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[经验交流] 无线信号穿墙能力

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发表于 2019-9-12 10:58:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 猴头 于 2019-9-17 13:29 编辑

    在无线局域网技术中之所以有“穿墙能力”和“墙壁阻挡”的概念是因为无线局域网技术所采用的无线频段决定的。   由于无线局域网的无线射频采用的是ISM(工业,科学,医学)无线频段,其中802.11b、802.11g标准使用的是2.4-2.4835GHz频率,802.11a标准使用的是5.8GHz频率。这些频率都属于微波。而微波的特点是频率高、波长短、直线传播,在传后播方向上它几乎绕不开障碍物,这可不象无线电台中的中波、短波等。 无线电波可以按照频率或波长来分类和命名。我们把频率高于300MHz的电磁波称为微波。由于各波段的传播特性各异,因此,可以用于不同的通信系统。例如,中波主要沿地面传播,绕射能力强,适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力,适用于环球通信。超短波和微波由于波长短,所以绕射能力很差,可作为视距或超视距中继通信。 所以,无线信号穿墙能力是指无线局域网设备之间相互发送的无线信号是否能穿透阻隔在中间的墙壁,以及若能穿透,信号的衰减到什么程度,无线设备间能否还能无线连接。

家庭环境中,距离都较短,一般的无线局域网设备都号称传输距离在100米以上,所以信号的传输距离都不是问题。但是家庭环境却带来一个新的问题,那就是家庭的空间都比较拥挤,空间不够开阔,其中房间中的墙壁、天花板是最主要的障碍物。由于无线局域网采用的是无线微波频段。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会衰减成为较弱的信号,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。


因为电磁波具有波粒二象性,电磁波波长λ=C/f(C是光速 λ是波长 f是电磁波频率),电磁波能量E=hv(E是能量,h是普朗克常数,v是频率波长与光子能量成反比关系),当波长越短光子能量越大,则穿透力越强(这里指穿透率强)。如高能X射线几乎能穿透所有非金属物,甚至还可以穿透薄铝。而Y射线则能穿透大多数金属,只有重金属(如很厚的铅板)才能将其挡住。  在相同的发射功率,不同的波长,在同一个环境下穿透同一种介质的话,肯定是波长短的穿透能力强(这里指穿透值)一些,但是它的穿透损耗要比波长长的大。这就是一个穿透率和穿透值的问题了。为什么大家会有不同的观点呢,就是因为不同的资料上介绍穿透时分别用了这两个概念。一般情况下我们讨论穿透是用穿透率的。  在微观世界很多东西可以用共振原理来解释,共振的意思是当两个个体半径相近就会产生共同震动的现象,其实质是能量得到传输,当电磁波传播的时候,波段半径和物体半径相近的时候就会能量传输。由此就很容易解释频率的绕射能力和穿透力了。  


首先在真空的时候能量并没有损失。而频率越低则波段越长,所以更不容易丢失能量,具体表现就是绕射能力越强;频率越高则波段越小,越接近分子原子半径,则更容易能量传输,具体表现就是穿透力越强。所以,频率越高电磁波的能量就越强,穿透能力越强,与物质发生作用的机会就越多,穿透的时候损耗就越大。频率越低电磁波的能量就越弱,穿透能力越弱,与物质发生作用的机会就越少,穿透的时候损耗就越小。  


在我们使用双频无线路由器时,当2.4GHz频段无线信号的发射功率与5GHz频段无线信号发射功率相同时,无线信号穿透同一堵墙时,接收到的2.4GHz频段的无线信号强度是高于5GHz频段的信号强度,因为穿透同一堵墙时2.4GHz频段无线信号的衰减小于5GHz频段 的无线信号,也就是2.4GHz频段无线信号穿透值大于5GHz频段无线信号的穿透值。    无线设备“穿墙能力”的重要指标   在使用无线路由器时,大家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。经过一层木板,接收信号将衰4dB;经过一堵砖墙,接收信号将衰减 8dB-15dB;经过钢筋混凝土墙,则至少衰减15dB-30dB。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厉害,传输速率急速下降,甚至会轻易在家里出现无线的盲点,碰到盲点的时候就无法连接就会断线。  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的指标。  


要提高无线信号的穿透隔墙的能力,以下技术指标要有保证。  
(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),一般较大的产品要达到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8-15dB;经过钢筋混凝土墙,则至少衰减15-30dB。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3-5dBi。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5dBi 的全向天线加以增强。  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,无无线信号在家庭环境中最大的金属物体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。要能穿透,信号也是非常的弱。这么大尺寸的的障碍物,微波的绕射更是不可能。若无线设备的放在屋中心,则无线信号只能从开阔的通路从窗户直线发射出去。


无线设备要想达到理想的效果就要选择一个最佳的放置地点。
要求如下:
(1)位置应偏高一些,以便在较高地方向下辐射,减少障碍物的阻拦,尽量减少信号盲区;
(2)位置点应使信号尽量少地穿越隔墙数,最好是房间中的无线客户端能与无线设备之间可视。  所以无线设备在家中的最佳放置点应选择在客厅当中,并能最好与房间中的电脑主机可视,或者能“穿过木板门隐性可视.




微波:2141装微波通信(Microwave Communication),是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。我国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段,K频段的应用尚在开发之中。
由于微波的频率极高,波长又很短,其在空中的传播特性与光波相近,也就是直线前进,遇到阻挡就被反射或被阻断,因此微波通信的主要方式是视距通信,超过视距以后需要中继转发。一般说来,由于地球幽面的影响以及空间传输的损耗,每隔50公里左右,就需要设置中继站,将电波放大转发而延伸。这种通信方式,也称为微波中继通信或称微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方,一般都采用抛物面天线,其聚焦作用可大大增加传送距离。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰,我国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作,也可以八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信,可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群,进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路,并经过数字调制器调制于发射机上,在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备,其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列(SDH)完全一致,称为SDH微波。这种新的微波设备在一条电路上,八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路(2.4Gbit/s)。微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送,如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。微波通信具有良好的抗灾性能,对水灾、风灾以及地震等自然灾害,微波通信一般都不受影响。但微波经空中传送,易受干扰,在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向,因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。此外由于微波直线传播的特性,在电波波束方向上,不能有高楼阻挡,因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划,使之不受高楼的阻隔而影响通信。



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