详解无线网络的功率和信号强度

功率和信号强度基本概念

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转换。如图1所示，有线网络侧的数据从AP设备的有线接口进入AP后，经AP处理为射频信号，从AP的发送端（TX）经过线缆发送到天线，从天线处以高频电磁波（2.4GHz/5GHz/6GHz频率）的形式将其发射出去。高频电磁波通过一段距离的传输后，到达无线终端位置，由无线终端的接收天线接收，再输送到无线终端的接收端（RX）处理。反之，从无线终端的发送端（TX）发出去的数据，也是按照上述的流程，逆向处理一遍，输送给AP的接收端（RX）。

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。

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。

常用单位

日常中通常使用功率来衡量一个电器做功的快慢，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。在天线收发系统里，同样也需要消耗电能来转换为电磁波的能量进行传输。但是电磁波的能量衰减非常快，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。对于这种呈几何数量级的衰减，使用功率来衡量会给计数带来不便，因此引用新的概念：dB和dBm。

dB

dB是一个纯计数单位，它的计算公式为dB = 10lg（A / B）。

当A和B表示两个功率时，dB就表示两个功率的相对值，例如A的功率为100mW，B的功率为10mW，则10lg（100 / 10） = 10dB，表示A比B大10dB。如果A的功率变为10000mW，则10lg（10000 / 10） = 30dB。

dB主要作为信噪比及损耗的单位。

表1 常见dB和A/B对应关系

dBm

dBm即分贝毫瓦，是功率值与1mW的比值，表示功率绝对值的单位。m表示mW，dBm可以与功率单位mW相互转换，计算公式为：dBm = 10lg（功率值 / 1mW）。

表2 常见dBm和功率值对应关系

从上面可以看出，从10000mW到0.0001mW，如果用dBm表示，只需要40dBm到-40dBm就可以表达，dBm方式更适合在这种场景下使用。所以通常使用dBm作为射频发射、接收功率和射频噪声的单位。

dBi和dBd

dBi和dBd都是表示功率增益的单位，两者都是相对值，但是它们的参考基准不同。

dBi：相对于点源天线的功率增益，在各方向的辐射是均匀的。

dBd：相对于阵子天线的功率增益。

一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。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。

dBi和dBd主要作为天线增益的单位。