綁兩個40MHz信道，速率會再次加倍，以此類推。
按照信道不同的捆綁方法，可以分為40MHz+、40MHz-、80MHz、
80+80MHz和160MHz幾種類型的信道工作帶寬。
如圖10所示，能成對捆綁的信道是固定的。
40MHz+和40MHz-：兩個相鄰的互不干擾的信道捆綁成一個40MHz的信道，
其中一個是主信道，一個是輔信道。
如果主信道的中心頻率高於輔信道的中心頻率，則為40MHz-，反之則為40MHz+。
例如36和40信道捆綁成40MHz，如果主信道是40信道，則為40MHz-，如果主信道為36，則為40MHz+。

在2.4GHz頻段上通常不建議使用40MHz，如果配置40MHz，
頻段內就只能有一個非重疊40MHz信道。
例如信道1只能和信道5組成40MHz（信道1和2、3、4都有重疊區域），
剩下的信道組合就要避開信道1~8（信道5和6、7、8又有重疊區域）。
所以剩下的信道無法再組成另外一個40MHz的信道。
80MHz：兩個連續的40MHz信道捆綁在一起成為80MHz，
80MHz內的四個20MHz可以選擇任一個做為主信道。

例如36、40、44、48捆綁成80MHz。
80+80MHz：兩個不連續的80MHz捆綁在一起成為80+80MHz。
例如36、40、44、48、100、104、108、112捆綁成80+80MHz。
160MHz：兩個連續的80MHz捆綁在一起成為160MHz。
160MHz內的八個20MHz可以選擇任一個做為主信道。
例如36、40、44、48、52、56、60、64捆綁成160MHz。