rs

3 RF RF(Radio Frequency, 射 频 ) 在 空 气 中 以 电 磁 波 的 形 式 进 行 传 播 在 理 想 状 况 下, 信 号 到 达 接 收 器 时 与 发 射 器 发 送 出 来 的 信 号 完 全 一 致, 但 现 实 却 并 非 总 是 如 此 信 号 从 发 射 器 到 达 接 收 器 的 传 播 过 程 中 会 受 到 多 种 因 素 的 影 响, 本 章 将 讨 论 可 能 会 对 无 线 信 号 传 播 造 成 影 响 的 各 种 因 素 3.1 我 已 经 知 道 了 吗? 测 试 题 我 已 经 知 道 了 吗? 测 试 题 的 目 的 是 帮 助 读 者 确 定 是 需 要 完 整 地 学 习 本 章 知 识, 还 是 直 接 跳 至 备 考 任 务 如 果 对 题 目 的 答 案 还 存 在 疑 问, 或 者 通 过 评 估 发 现 自 己 对 这 些 主 题 知 识 的 掌 握 程 度 还 存 在 不 足 的 话, 那 么 就 可 以 从 头 学 起 表 3-1 列 出 了 本 章 讨 论 的 主 题 以 及 对 应 测 试 题, 答 案 可 参 见 附 录 A 表 3-1 我 已 经 知 道 了 吗? 基 本 主 题 及 测 试 题 对 照 表 1 4 5 7 8 10 警 告 1. 802.11 发 射 器 被 配 置 为 在 信 道 11 上 发 送 信 号 有 人 报 告 接 收 信 号 时 出 现 了 问 题 通 过 调 查 发 现 网 络 中 有 另 一 个 发 射 器 也 在 信 道 11 上 进 行 广 播 有 关 该 问 题 的 最 佳 描 述 是 什 么? a. 路 径 干 扰 b. 邻 接 信 道 干 扰 c. 同 频 干 扰 d. 交 叉 信 道 干 扰 2. 假 设 计 划 在 建 筑 物 内 放 置 了 一 台 新 的 802.11 发 射 器, 但 发 现 同 一 个 区 域 内 已 经 存 在 其 他 发 射 器 发 射 的 信 号 为 避 免 干 扰, 新 发 射 器 的 信 号 强 度 应 该 比 其 他 信 号 高 多 少?

56 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. a. 0dBm b. +3dBm c. +5dBm d. +10dBm e. +20dBm 3. 假 设 你 的 办 公 室 有 一 台 发 射 器, 在 2.4GHz 信 道 1 上 发 送 信 号, 后 来 相 邻 办 公 室 又 有 人 安 装 了 一 台 新 无 线 路 由 器, 在 信 道 1 上 发 现 了 你 的 信 号, 因 而 选 择 信 道 2 下 面 哪 一 项 可 能 会 对 无 线 网 络 的 运 行 造 成 不 利 影 响? a. 同 频 干 扰 b. 邻 频 干 扰 c. 宽 频 干 扰 d. SNR 过 大 4. 下 面 哪 一 项 是 避 免 2.4GHz 频 带 中 邻 频 干 扰 的 最 佳 策 略? a. 使 用 任 何 可 用 的 信 道 号 b. 利 用 802.11n 的 40MHz 聚 合 信 道 c. 从 信 道 1 开 始, 仅 使 用 间 隔 4 个 信 道 号 的 信 道 d. 从 信 道 1 开 始, 仅 使 用 间 隔 5 个 信 道 号 的 信 道 5. 造 成 自 由 空 间 路 径 损 耗 的 主 要 原 因 是 什 么? a. 传 播 b. 吸 收 c. 湿 度 水 平 d. 磁 场 衰 减 6. 在 发 射 功 率 电 平 相 同 的 情 况 下, 下 面 哪 种 设 备 的 有 效 覆 盖 范 围 最 小? a. 802.11g 设 备 b. 802.11a 设 备 c. 802.11b 设 备 d. 以 上 都 不 对 7. 假 设 某 802.11a 设 备 远 离 发 射 器, 由 于 信 号 强 度 减 弱, 那 么 该 设 备 或 发 射 器 应 采 取 何 种 措 施 才 能 改 善 路 径 上 的 信 号 质 量? a. 聚 合 更 多 的 信 道 b. 使 用 更 多 的 射 频 链 c. 切 换 到 更 复 杂 的 调 制 方 案 d. 切 换 到 更 简 单 的 调 制 方 案 8. RF 信 号 受 到 建 筑 物 内 的 物 体 反 射 时, 对 接 收 器 造 成 的 可 能 影 响 下 面 哪 一 项? a. 菲 涅 尔 损 耗 b. 多 径

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 57 c. 交 叉 信 道 衰 落 d. 自 由 空 间 路 径 损 耗 9. RF 信 号 穿 越 建 筑 物 墙 壁 时 会 出 现 什 么 现 象? a. 反 射 b. 折 射 c. 衍 射 d. 吸 收 e. 多 径 10. 关 于 第 一 菲 涅 尔 区 作 用 的 正 确 描 述 是 下 面 哪 一 项? a. 是 由 一 个 发 射 器 和 一 个 信 道 覆 盖 的 区 域 b. 是 信 号 路 径 周 围 应 避 开 障 碍 物 的 区 域 c. 是 信 号 路 径 周 围 被 地 球 曲 率 所 阻 塞 的 区 域 d. 是 发 射 器 周 围 表 示 信 号 范 围 的 区 域 3.2 干 扰 WLAN 调 制 的 目 的 是 将 尽 可 能 多 的 数 据 放 置 到 无 线 信 号 中, 并 尽 可 能 地 将 干 扰 或 噪 声 造 成 的 数 据 丢 失 降 至 最 低 数 据 丢 失 需 要 进 行 重 传, 从 而 耗 用 了 大 量 无 线 资 源 因 而 最 理 想 的 情 况 就 是 让 发 射 器 使 用 开 放 且 没 有 任 何 其 他 发 射 器 的 信 道 3.2.1 同 频 干 扰 当 发 射 器 的 信 号 与 相 同 频 率 或 信 道 上 的 其 他 信 号 出 现 交 叠 时, 就 会 产 生 信 号 间 干 扰 可 以 用 信 号 交 叠 来 描 述 干 扰, 例 如, 两 个 或 多 个 发 射 器 使 用 同 一 个 信 道 时, 将 会 产 生 同 频 干 扰 (co-channel interference) 图 3-1 中 的 发 射 器 A 和 发 射 器 B 都 在 2.4GHz 频 带 内 的 信 道 6 上 发 射 RF 信 号 3-1 由 于 两 个 802.11 发 射 器 都 使 用 同 一 个 信 道, 因 而 它 们 的 信 号 将 完 全 交 叠, 整 个 22MHz

58 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. 信 道 带 宽 都 将 受 到 影 响 如 果 这 两 个 发 射 器 不 同 时 发 送 数 据, 那 么 就 没 有 问 题, 因 为 WLAN 设 备 必 须 争 用 信 道 的 空 口 时 间 如 果 在 给 定 时 间 内 无 人 发 射 信 号, 那 么 其 他 人 就 可 以 使 用 该 信 道 如 果 两 个 发 射 器 都 忙 着 发 送 数 据, 那 么 信 道 将 会 非 常 拥 塞 这 两 个 信 号 也 将 互 相 干 扰 并 导 致 数 据 损 坏, 使 得 无 线 设 备 必 须 重 发 丢 失 的 数 据, 从 而 占 用 了 更 多 的 空 口 时 间, 以 此 往 复, 不 断 循 环 同 频 干 扰 是 现 实 世 界 不 可 避 免 的 问 题 2.4GHz 频 带 只 能 提 供 3 个 非 交 叠 信 道, 如 果 某 栋 建 筑 物 或 某 个 区 域 有 多 个 发 射 器, 那 么 必 然 会 有 多 个 发 射 器 在 同 一 个 信 道 上 发 送 数 据 最 好 的 解 决 办 法 就 是 在 为 每 个 发 射 器 选 择 信 道 时 进 行 周 密 的 规 划 例 如, 永 远 都 不 要 将 两 个 邻 近 的 发 射 器 分 配 到 同 一 个 信 道 上, 因 为 它 们 的 信 号 极 有 可 能 会 产 生 干 扰 相 反, 应 该 仅 允 许 相 距 较 远 的 发 射 器 共 享 同 一 个 信 道, 这 样 就 可 以 保 证 接 收 到 的 远 端 发 射 器 的 信 号 已 经 很 弱 在 为 特 定 发 射 器 安 排 信 道 时, 最 佳 实 践 是 让 该 发 射 器 发 射 的 信 号 强 度 比 接 收 到 的 其 他 信 号 至 少 强 19dBm 以 上 ( 如 图 3-2 所 示 ) 信 号 强 度 相 差 19dBm 以 上 可 以 让 发 射 器 周 围 区 域 的 SNR 保 持 一 个 健 康 状 态 有 关 信 道 分 配 的 详 细 信 息 请 参 见 第 7 章 3-2 3.2.2 邻 频 干 扰 假 设 两 个 发 射 器 被 分 配 在 两 个 不 同 信 道 上, 但 这 两 个 信 道 相 距 很 近, 以 致 发 射 信 号 出 现 交 叠 现 象 为 了 避 免 同 频 干 扰, 可 能 会 有 人 决 定 使 用 相 邻 信 道, 而 不 是 重 用 同 一 个 信 道 更 为 可 能 的 情 况 是, 同 一 区 域 的 两 个 人 可 能 会 为 他 们 的 发 射 器 选 用 编 号 稍 有 不 同 的 两 个 信 道, 但 没 有 意 识 到 2.4GHz 频 带 中 的 邻 接 信 道 是 交 叠 信 道 最 终 结 果 是 这 两 个 信 道 都 有 干 扰, 因 为 这 两 个 信 号 会 出 现 部 分 交 叠 图 3-3 中 的 发 射 器 A 使 用 信 道 6, 发 射 器 B 使 用 信 道 7, 虽 然 这 两 个 信 号 没 有 完 全 交 叠, 但 它 们 之 间 的 干 扰 足 以 破 坏 对 方 信 号 3-3

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 59 提 示 为 了 解 决 这 个 问 题, 应 该 将 所 有 发 射 器 都 配 置 为 使 用 2.4GHz 频 带 中 的 3 个 非 交 叠 信 道, 即 信 道 1 6 和 11 对 于 5GHz 频 带 来 说, 由 于 信 道 之 间 无 明 显 交 叠, 因 而 不 存 在 邻 频 干 扰 问 题 ;5GHz 频 带 的 信 道 带 宽 是 20MHz, 而 OFDM 信 号 的 带 宽 也 是 20MHz 不 过 作 为 最 佳 实 践, 最 好 避 免 将 邻 接 的 AP 分 配 到 邻 接 的 5GHz 信 道 上, 从 而 降 低 底 噪 增 大 的 可 能 性 3.2.3 非 802.11 干 扰 如 前 所 述,2.4GHz 频 带 是 ISM 频 带, 因 而 802.11 WLAN 设 备 可 能 会 与 非 802.11 设 备 共 享 相 同 的 频 率 空 间 这 听 起 来 似 乎 并 没 有 什 么 问 题, 只 要 将 这 些 设 备 配 置 到 不 同 的 非 交 叠 信 道 即 可 但 在 实 际 应 用 中, 可 能 很 难 实 施 这 样 的 理 想 解 决 方 案, 因 为 许 多 非 802.11 设 备 都 不 会 仅 使 用 一 个 信 道, 这 些 设 备 通 常 使 用 FHSS(Frequency-hopping spread spectrum, 调 频 扩 频 ) 技 术, 每 时 每 刻 都 在 大 量 信 道 之 间 来 回 跳 变, 甚 至 于 某 些 设 备 根 本 就 不 遵 守 任 何 信 道 分 配 方 案 图 3-4 中 的 发 射 器 A B C 分 别 使 用 信 道 1 6 和 11, 这 是 一 个 非 常 完 美 的 应 用 场 景, 但 是 当 有 人 开 始 加 热 午 餐 的 时 候, 由 于 这 些 微 波 炉 使 用 2.4GHz ISM 频 带 中 的 RF 能 量 来 辐 射 并 加 热 食 物, 而 且 微 波 炉 几 乎 没 有 屏 蔽, 因 而 RF 能 量 会 溢 出 并 干 扰 绝 大 多 数 802.11b/g 信 道 由 于 微 波 的 传 输 也 是 持 续 不 断 的, 因 而 使 得 WLAN 信 道 几 乎 不 可 用 3-4 802.11 为 了 减 轻 来 自 非 802.11 设 备 的 干 扰, 就 必 须 消 除 干 扰 源 也 就 是 说, 用 能 够 完 全 屏 蔽 RF 能 量 的 新 微 波 炉 代 替 存 在 微 波 泄 露 行 为 的 老 旧 微 波 炉 当 然, 也 得 将 类 似 于 2.4GHz FHSS 无 绳 电 话 机 或 无 线 摄 像 机 等 设 备 替 换 成 运 行 在 非 802.11 频 带 的 设 备

60 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. 3.3 自 由 空 间 路 径 损 耗 RF 信 号 从 天 线 发 射 出 来 之 后, 其 振 幅 会 在 自 由 空 间 的 传 播 过 程 中 逐 渐 减 弱 即 使 发 射 器 和 接 收 器 之 间 的 传 播 路 径 上 没 有 任 何 障 碍 物, 信 号 强 度 也 依 然 会 减 弱, 这 种 情 形 称 为 自 由 空 间 路 径 损 耗 (free space path loss) 是 什 么 原 因 导 致 RF 信 号 在 自 由 空 间 产 生 劣 化 呢? 是 空 气 或 地 球 磁 场 吗? 不 是, 因 为 即 便 是 向 外 太 空 真 空 环 境 中 的 太 空 船 发 射 信 号 或 者 从 太 空 船 向 外 太 空 发 射 信 号, 也 一 样 会 存 在 信 号 劣 化 现 象 如 前 所 述,RF 信 号 是 以 电 波 的 形 式 在 自 由 空 间 进 行 传 播 的, 而 不 是 以 射 线 或 直 线 方 式 进 行 传 播 的 波 具 有 三 维 曲 线 形 状, 会 在 传 播 过 程 中 不 断 扩 展, 正 是 这 种 扩 展 或 传 播 才 导 致 了 信 号 强 度 的 逐 渐 减 弱 图 3-5 给 出 了 自 由 空 间 损 耗 原 理 的 剖 面 图 假 设 天 线 是 一 个 无 线 小 的 点, 其 发 射 的 RF 能 量 沿 所 有 方 向 向 外 传 播, 产 生 的 波 形 是 球 形 当 波 不 断 向 外 扩 展 时, 球 的 体 积 也 不 断 增 大, 因 而 从 该 点 发 射 出 来 的 相 同 强 度 的 能 量 很 快 就 在 自 由 空 间 中 传 遍 了 不 断 扩 大 的 球 体 随 着 RF 能 量 距 离 天 线 越 来 越 远, 其 能 量 强 度 也 越 来 越 弱 3-5 即 使 能 够 设 计 出 一 种 天 线, 可 以 将 发 射 功 率 聚 焦 成 一 个 密 集 波 束, 能 量 仍 然 要 以 电 波 形 式 向 外 传 播 无 论 使 用 何 种 天 线, 信 号 强 度 的 损 耗 量 始 终 是 恒 定 的 自 由 空 间 路 径 损 耗 的 计 算 公 式 如 下 ( 以 db 为 单 位 ): FSPL (db) = 20log 10 (d) + 20log 10 (f) + 32.44 其 中,d 是 距 发 射 器 的 距 离 ( 以 km 为 单 位 ),f 是 频 率 ( 以 MHz 为 单 位 ) 不 过 不 用 担 心, 该 计 算 公 式 不 在 CCNA 无 线 考 试 范 围 之 内, 在 这 里 主 要 想 表 达 以 下 信 息 自 由 空 间 路 径 损 耗 是 一 个 指 数 函 数, 信 号 强 度 在 发 射 器 附 近 衰 耗 极 快, 但 随 着 距

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 61 离 的 增 大, 衰 耗 也 将 变 缓 损 耗 仅 与 距 离 及 频 率 有 关 利 用 该 公 式 可 以 计 算 任 意 场 景 下 的 自 由 空 间 路 径 损 耗, 不 过 不 会 在 CCNA 无 线 考 试 中 出 现 需 要 知 道 的 是, 除 了 天 线 增 益 和 电 缆 损 耗 之 外, 自 由 空 间 路 径 损 耗 也 是 链 路 预 算 的 重 要 考 虑 因 素 请 注 意,5GHz 频 带 的 自 由 空 间 路 径 损 耗 要 大 于 2.4GHz 频 带, 因 为 在 这 个 计 算 公 式 中, 随 着 频 率 的 增 大, 自 由 空 间 路 径 损 耗 的 db 值 也 随 之 增 大 这 就 意 味 着 在 发 射 信 号 强 度 相 等 的 条 件 下,802.11b/g/n 设 备 (2.4GHz) 的 有 效 范 围 要 大 于 802.11a/n(5GHz) 设 备 图 3-6 给 出 了 这 两 种 情 况 下 的 有 效 范 围 差 异 图 中 两 个 发 射 器 的 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power, 有 效 全 向 辐 射 功 率 ) 均 为 14dBm, 有 效 范 围 终 止 于 接 收 器 RSSI(Received Signal Strength Indicator, 接 收 信 号 强 度 指 示 ) 等 于 -67dBm 的 位 置 3-6 2.4GHz 5GHz 提 示 3.3.1 减 轻 自 由 空 间 路 径 损 耗 的 影 响 克 服 自 由 空 间 路 径 损 耗 的 一 个 简 单 方 法 就 是 增 大 发 射 器 的 输 出 功 率, 当 然, 提 高 天 线 增 益 也 能 增 大 EIRP 在 出 现 自 由 空 间 路 径 损 耗 之 前 增 大 信 号 强 度, 就 相 当 于 出 现 自 由 空 间 路 径 损 耗 之 后, 远 端 接 收 器 拥 有 更 大 的 RSSI 值 这 种 解 决 方 案 仅 对 单 个 发 射 器 有 用, 如

62 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. 果 同 一 个 区 域 存 在 多 个 发 射 器, 那 么 就 会 产 生 干 扰 更 好 的 解 决 方 案 是 有 针 对 性 地 处 理 自 由 空 间 路 径 损 耗 效 应 无 线 设 备 通 常 都 是 移 动 的, 可 以 随 意 地 靠 近 或 远 离 发 射 器 当 接 收 器 靠 近 发 射 器 的 时 候,RSSI 增 大, 相 当 于 SNR 增 大, 第 1 章 曾 经 说 过, 在 SNR 较 大 时, 使 用 的 调 制 与 编 码 方 案 越 复 杂, 所 能 传 送 的 数 据 量 就 越 多 当 接 收 器 远 离 发 射 器 的 时 候,RSSI( 和 SNR) 减 小 由 于 噪 声 增 大, 需 要 重 传 更 多 的 数 据, 因 而 此 时 应 尽 可 能 使 用 基 本 的 调 制 与 编 码 方 案 802.11 设 备 可 以 根 据 当 前 RSSI 和 SNR 状 态, 灵 活 地 调 整 调 制 与 编 码 方 案 如 果 当 前 状 况 信 号 质 量 很 好, 适 合 高 数 据 速 率, 那 么 就 选 用 复 杂 的 调 制 与 编 码 方 案 ; 如 果 环 境 条 件 出 现 恶 化, 则 选 用 复 杂 度 较 低 的 调 制 与 编 码 方 案 通 常 将 这 种 调 制 与 编 码 方 案 选 择 操 作 称 为 DRS(Dynamic Rate Shifting, 动 态 速 率 转 移 ), 顾 名 思 义, 该 操 作 无 需 手 工 干 预, 完 全 可 以 动 态 执 行 提 示 图 3-7 解 释 了 2.4GHz 频 带 上 的 DRS 操 作 情 况, 每 个 同 心 圆 都 代 表 一 种 特 定 的 调 制 与 3-7 DRS

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 63 编 码 方 案 所 支 持 的 覆 盖 范 围 由 于 假 设 所 有 调 制 类 型 的 功 率 电 平 都 相 同, 因 而 这 张 图 看 起 来 很 简 单 其 中, 白 色 圆 圈 表 示 OFDM 调 制 (802.11g), 带 阴 影 的 圆 圈 表 示 DSSS 调 制 (802.11b), 圆 圈 上 的 数 据 速 率 以 同 心 圆 的 大 小 或 者 距 离 发 射 器 的 远 近 为 序 假 设 某 移 动 用 户 刚 开 始 时 离 发 射 器 很 近, 位 于 最 内 圈, 此 时 接 收 到 的 信 号 最 强,SNR 最 大, 因 而 802.11 设 备 可 能 使 用 OFDM 64QAM 3/4 调 制 与 编 码 方 案, 实 现 54Mbit/s 数 据 速 率 随 着 该 用 户 逐 渐 远 离 发 射 器,RSSI 和 SNR 也 将 逐 渐 减 小, 新 的 RF 条 件 很 可 能 会 触 发 802.11 设 备 转 移 到 其 他 调 制 与 编 码 方 案, 从 而 使 得 数 据 速 率 逐 渐 降 低 简 单 而 言, 进 入 的 同 心 圆 越 大, 动 态 转 移 到 的 数 据 速 率 就 越 小, 目 的 是 维 持 发 射 器 在 其 覆 盖 范 围 外 层 边 界 的 数 据 完 整 性 5GHz 频 带 的 DRS 操 作 情 况 与 图 3-7 类 似, 区 别 在 于 每 个 同 心 圆 使 用 的 都 是 802.11a 的 OFDM 调 制 方 案 3.4 物 体 对 信 号 的 影 响 RF 信 号 沿 自 由 空 间 进 行 传 播 时, 可 能 会 在 传 播 路 径 上 遇 到 各 种 各 样 的 物 体 虽 然 这 些 物 体 对 RF 信 号 的 影 响 呈 现 多 样 化, 但 最 主 要 的 影 响 就 是 对 RF 信 号 造 成 劣 化 或 破 坏 下 面 将 介 绍 一 些 常 见 的 影 响 行 为 3.4.1 反 射 当 RF 信 号 以 电 波 形 式 进 行 传 播 时, 如 果 遇 到 了 高 密 度 的 反 射 物 质, 那 么 将 会 出 现 信 号 反 射 现 象 以 灯 泡 发 出 来 的 光 线 为 例, 虽 然 大 部 分 光 线 会 从 灯 泡 出 发 沿 着 所 有 方 向 对 外 传 播, 但 也 有 部 分 光 线 会 遇 到 房 间 内 的 物 体 而 产 生 反 射 反 射 信 号 可 能 会 返 回 灯 泡 或 房 间 内 的 其 他 区 域, 使 得 这 些 区 域 更 加 明 亮 图 3-8 给 出 了 RF 信 号 的 反 射 示 例 金 属 家 具 文 件 柜 和 金 属 门 等 室 内 物 体 都 会 产 生 反 射, 水 建 筑 物 上 的 反 射 性 玻 璃 以 及 地 球 表 面 等 室 外 物 体 也 能 反 射 无 线 信 号 3-8 RF 由 于 反 射 信 号 只 是 原 始 信 号 的 一 份 拷 贝, 因 而 反 射 并 不 一 定 就 是 有 害 行 为 但 是, 如 果 反 射 信 号 与 原 始 发 射 信 号 均 到 达 接 收 器, 那 么 它 们 将 处 于 异 相 状 态, 这 是 因 为 反 射 信 号 与 原 始 信 号 到 达 接 收 器 的 路 径 不 同, 因 而 到 达 接 收 器 的 时 间 会 略 滞 后 于 原 始 信 号, 这 种 情 况 就 称 为 多 径 (multipath) 接 收 器 将 这 两 个 信 号 组 合 在 一 起 之 后, 就 与 原 始 信 号 产 生 了 很 大 的 差 异, 也 就 是 说, 组 合 信 号 可 能 会 产 生 较 大 失 真, 致 使 数 据 出 现 损 坏

64 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. 图 3-9 中 的 原 始 信 号 与 两 路 反 射 信 号 均 到 达 了 笔 记 本 电 脑 的 接 收 器, 而 且 这 两 路 反 射 信 号 通 过 不 同 路 径 先 后 到 达 接 收 器 3-9 出 现 多 径 传 输 现 象 时, 可 能 会 产 生 以 下 两 种 结 果 : 如 果 接 收 器 只 有 一 个 射 频 链, 那 么 会 将 所 有 到 达 信 号 ( 包 括 原 始 信 号 与 反 射 信 号 ) 都 组 合 成 一 个 质 量 很 差 极 易 出 错 的 合 成 信 号 ; 如 果 接 收 器 有 多 个 射 频 链 且 支 持 MIMO, 那 么 就 有 可 能 在 不 同 的 天 线 或 射 频 上 收 到 这 些 到 达 信 号, 经 过 处 理 之 后 能 够 改 善 信 号 质 量 或 提 取 出 多 个 数 据 流, 从 而 将 坏 事 变 成 了 好 事 3.4.2 吸 收 如 果 RF 信 号 进 入 了 能 够 吸 收 信 号 能 量 的 物 体, 那 么 该 信 号 就 会 出 现 衰 减 物 体 的 密 度 越 大, 信 号 的 衰 减 就 越 厉 害 图 3-10 给 出 了 吸 收 现 象 对 信 号 的 影 响 以 及 信 号 强 度 降 低 对 接 收 器 造 成 的 可 能 影 响 最 常 见 的 一 种 吸 收 场 景 就 是 无 线 信 号 穿 越 建 筑 物 的 墙 壁 不 同 的 墙 壁 材 料 所 能 吸 收 的 信 号 能 量 也 有 所 不 同, 石 膏 板 或 纸 面 石 膏 板 墙 壁 可 能 会 使 信 号 强 度 降 低 4dBm, 实 心 混 凝 土 墙 壁 可 能 会 使 信 号 强 度 降 低 12dBm; 墙 壁 越 厚 或 者 墙 壁 材 质 的 密 度 越 大, 衰 减 就 越 厉 害 对 于 室 外 无 线 环 境 来 说,RF 信 号 经 常 要 穿 越 水 域 有 时 这 些 水 滴 可 能 位 于 无 线 传 播 路 径 上 的 树 叶 上 即 便 是 无 障 碍 空 间, 信 号 也 有 可 能 会 遇 到 以 雨 雪 雾 等 形 式 存 在 的 水 质 由 于 空 气 充 斥 在 大 雨 或 大 雪 中, 因 而 信 号 的 衰 减 程 度 会 有 所 加 剧

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 65 3-10 RF 另 一 种 不 太 明 显 的 吸 收 场 景 是 人 体 人 体 的 主 要 成 分 是 水 人 们 经 常 会 将 笔 记 本 电 脑 平 板 电 脑 或 智 能 手 机 靠 近 自 己 的 身 体, 衰 减 程 度 取 决 于 人 体 与 发 射 器 的 相 对 位 置 如 果 坐 在 发 射 器 与 接 收 器 之 间, 那 么 就 会 出 现 衰 减 与 此 相 似, 教 室 或 礼 堂 中 经 常 会 有 大 量 学 生 或 听 众, 他 们 都 会 对 发 射 器 发 射 的 信 号 造 成 潜 在 的 衰 减 影 响 提 示 3.4.3 散 射 当 RF 信 号 经 过 粗 糙 不 平 或 者 由 非 常 小 的 颗 粒 组 成 的 介 质 时, 就 会 沿 不 同 方 向 产 生 散 射 现 象 这 是 因 为 这 类 介 质 上 的 微 小 不 规 则 表 面 会 反 射 RF 信 号 ( 如 图 3-11 所 示 ) 当 无 线 信 号 穿 越 多 尘 或 沙 土 环 境 时 就 会 出 现 散 射 现 象 3-11 RF

66 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. 3.4.4 折 射 当 RF 信 号 遇 到 两 种 不 同 密 度 的 介 质 边 界 时, 就 会 出 现 折 射 现 象 如 果 将 反 射 视 为 信 号 遇 到 物 体 表 面 后 出 现 的 反 弹, 那 么 就 可 以 将 折 射 视 为 信 号 穿 越 物 体 时 出 现 的 弯 曲 折 射 信 号 与 原 始 信 号 的 角 度 不 同 ( 如 图 3-12 所 示 ), 而 且 信 号 穿 越 不 同 物 质 时, 其 波 速 也 会 受 到 影 响 信 号 穿 越 密 度 不 同 的 大 气 层 或 密 度 不 同 的 墙 壁 时 都 会 出 现 折 射 现 象 3-12 RF 3.4.5 衍 射 当 RF 信 号 到 达 不 透 明 物 体 或 者 能 够 吸 收 其 能 量 的 物 体 时, 通 常 可 能 会 认 为 该 物 体 会 在 吸 收 该 信 号 的 位 置 产 生 一 个 阴 影, 就 像 光 线 照 到 物 体 可 能 会 出 现 阴 影 一 样 如 果 形 成 了 阴 影, 那 么 该 RF 信 号 就 会 在 物 体 背 面 产 生 死 区 (dead zone) 或 静 区 (silent zone) 不 过,RF 在 传 播 过 程 中 可 以 沿 着 障 碍 物 表 面 产 生 弯 曲, 并 最 终 重 组 成 一 个 完 整 的 电 波 图 3-13 给 出 了 不 透 明 物 体 对 RF 信 号 造 成 的 衍 射 现 象 由 于 衍 射 生 成 的 是 同 心 波 而 不 是 振 荡 信 号, 因 而 能 够 看 出 衍 射 对 实 际 信 号 的 影 响 从 图 中 可 以 看 出, 衍 射 能 够 使 信 号 自 行 修 复 该 吸 收 物 体 周 边 的 信 号, 使 得 发 射 器 和 接 收 器 之 间 存 在 建 筑 物 时 也 能 接 收 到 信 号, 只 是 此 时 的 信 号 因 为 衍 射 而 产 生 了 一 定 程 度 的 失 真, 与 原 始 信 号 不 再 完 全 一 样 3-13 RF 3.4.6 菲 涅 尔 区 如 果 RF 信 号 在 传 播 过 程 中 遇 到 非 悬 空 障 碍 物, 那 么 与 地 面 平 行 的 RF 信 号 将 会 在 该 物

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 67 体 的 两 侧 均 产 生 衍 射, 因 而 信 号 在 持 续 传 播 的 情 况 下 通 常 能 够 填 满 该 障 碍 物 的 阴 影 但 如 果 是 建 筑 物 或 山 脉 等 非 悬 空 物 体 阻 碍 了 信 号, 那 么 就 会 在 垂 直 方 向 上 对 信 号 造 成 不 利 影 响 图 3-14 中 的 建 筑 物 部 分 遮 挡 了 信 号 的 传 播 路 径 由 于 该 建 筑 物 的 前 面 和 顶 部 都 会 产 生 衍 射, 因 而 信 号 将 出 现 弯 曲 和 衰 减, 从 而 导 致 信 号 无 法 覆 盖 该 建 筑 物 后 面 的 大 部 分 区 域 3-14 这 一 点 对 于 窄 视 距 (line-of-sight) 无 线 传 输 来 说 尤 为 重 要, 该 传 输 方 式 适 于 超 长 距 传 输, 此 时 的 信 号 不 是 沿 各 个 方 向 进 行 传 播, 而 是 聚 焦 成 紧 锥 形 模 式 向 外 传 播 ( 如 图 3-15 所 示 ) 对 于 视 距 传 输 路 径 来 说, 发 射 器 天 线 与 接 收 器 天 线 之 间 的 信 号 不 能 有 任 何 障 碍, 但 建 筑 物 之 间 或 者 城 市 之 间 的 传 输 路 径 上 通 常 都 会 有 各 种 建 筑 物 树 木 或 物 体 阻 挡 信 号, 因 而 必 须 将 天 线 抬 高 到 高 于 沿 途 的 所 有 障 碍 物, 从 而 获 得 无 阻 碍 的 传 输 路 径 3-15 对 于 超 长 距 离 来 说, 地 球 的 曲 率 也 会 成 为 影 响 信 号 传 播 的 障 碍 物 超 过 两 英 里 之 后, 就 无 法 看 见 远 端 设 备 了, 因 为 此 时 的 远 端 设 备 已 位 于 地 平 线 下 方 不 过, 无 线 信 号 倾 向 于 沿 相 同 曲 线 进 行 传 播, 也 就 是 在 地 球 曲 率 周 围 的 大 气 层 中 传 播 即 使 障 碍 物 没 有 直 接 阻 挡 信 号, 窄 视 距 信 号 也 可 能 会 受 到 衍 射 的 影 响, 因 而 要 求 视 距 周 围 的 椭 球 必 须 保 持 无 障 碍 物 状 态 通 常 将 该 椭 球 区 域 称 为 菲 涅 尔 区 (Fresnel zone)( 如 图 3-16 所 示 ) 如 果 RF 信 号 传 播 路 径 上 的 菲 涅 尔 区 出 现 了 物 体, 那 么 部 分 信 号 将 会 被 该 物 体 衍 射 这 部 分 信 号 将 会 出 现 弯 曲, 导 致 时 延 或 改 变, 从 而 影 响 接 收 端 的 整 体 信 号 质 量

68 第 3 章 Error! Use the Home tab to apply 1 to the text that you want to appear here. 3-16 提 示 图 3-17 中 的 建 筑 物 位 于 信 号 的 传 播 路 径 上, 虽 然 该 建 筑 物 并 没 有 直 接 阻 碍 信 号 的 波 束, 但 由 于 进 入 了 菲 涅 尔 区, 因 而 会 对 接 收 信 号 造 成 负 面 影 响 3-17 通 常 来 说, 应 该 尽 量 抬 高 视 距 传 输 系 统 的 天 线 高 度, 使 得 菲 涅 尔 区 的 底 部 也 高 于 传 播 路 径 上 的 所 有 障 碍 物 需 要 记 住 的 是, 在 路 径 非 常 长 的 情 况 下, 地 球 曲 率 将 会 进 入 菲 涅 尔 区, 从 而 对 信 号 质 量 产 生 影 响 ( 如 图 3-18 所 示 ) 3-18 虽 然 利 用 复 杂 的 数 学 公 式 可 以 计 算 出 菲 涅 尔 区 的 半 径, 不 过 大 家 只 要 知 道 存 在 菲 涅 尔

Error! Use the Home tab to apply 2 to the text that you want to appear here. 69 区 以 及 必 须 保 证 菲 涅 尔 区 无 障 碍 物 即 可 表 3-2 给 出 了 一 些 视 距 路 径 长 度 中 点 处 的 菲 涅 尔 区 半 径 示 例 值 ( 对 于 2.4GHz 频 带 的 无 线 频 率 来 说 ) 表 3-2 菲 涅 尔 区 半 径 值 0.5 16 1.0 23 2.0 33 5.0 52 10.0 72 在 本 书 前 言 中 已 经 提 到, 对 于 备 考 方 式 你 可 以 进 行 灵 活 选 择 : 完 成 本 章 练 习 题 阅 读 第 22 章 以 及 练 习 配 套 光 盘 中 的 模 拟 考 试 题 1. 复 习 所 有 考 试 要 点 复 习 本 章 所 有 的 考 试 要 点, 这 些 内 容 都 用 考 试 要 点 图 标 做 了 标 记, 表 3-3 列 出 了 这 些 考 试 要 点 表 3-3 第 3 章 考 试 要 点 3-2 3-6 3-7 DRS 3-8 3-10 3-16 2. 定 义 关 键 术 语 定 义 本 章 的 如 下 术 语, 然 后 在 术 语 表 中 核 对 正 确 答 案 : 吸 收 邻 频 干 扰 同 频 干 扰 衍 射 DRS 自 由 空 间 路 径 损 耗 菲 涅 尔 区 多 径 反 射 折 射 散 射