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转:WLAN射频覆盖性能计算  

2010-06-08 15:17:42|  分类: IC design |  标签: |举报 |字号 订阅

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http://www.h3c.com.cn/Solutions/Technology_Solutions/Wlan_Solution/Wireless_Hotspots_Solutions/What_Do_I_Need/Bookmark/201005/674995_30004_0.htm

 

WLAN射频覆盖性能计算

天线发出的电磁波在介质中传播的时候,随着距离的增加以及其他因素的影响,能量逐渐分散,也就是信号强度逐渐降低,以目前主要使用的移动通讯技术所使用的1.9G中心频率和WLAN标准中802.11g所使用的2.4G~2.5G频率为例,信号在自由空间中传播时的衰减大致如下:

1         WLAN射频覆盖经验公式

电波空间传播损耗来说,2.4GHz频段的电磁波有近似的路径传播损耗。可以参考如下公式:

       PathLoss(dB) = 46 +10* n*Log Dm

其中,D为传播路径,n为衰减因子。针对不同的无线环境,衰减因子n的取值有所不同。在自由空间中,路径衰减与距离的平方成正比,即衰减因子为2。在建筑物内,距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说,对于全开放环境下n的取值为2.02.5;对于半开放环境下n的取值为2.53.0;对于较封闭环境下n的取值为3.03.5

以室内50m距离计算,n取值为2.5,则衰减情况为:PL=46+10*3*log50=97dB,以天线输出口功率20dBm计算,则经过室内50m衰减后,信号强度为:20dBm-97dB= -77dBm

 

AP信号链路损耗计算:

根据模型,室内路径损耗等于自由空间损耗加上附加损耗因子,且随距离成指数增长。接收电平估算公式如下:

Pr[dB]=Pt[dB]+Gt[dB]-Pl[dB]+Gr[dB]

其中:

        Pr[dB]为最小接收电平,即为AP在不同传输速率下的接收灵敏度;

  Pt[dB]为终端/AP最大发射功率;

  Gt[dB]为终端/AP发射天线增益;

  Gr[dB]AP/终端接收天线增益;

  Pl[dB]为路径损耗;

因为AP的发射功率一般大于网卡,因此主要瓶颈在网卡到AP方向的传输,即网卡发的报文AP是否能收到。

假设天线发射和接收增益为零,网卡在天线口的发射功率为10dBm。按照一般WLAN设备的接收灵敏度计算,理论室内传播最大距离如下表:

速率(Mbps

灵敏度(dBm

距离(n=2.5

距离(n=3

54

-72

27.5

15.8

24

-82

69.2

33.9

11

-88

120.2

53.7

1

-94

208.9

85.1

 

2         不同材质对WLAN信号的衰减

物体

dB

地板

20-30

玻璃窗(无色)

2

大理石

5

木门

3

办公室墙的金属门

6

混凝土墙

10-15

砖墙

8

 

在实际组网中,尤其是在室分合路组网中,一些无源器件对WLAN也有损耗,其经验数据可参考如下:

转:WLAN射频覆盖性能计算 - dreamtower - yora的博客---接天莲叶无穷碧

2.1        场景分析

下面我们通过一个学生宿舍的场景进行一下分析:

转:WLAN射频覆盖性能计算 - dreamtower - yora的博客---接天莲叶无穷碧

 

以上图中Channel 6AP为例,假设其他AP都不存在,仅看这个AP的信号覆盖。

AP的信号从射频口发射后,经过了一个功分器,这样是每边一半,通过前文介绍的公式计算,就是-3dBm,然后经过馈缆进入天线发射到空中,由于馈缆距离很短,假设没有弯曲,那么其产生的衰减可以忽略不计。如果我们使用5dBm的全向天线,那么天线刚刚发射出信号的时候,实际的衰减是+2dBm,假设每个房间的宽度是5,那么如果没有墙体阻挡,隔壁两间宿舍中心的信号强度,根据上面的数据计算应该是+2dBm – 54dBm,变成了-52dBm,那么我们把墙体放上,如果是混凝土类板,那么还需要在再减去11.5dBm,这样就变成了-63.5dBm。在这种情况下,如果我们使用普通室内型AP,配置使用最大功率20dBm,那么隔壁房间中心位置的信号强度应该就是-43.5dBm,即使加上信号反射等因素的影响,效果也还不错应该能保证在50dBm左右,但是如果在过一次同样的墙,信号就要在衰减11.5dBm,这样就是-60dBm以下了,应该说就很不理想了。

如果无线网卡在天线所在房间的隔壁房间,由于到达AP的路径与信号从AP来时相同,那么衰减也是一样的,但是通常情况下无线网卡的发射功率较AP低,比如是20mW,也就是13dBm,这样,到达AP时,计算得出信号是-50dBm左右,考虑额外的影响因素,预计实际应该在-60dBm左右,也还是不错的。同样如果再次穿墙,则直接变成了-70dBm以下了,这样由于AP和无线网卡的发射功率不对称,根据802.11族协议中相关的定义,导致了连接在AP上的无线网卡使用较低的速率发送数据,信道的效率从而变低。

上述情况在目前的实际部署中还是比较理想的情况,如果我们增加AP的数量,如图中所示,基本上不会出现情况特别差的房间,但是如果使用室分系统,就需要更细致的勘测和计算来保证实际的效果。

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