Wireless Series(4): 天线, 信号, 距离 (2010.4.30 Updated)
天线相关知识
http://www.openplatform.com.hk/Knowledge/antenna_b.htm
http://www.mc21st.com/techfield/systech/ant/ant01.htm
几个需要知道的问题:
定向天线能把能量集中到一个方向上. 对于平板天线来说反射板的质量很重要, 因为需要用它来反射电磁波.
有些人不分功率放大器 PA 和低噪音放大器 LNA. 后者是信号的关键, 前者虽然也重要, 但除非用于远程组网, 没有必要追求高功率. 功率和信号当然是两回事.
天线的增益不是万能的, 还需要看驻波比和方向图, 驻波比高到一个程度可能会损坏
设备. 使用方向图能够更好理解信号强度.
阻抗匹配也是一个值得注意的问题, 比如如果有用转接器分出多个天线接口的话, 天线整体效率可能会因为阻抗不匹配而大幅下降, 当然此时的驻波比也会相当高.
信号强度 (RSSI, received signal strength indicator, 接收信号强度指示)
你用 Netstumbler, Wirelessmon, Airodump-ng 等任何软件测试的数值, 都不是 RSSI 的精确值.
这个数值只对比较测试有参考价值. 如通过更换天线比较天线增益, 用同一个无线网卡比较不同无线信号的强弱.
不可比较不同无线网卡的 RSSI. 如需测试请用专业仪器.
想到很多人辨别网卡好坏的方法就是看信号的格数, 说白了, 这个信号强度在驱动程序中是可以修改的.
路径损耗指数 (Path Loss Exponent)
http://ldmc.buaa.edu.cn/imc/slides/lecture3a.pdf
菲涅尔区 (菲尼尔区, Fresnel Zone), 即以发出点和接收点作为椭球的两个焦点, 椭球中间阻挡的部分越少越好.
直线不可视的情况下菲涅尔区可能就有很大一部分被阻挡了, 这样连接就会比较困难.
http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_zone
http://www.afar.net/fresnel-zone-calculator/
衰落储备(Fade Margin, System Operating Margin)值 = 接收信号强度 – 接收机灵敏度
(注意: 接收灵敏度随连接速率的变化也有不同. 不同的连接速率下灵敏度也都不一样)
衰落储备值在 22 dBm 以上能够保证良好的连接与传输, 14-22 dBm 是可以接受的范围, 小于 14 dBm 的话就会时断时续.
厂商所标灵敏度多数是 8% – 10% 丢包率下的灵敏度, 衰落储备值究竟要给多少才合适, 你自己想想看.
http://www.terabeam.com/support/calculations/som.php
http://www.tplink.com/support/wireless_calculator/index.asp
重要的参考文档
http://akcell.tnu.edu.tw/teaching/97(2)/c/A%E7%AC%AC5%E7%AB%A0.ppt
http://www.eefocus.com/html/09-02/415525030845r2iI.shtml
http://www.zytrax.com/tech/wireless/
http://www.educypedia.be/electronics/antennawifi.htm
关于距离问题
(自由空间) 接收场强计算公式.
Po-Co+Ao-92.4-20logF-20logD+Ar-Cr=Rr
距离在 100m 以内请不要使用这个公式
Po 为发射功率, 单位为 dBm.
(100mW = 20 dBm, 功率每提高两倍就增加 3 dBm, 如 400 mW = 26 dBm)
Co 为发射端天线馈线损耗. 单位为 dB.
(较短的线或直连可不计, 如内置天线的情况, 但事实上馈线损耗不可忽略, 高质量馈线比较难找)
Ao 为天线增益. 单位为 dBi.
(增益一般用理想状况的增益, 实际由于各种原因无法达到理想状况)
F 为频率, 单位为 GHz.
(参考 20 log 2.4 = 7.6, 20 log 5.8 = 15.3. 许多其它公式使用的数值是 32.4, 是因为频率单位是 Mhz.)
D 为距离, 单位为 Km.
(-20logD 实际应为 -10 n log D, 其中 n 为路径损耗指数, 自由空间时取 2, 可以分段计算. 有阻挡的地方可以取 4 以上)
Ar 为接收天线增益. 单位为 dBi.
Cr 为接收端天线馈线损耗. 单位为 dB. (同 Co)
Rr 为接收端信号电平. 单位为 dBm.
(Rr 大于接收端接收灵敏度与所需的衰落储备之和时, 连接质量比较有保证.)