相信很多客戶在看產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)時(shí)有些明明參數(shù)記住了，但當(dāng)用的時(shí)候又忘記了。其實(shí)懂得了這些參數(shù)背后的道理之后，使用起來(lái)才會(huì)熟稔于心。本次無(wú)線通信的小課堂從原理上來(lái)回答兩個(gè)問(wèn)題：一是無(wú)線模塊離G1100網(wǎng)關(guān)最遠(yuǎn)的距離是多少？二是架設(shè)G1100網(wǎng)關(guān)的時(shí)候應(yīng)該架多高？

1、 為什么無(wú)線模塊離G1100網(wǎng)關(guān)最遠(yuǎn)的距離是200m？

為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們需要看一下無(wú)線信號(hào)從網(wǎng)關(guān)發(fā)射到被模塊接收的全過(guò)程。以一個(gè)完整的傳輸過(guò)程如下圖所示：

無(wú)線信號(hào)從G1100網(wǎng)關(guān)發(fā)射，固定的發(fā)射功率是10dBm。其中dbm是功率單位，表示相對(duì)于 1mW 的分貝，因此 0dBm 等于 1mW，公式為dBm = 10lg10P mv。802.11 設(shè)備的發(fā)射功率介于 1mW 和 100mW 之間。

信號(hào)在電路中會(huì)損失3dB。dB 是一個(gè)比較單位，用功率比來(lái)表示功率損耗具體公式，dB = 10lg(P1/P2)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：每 3dB 的增益或損耗，意味著功率的加倍或減半；每 10dB 的增益或損耗，意味著功率乘10或除10。這時(shí)信號(hào)強(qiáng)度是10-3=7dBm。

信號(hào)在經(jīng)過(guò)電纜損失后，在天線會(huì)產(chǎn)生功率增益，單位是dBi。這里需要說(shuō)明天線是無(wú)源器件，是以犧牲其他方向?yàn)榇鷥r(jià)，將輻射能量集中到方向，從而獲得增益。dBi和dB 類似，也是一個(gè)比較單位，數(shù)值越大，增益越高。這時(shí)候計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度是7+3=10dBm.

在經(jīng)過(guò)50m自由空間損失70dB，接收端天線增益3dB，電纜損失3dB后，接收端的信號(hào)強(qiáng)度RSSI為-60dBm。每個(gè)無(wú)線設(shè)備都有一個(gè)接收靈敏度，以M1100S模塊為例，它的接收靈敏度是-93.1dBm，此時(shí)-60dBm的RSSI要大于接收靈敏度，所以該信號(hào)能被接收端聽(tīng)到。

所以當(dāng)計(jì)算無(wú)線設(shè)備可以離網(wǎng)關(guān)多遠(yuǎn)時(shí)，G1100網(wǎng)關(guān)的頻率為2.4GHz，發(fā)射功率為10dBm。根據(jù)自由空間無(wú)線通信距離傳輸公式Loss（dB）=32.44+20logD（Km）+20logF（MHz）。10dBm的發(fā)射功率下，200m左右接收端的信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)低于-100dBm。因此G1100網(wǎng)關(guān)的傳輸距離在200m左右。

2、 架設(shè)G1100網(wǎng)關(guān)推薦高度是多少？

為解釋這個(gè)問(wèn)題需要引進(jìn)菲涅爾帶的概念，菲涅爾帶是一個(gè)在發(fā)射天線和接收天線之間的橢圓體(橢圓體上兩個(gè)焦點(diǎn)之間反射和入射距離之和相同)。

以一個(gè)垂直極化天線系統(tǒng)為例，我們需要了解在第一菲涅爾帶邊界這個(gè)距離上反射的電磁波存在半個(gè)波長(zhǎng)滯后。因此，當(dāng)反射波(橙色波)在接收天線上的相位偏移等于一個(gè)波長(zhǎng)，使得其與直射波（綠色波）在接收天線上同相位的時(shí)候，總接收信號(hào)強(qiáng)度(紅色波)會(huì)變得更強(qiáng)。

那無(wú)線發(fā)射端是不是越高越好呢？也不是，如果反射高度在第二個(gè)菲涅帶的時(shí)候，當(dāng)反射波(橙色波)在接收天線上的相位偏移等于半個(gè)波長(zhǎng)，使得其與直射波（綠色波）在接收天線上相反相位的時(shí)候，總接收信號(hào)強(qiáng)度(紅色波)會(huì)變得更弱。

因此我們?cè)趯?shí)際情況中會(huì)架設(shè)發(fā)射端，滿足在第一菲涅爾區(qū)(First Fresnel zone)內(nèi)沒(méi)有對(duì)無(wú)線電波造成遮擋的物體，盡可能不超過(guò)其菲涅爾區(qū)的20％。否則電磁波多徑傳播就會(huì)產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，甚至中斷通信。

實(shí)際架設(shè)我們的G1100網(wǎng)關(guān)時(shí)，推薦的架設(shè)高度是這樣的：

根據(jù)問(wèn)題一的結(jié)論，接收端到發(fā)射端的距離d=200m，由圖所示直射波和反射波帶來(lái)的相位變換δ=4πhthr/λd。障礙物的反射高度要在菲涅爾區(qū)的80％，故2.4GHZ電磁波的波長(zhǎng)為140m，距離為200m的情況下，可以通過(guò)幾何關(guān)系算出△h=ht-hr= 2m。通常情況下基礎(chǔ)設(shè)施hr會(huì)離地2-4米，因此網(wǎng)關(guān)推薦的放置高度為離地4-6m。