關(guān)于無線信號傳輸距離和衰減問題

1、北京萬藍(lán)拓通信技術(shù)有限公司 宣關(guān)于無線信號傳輸距離和衰減問題什么是無線CPE?CPE 的英文全稱為：Customer Premise Equipment！ 無線CPE 就是一種接收wifi 信號的無線終端接入設(shè)備，可取代無線網(wǎng)卡、 無線AP 和無線網(wǎng)橋！可以接收無線路由器，無線AP 和無線打印服務(wù)器的無線信號！是一款新型的無線終端接入設(shè)備！大量應(yīng)用于醫(yī)院，單位，工廠，小區(qū)等無線網(wǎng)絡(luò)接入，節(jié)省鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用！ 搭配14DBI的原裝平板定向天線！按照理想的狀況來說戶外直線傳輸距離 達(dá)到2000 米是沒問題的！理想的情況所指的是無干擾無障礙的情況下，而在我 們生活的城市這種情況基本上是不可能存在

2、的，在一般的生活小區(qū)，醫(yī)院和單位的較為穩(wěn)定接收距離是50米左右！如果接收的距離內(nèi)有墻體阻隔，按照每 堵墻衰減3DBI 來算(具體衰減值跟墻的參數(shù)有很大區(qū)別) 此款無線 USB CPE 還搭配 USB延長線，如果要接受戶外的無線信號， CPE 天線最好是外置于戶外，這樣搭配的3 米USB 延長線是不可缺少的了！ 穿墻能力與設(shè)備使用的頻段有直接的關(guān)系。微波的最大特點(diǎn)就是近乎直 線傳播，繞射能力非常弱，因此身處在障礙物后面的無線接收設(shè)備會(huì)被障礙物 給阻擋。所以對于直線傳播的無線微波信號來說，只能是穿透障礙物以到達(dá) 障礙物后面的無線設(shè)備了。穿透了障礙物的無線信號將逐漸變成較弱的信號， 至于這個(gè)信號還有

3、多強(qiáng)，這就是穿透能力或直接說是穿墻能力了。對于用戶 來說，都希望無線信號能至少穿透屋內(nèi)的墻壁和地板。墻壁的材質(zhì)有多種，有 木質(zhì)墻、玻璃墻、磚墻、混凝土墻等；地板一般是鋼筋混凝土。每穿透一道隔 離墻，無線的接受信號或多或少都有衰減，上面的建筑結(jié)構(gòu)依次從低到高的衰減。一旦選用了發(fā)射功率過低、接收靈敏度不夠、天線增益不夠的無線設(shè)備， 無線信號會(huì)衰減得很利害，傳輸速率急速下降，甚至?xí)菀壮霈F(xiàn)無線的盲點(diǎn)。無線設(shè)備的發(fā)射功率、接收靈敏度(這是雙向的)、天線增益、有效傳輸距 離都直接與隔斷穿透能力和連接是否穩(wěn)定以及最終實(shí)際傳輸速率有關(guān)，是能否 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定速度無縫連接十分關(guān)鍵的指標(biāo)。無線設(shè)備的穿透隔墻的能力，通

4、常情況下取決于以下技術(shù)指標(biāo)：(1)IEEE 802.11 規(guī)定的無線局域網(wǎng)設(shè)備的最大發(fā)射功率是20dBm(100 毫瓦)，一般較好的產(chǎn)品要達(dá)到17dBm。(2)接收靈敏度目前 最優(yōu)的是-105dB。經(jīng)過一層木板，接收信號將衰減4dB；經(jīng)過一堵磚墻，接收 信號將衰減815 dB；經(jīng)過鋼筋混凝土墻，則至少衰減1530 dB。發(fā)射靈敏度 高達(dá)105dB 的無線設(shè)備具有強(qiáng)大的墻壁穿透性；能夠連續(xù)穿透三面厚度達(dá)1.2 米總間隔30 米的鋼筋混凝土墻壁而不需要任何中繼設(shè)備。(3)天線增益最好是 27 dBi。一般的無線局域網(wǎng)設(shè)備的天線增益為2dBi，按照經(jīng)驗(yàn)，2dBi 的增益天 線信號可以穿透兩堵墻。若是

5、房間太多，經(jīng)過的隔墻比較多，最好是設(shè)備是天線可拆，以便配置高增益天線，如改換8dBi 的全向天線加以增強(qiáng)。需要指出的是，金屬物體的障礙物，不僅阻擋微波無線信號，它還能把電磁的能量給吸收掉，生成弱電流泄流掉，因此，無線信號在家庭環(huán)境中最大的障礙物是內(nèi)有鋼 筋網(wǎng)的樓板，這個(gè)方向的信號幾乎沒有穿透的可能。天線是無源器件不會(huì)增加 功率不管加多大增益的天線它發(fā)射的功率都不會(huì)比路由器本身功率更高。視距傳輸是無線傳輸?shù)囊粋€(gè)特點(diǎn)，指的是無線信號只能沿直線傳播，而且傳播過程中遇到障礙物會(huì)發(fā)生衍射、折射、反射或者偏離原方向，從而造成衰減等不良影響。我們可以簡單用肉眼判斷兩點(diǎn)之間是否可以無障礙傳輸(清晰視距或 cl

6、ear LOS)，這就是視距的由來。我們計(jì)算無線信號傳輸距離的時(shí)候必須要考慮兩點(diǎn)之間的水平距離以及垂直距離，才能真正確定其無線傳輸?shù)木嚯x。視距傳輸是無線傳輸?shù)囊粋€(gè)特點(diǎn)，指的是無線信號只能沿直線傳播，而且傳播過程中遇到障礙物會(huì)發(fā)生衍射、折射、反射或者偏離原方向，從而造成衰減等不良影響。我們可以簡單用肉眼判斷兩點(diǎn)之間是否可以無障礙傳輸(清晰視距或 clear LOS)，這就是視距的由來。我們計(jì)算無線信號傳輸距離的時(shí)候必須要考慮兩點(diǎn)之間的水平距離以及垂直距離，才能真正確定其無線傳輸?shù)木嚯x。 WLAN,WIFI,無線局域網(wǎng)無線信號測試方式與計(jì)算方法 WLAN 微波鏈路的計(jì)算方法： WLAN 無線設(shè)備的

7、發(fā)射功率、天線增益和傳輸距離的對應(yīng)關(guān)系，按以下計(jì)算 公式可以得到：Pt=Pr-Gt-Gr+Bt+M+Ld 其中：Pt 為發(fā)射功率(dBm) (這里是網(wǎng)橋、AP或網(wǎng)卡本身的輸出功率。當(dāng)有放大器時(shí)則是放大器的輸出功率) Pr為接收功率(dBm)：-88 dBm(11Mbps)或者-74dBm(54Mbps) Gt為發(fā)射天線增益(dB)Gr為接收天線增益(dB)Bt為合路器、饋線或波導(dǎo)損耗(dB)：一般考慮6至10dB為衰落儲(chǔ)備(dB)：具體選值收到很多因素的影響 Ld 為自由空間損耗(dB),注：相同傳輸距離時(shí)，5.8GHz 系統(tǒng)的自由空間衰減比2.4GHz 系統(tǒng)多了 7.31dB WLAN 設(shè)備

8、傳輸數(shù)據(jù)的速度與無線設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度是有關(guān)系的。 802.11 的設(shè)備通常接收靈敏度都可以在-88dBm左右到11Mbps。而802.11 的設(shè)備要達(dá)到54Mbps，則到達(dá)設(shè)備的信號強(qiáng)度需要達(dá)到-70dBm 左右。顯然，如果不借用802.11專用的功率放大器，54Mbps設(shè)備的工作距離比11Mbps的設(shè)備近得多。 另外，因?yàn)閃LAN的系統(tǒng)是雙向工作的，所以在計(jì)算鏈路參數(shù)時(shí)必須進(jìn)行雙 向計(jì)算。 在上面的講述中，衰落設(shè)備一項(xiàng)對應(yīng)了在實(shí)際工程上是經(jīng)常會(huì)遇到的問題。比如樹木、建筑物或車輛的遮擋衰減，建筑材料的吸收衰減，水體的能量吸收衰減，天線的安裝不正或行進(jìn)中的晃動(dòng)等等不確定的因素造成的衰減，都會(huì)

9、影響到系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嵉販y試，正確地選擇系統(tǒng)設(shè)備和天饋系統(tǒng)，為系統(tǒng)留下足夠的衰落儲(chǔ)備，以保證能夠長期穩(wěn)定地工作。以下是一些建筑材料衰減損耗的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 混凝土墻：1318dB 空心砌磚墻：46dB 簡易石膏板墻：35dB 普通玻璃門窗：24dB 鍍膜玻璃門窗：1215dB 木門：35dB 金屬板房及門：1215dB二、無線通信距離的計(jì)算 這里給出自由空間傳播時(shí)的無線通信距離的計(jì)算方法：所謂自由空間傳播 系指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空 間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。 通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏

10、度和工作頻率有關(guān)。Lfs(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中Lfs 為傳輸損耗，d 為傳輸距離，頻率的單位MHz 計(jì)算。 由上式可見，自由空間中電波傳播損耗(亦稱衰減)只與工作頻率f 和傳播 距離d 有關(guān)，當(dāng)f 增大一倍時(shí)，Lfs將分別增加6dB.下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗 Los=32.44+20lg d(Km)+20lg f(MHz) Los 是傳播損耗，單位為dB 是工作頻率，單位是MHz 下面舉例說明一個(gè)工作頻率為433.92 MHz，發(fā)射功率為+10dBm(10mW)，接 收靈敏度為-105dBm 的系統(tǒng)在自由空間的傳播距離： 1.由發(fā)射功

11、率+10dBm，接收靈敏度為-105dBm Los=115dB 2.由Los、f 計(jì)算得出d=30 公里 這是理想狀況下的傳輸距離，實(shí)際的應(yīng)用中是會(huì)低于該值，這是因?yàn)闊o線 通信要受到各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑等造成的損耗，將上述損耗的參考值計(jì)入上式中，即可計(jì)算出近似通信距離。假定大氣、遮擋等造成的損耗為25dB，可以計(jì)算得出通信距離為：d=1.7 公里 結(jié)論：無線傳輸損耗每增加6dB,傳送距離減小一倍三、射頻/傳輸線概念 3.1 傳輸線的一些概念 連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端(或接收機(jī)輸入端)的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號功

12、 率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀€接收到的信號以最小的損 耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號的波長時(shí)，傳輸線又叫做長線。 3.2 傳輸線種類：超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線； 微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對稱式或平衡式的傳輸線，這 種饋線損耗大，不能用于UHF 頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍

13、寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使 用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。 3.3 傳輸線特征阻抗：無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳 輸線的特性阻抗，用Z0 表示。 同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為：Z。=60/rLog(D/d)歐。 為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。通常Z0=50歐，也有Z0=75 歐的。由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導(dǎo) 體直徑D有關(guān)，而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗無關(guān)。 3.4 饋線衰減系數(shù)：信號在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻性損耗外，還有 絕緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻

14、率的提高而增加。 因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長度。單位長度產(chǎn)生的損耗的大小用衰減系數(shù)： 表示，其單位為dB/m(分貝/米)，電纜技術(shù)說明書上的單位大都用dB/100m(分貝/百米). 設(shè)輸入到饋線的功率為P1，從長度為L(m)的饋線輸出的功率為P2，傳輸 損耗TL 可表示為： TL=10Lg(P1/P2)(dB) 衰減系數(shù)為 =TL/L(dB/m) 例如，NOKIA 7/8 英寸低耗電纜，900MHz 時(shí)衰減系數(shù)為 =4.1 dB/100 dB/73m，也就是說，頻率為900MHz 的信號功率，每經(jīng)過73 長的這種電纜時(shí)，功率要少一半。而普通的非低耗電纜，例如，SYV-9-50-1，900M

15、Hz 時(shí)衰減系數(shù)為 =20.1 dB/100 m，也可寫成 dB/15m，也就是說，頻率為900MHz 的信號功率，每經(jīng)過15 長的這種電纜時(shí)，功率就要少一半！ 3.5 關(guān)于傳輸線阻抗的匹配與反射損耗：饋線終端所接負(fù)載阻抗ZL 等于饋 線特性阻抗Z0 時(shí)，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時(shí)，饋線上只存在傳向終 端負(fù)載的入射波，而沒有由終端負(fù)載產(chǎn)生的反射波，因此，當(dāng)天線作為終端負(fù) 載時(shí)，匹配能保證天線取得全部信號功率。當(dāng)天線阻抗為50 歐時(shí)，與50 電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻抗為80歐時(shí)，與50 歐的電纜是不匹配的。如果天 線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時(shí)天線的

16、工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。 在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會(huì)受到周圍物體的影響。為了使饋線與 天線良好匹配，在架設(shè)天線時(shí)還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)， 或加裝匹配裝置。 前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍蛱炀€方向行進(jìn)的波。這時(shí)，饋線上各處的電壓幅度與電流 幅度都相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。而當(dāng)天線和饋線不 匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時(shí)，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸 的部分高頻能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反 四、駐波比回波損耗反射系數(shù)行波系數(shù)4.1 駐波比：它是行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1 到無窮大之間。駐波比為1， 表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中， 一般要求駐波比小于1.5，但實(shí)際應(yīng)用中VSWR 應(yīng)小于1.2。 4.2 回波損耗：它是反射系數(shù)絕對值的倒數(shù)，以分貝值表示?；夭〒p耗的 值在0dB 的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹 配越好。0 表示全反射，無窮大表示完全匹配在入射波和反射波相位相同的地 方，電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax，形成波腹；而在入