关于无线信号传输距离和衰减问题

关于无线信号传输距离和衰减问题
什么是无线CPE?CPE的英文全称为：Customer Premise Equipment！
无线CPE就是一种接收wifi信号的无线终端接入设备，可取代无线网卡、无线AP和无线网桥！可以接收无线路由器，无线AP和无线打印服务器的无线信号！是一款新型的无线终端接入设备！大量应用于医院，单位，工厂，小区等无线网络接入，节省铺设有线网络的费用！
搭配14DBI的原装平板定向天线！按照理想的状况来说户外直线传输距离达到2000米是没问题的！理想的情况所指的是无干扰无障碍的情况下，而在我们生活的城市这种情况基本上是不可能存在的，在一般的生活小区，医院和单位的较为稳定接收距离是500米左右！如果接收的距离内有墙体阻隔，按照每堵墙衰减3DBI来算(具体衰减值跟墙的参数有很大区别)
此款无线USB CPE还搭配3米的USB延长线，如果要接受户外的无线信号，CPE天线最好是外置于户外，这样搭配的3米USB延长线是不可缺少的了！
"穿墙能力"与设备使用的频段有直接的关系。

微波的最大特点就是近乎直线传播，绕射能力非常弱，因此身处在障碍物后面的无线接收设备会被障碍物给阻挡。

所以对于直线传播的无线微波信号来说，只能是"穿透"障碍物以到达障碍物后面的无线设备了。

"穿透"了障碍物的无线信号将逐渐变成较弱的信号，至于这个信号还有多强，这就是穿透能力或直接说是"穿墙能力"了。

对于用户来说，都希望无线信号能至少穿透屋内的墙壁和地板。

墙壁的材质有多种，有木质墙、玻璃墙、砖墙、混凝土墙等；地板一般是钢筋混凝土。

每穿透一道隔离墙，无线的接受信号或多或少都有衰减，上面的建筑结构依次从低到高的衰减。

一旦选用了发射功率过低、接收灵敏度不够、天线增益不够的无线
设备，无线信号会衰减得很利害，传输速率急速下降，甚至会容易出现无线的盲点。

无线设备的发射功率、接收灵敏度(这是双向的)、天线增益、有效传输距离都直接与隔断穿透能力和连接是否稳定以及最终实际传输速率有关，是能否实现稳定速度无缝连接十分关键的指标。

无线设备的穿透隔墙的能力，通常情况下取决于以下技术指标：(1)IEEE 802.11规定的无线局域网设备的最大发射功率是20dBm(100毫瓦)，一般较好的产品要达到17dBm。

(2)接收灵敏度目前最优的是-105dB。

经过一层木板，接收信号将衰减4dB；经过一堵砖墙，接收信号将衰减8~15 dB；经过钢筋混凝土墙，则至少衰减15~30 dB。

发射灵敏度高达105dB的无线设备具有强大的墙壁穿透性；能够连续穿透三面厚度达1.2米总间隔30米的钢筋混凝土墙壁而不需要任何中继设备。

(3)天线增益最好是27 dBi。

一般的无线局域网设备的天线增益为2dBi，按照经验，2dBi的增益天线信号可以穿透两堵墙。

若是房间太多，经过的隔墙比较多，最好是设备是天线可拆，以便配置高增益天线，如改换8dBi的全向天线加以增强。

需要指出的是，金属物体的障碍物，不仅阻挡微波无线信号，它还能把电磁的能量给吸收掉，生成弱电流泄流掉，因此，无线信号在家庭环境中最大的障碍物是内有钢筋网的楼板，这个方向的信号几乎没有穿透的可能。

天线是无源器件不会增加功率不管加多大增益的天线它发射的功率都不会比路由器本身功率更高。

视距传输是无线传输的一个特点，指的是无线信号只能沿直线传播，而且传播过程中遇到障碍物会发生衍射、折射、反射或者偏离原方向，从而造成衰减等不良影响。

我们可以简单用肉眼判断两点之间是否可以无障碍传输(清晰视距或clear LOS)，这就是'视距'的由来。

我们计算无线信号传输距离的时候必须要考虑两点之间的水平距离以及垂直距离，才能真正确定其无线传输的距离。

视距传输是无线传输的一个特点，指的是无线信号只能沿直线传播，而且传播过程中遇到障碍物会发生衍射、折射、反射或者偏离原方向，从而造成
衰减等不良影响。

我们可以简单用肉眼判断两点之间是否可以无障碍传输(清晰视距或clear LOS)，这就是'视距'的由来。

我们计算无线信号传输距离的时候必须要考虑两点之间的水平距离以及垂直距离，才能真正确定其无线传输的距离。

WLAN,WIFI,无线局域网无线信号测试方式与计算方法
WLAN微波链路的计算方法：
WLAN无线设备的发射功率、天线增益和传输距离的对应关系，按以下计算公式可以得到：
Pt=Pr-Gt-Gr+Bt+M+Ld
其中：Pt为发射功率(dBm)
(这里是网桥、AP或网卡本身的输出功率。

当有放大器时则是放大器的输出功率)
Pr为接收功率(dBm)：-88 dBm(11Mbps)或者-74dBm(54Mbps)
Gt为发射天线增益(dB)
Gr为接收天线增益(dB)
Bt为合路器、馈线或波导损耗(dB)：一般考虑6至10dB M为衰落储备(dB)：具体选值收到很多因素的影响
Ld为自由空间损耗(dB),其值由下面的公式计算
Ld=92.4+20logd+20logf
其中：
d为收发之间距离(km)，f为工作频率(GHz),2.4GHz,取f=2.5；5.8GHz取f=5.8.
下表为部分试算参考结果
d(Km)1.02.05.08.010.015.020.025.030.035.040.050.060.0
f(GHz)2.52.52.52.52.52.52.52.52.52.52.52.52.5 Log
d0.00.30.70.91.01.21.31.41.51.51.61.71.8 Log
f0.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.4 Ld
100.4106.4114.3118.4120.4123.9126.4128.3129.9131.2132.4134.3135.9 注：相同传输距离时，5.8GHz系统的自由空间衰减比2.4GHz系统多了7.31dB WLAN设备传输数据的速度与无线设备接收到的信号强度是有关系的。

802.11 b的设备通常接收灵敏度都可以在-88dBm左右到11Mbps。

而802.11 a/g的设备要达到54Mbps，则到达设备的信号强度需要达到-70dBm左右。

显然，如果不借用802.11 a/g专用的功率放大器，54Mbps设备的工作距离比11Mbps的设备近得多。

另外，因为WLAN的系统是双向工作的，所以在计算链路参数时必须进行双向计算。

在上面的计算公式中，衰落设备一项对应了在实际工程上是经常会遇到的问题。

比如树木、建筑物或车辆的遮挡衰减，建筑材料的吸收衰减，水体的能量吸收衰减，天线的安装不正或行进中的晃动等等不确定的因素造成的衰减，都会影响到系统的性能和稳定。

因此，工程设计中应该根据经验或实地测试，正确地选择系统设备和天馈系统，为系统留下足够的衰落储备，以保证能够长期稳定地工作。

以下是一些建筑材料衰减损耗的经验数据：
混凝土墙：13~18dB空心砌砖墙：4~6dB简易石膏板墙：3~5dB
普通玻璃门窗：2~4dB镀膜玻璃门窗：12~15dB木门：3~5dB
金属板房及门：12~15dB wifi无线信号传输衰减和距离的关系图公式
无线通信距离的计算
一、dBm dBmV dBuV换算关系
dBm=10log(Pout/1mW)，其中Pout是以mW为单位的功率值
dBmV=20log(Vout/1mV)，其中Vout是以mV为单位的电压值
dBuV=20log(Vout/1uV)，其中Vout是以uV为单位的电压值
换算关系：
Pout=Vout×Vout/R dBmV=10log(R/0.001)+dBm，R为负载阻抗
dBuV=60+dBmV
二、无线通信距离的计算
这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法：所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。

电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。

通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。

[Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)
式中Lfs为传输损耗，d为传输距离，频率的单位以MHz计算。

由上式可见，自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，[Lfs]将分别增加6dB.
下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗
Los=32.44+20lg d(Km)+20lg f(MHz)
Los是传播损耗，单位为dB d是距离，单位是Km f是工作频率，单位是MHz
下面举例说明一个工作频率为433.92 MHz，发射功率为+10dBm(10mW)，接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离：
1.由发射功率+10dBm，接收灵敏度为-105dBm Los=115dB
2.由Los、f
计算得出d=30公里
这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。

假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB，可以计算得出通信距离为：
d=1.7公里
结论：无线传输损耗每增加6dB,传送距离减小一倍
三、射频/传输线概念
3.1传输线的一些概念
连接天线和发射机输出端(或接收机输入端)的电缆称为传输线或馈线。

传输线的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。

顺便指出，当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。

3.2传输线种类：
超短波段的传输线一般有两种：平行双线传输线和同轴电缆传输线；
微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带。

平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线，这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。

同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。

同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。

使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。

3.3传输线特征阻抗：无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Z0表示。

同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：
Z。

=〔60/√εr〕×Log(D/d)[欧]。

式中，D为同轴电缆外导体铜网内径；
d为同轴电缆芯线外径；
εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。

通常Z0=50欧，也有Z0=75欧的。

由上式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关。

3.4馈线衰减系数：信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。

这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。

因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。

单位长度产生的损耗的大小用衰减系数：β表示，其单位为dB/m(分贝/米)，电缆技术说明书上的单位大都用dB/100m(分贝/百米).
设输入到馈线的功率为P1，从长度为L(m)的馈线输出的功率为P2，传输损耗TL可表示为：
TL=10×Lg(P1/P2)(dB)
衰减系数为β=TL/L(dB/m)
例如，NOKIA 7/8英寸低耗电缆，900MHz时衰减系数为β=4.1 dB/100 m，也可写成β=3 dB/73 m，也就是说，频率为900MHz的信号功率，每经过73 m长的这种电缆时，功率要少一半。

而普通的非低耗电缆，例如，
SYV-9-50-1，900MHz时衰减系数为β=20.1 dB/100 m，也可写成β=3 dB/15 m，也就是说，频率为900MHz的信号功率，每经过15 m长的这种电缆时，功率就要少一半！
3.5关于传输线阻抗的匹配与反射损耗：馈线终端所接负载阻抗ZL等于馈线特性阻抗Z0时，称为馈线终端是匹配连接的。

匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。

当天线阻抗为50欧时，与50欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为80欧时，与50欧的电缆是不匹配的。

如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈线保持匹配，这时天线的工作频率范围就较宽。

反之，则较窄。

在实际工作中，天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响。

为了使馈线与天线良好匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的局部结构，或加装匹配装置。

前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。

这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。

而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。

四、驻波比回波损耗反射系数行波系数
4.1驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。

驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。

在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。

4.2回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。

回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。

0表示全反射，无穷大表示完全匹配在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin，形成波节。

其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。

这种合成波称为行驻波。

4.3反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数，记为R
反射波幅度(ZL-Z0)
R=─────=───────
入射波幅度(ZL+Z0)
波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为VSWR
波腹电压幅度Vmax(1+R)
VSWR=───────=────
波节电压辐度Vmin(1-R)
说明：WiFi所用频段为微波频段，因此，在设计WiFi无线网络时，可参考微波工程进行设计，具体可参考：
1、《微波工程》：[url=][/url]
2、《Wireless Communication From Standford》：[url=、《天线基本知识及应用》：[url=][/url]
电波大雨衰减
WiFi 2.4~2.485GHz&5.25~5.85GHz电波大雨衰减估算单位：dB
PtP2.4GHz~2.485GHz Frequency5GHz~5.85GHz Frequency Rainfall Rate 100mm/hr 200mm/hr 300mm/hr 100mm/hr 200mm/hr 300mm/hr Km
2.42.452.4852.42.452.4852.42.452.4855.255.505.855.255.505.855.255.50 5.85
10.060.070.070.150.160.160.240.260.270.410.460.530.961.071.231.571.7 42.01
20.120.130.130.290.30.310.480.50.520.80.891.031.862.072.393.053.393. 9
30.180.190.190.420.440.460.690.730.751.171.31.52.713.023.484.444.945 .69
40.230.240.250.540.570.590.90.950.981.521.691.953.523.924.525.776.42 7.39
50.280.30.310.660.70.721.11.151.191.852.062.384.294.785.57.027.818.9 9
60.330.350.360.780.820.841.281.351.392.162.412.785.025.596.448.219.1 410.52
70.370.390.410.880.930.961.461.531.592.462.743.165.716.367.329.3410. 411.97
80.420.440.450.991.041.071.631.711.772.743.063.536.387.18.1810.4411. 6113.37
90.460.480.51.081.141.181.791.881.953.013.363.8877.88.9911.4712.7614 .68
100.50.520.541.181.241.281.942.042.113.273.654.217.68.469.7512.4413. 8515.94 Ps：100mm/hr就足以造成嘉南平原八七水灾'也可让台北市全市淹大水1m以上。