作者：龚 璐
上海化科来源：《中国新通信》 2020年第17期
龚璐 中国铁塔股份有限公司渝中分公司
数码锁 【摘要】 随着智能终端的普及，WiFi无线路由器的使用与日俱增，WiFi信号传播质量也受到了更多的关注和研究。本文通过确定性计算方法，分析了不同材质多面墙体对WiFi信号传播的影响，分析结果对WiFi室内应用具有一定的参考意义。 【关键词】 WiFi 确定性计算 墙体
引言投影拼接
Wi-Fi上网是当今使用最广的一种无线网络传输技术，实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，使用无线路由器供支持其技术的相关电脑，手机，平板等接收。WIFI 网络由于其便捷性和普遍性，大量被家庭和企业采用，但 WIFI技术室内覆盖性能存在显著不确定性和不稳定性，导致室内部署 WIFI 网络经常产生较多覆盖盲点，信号较差不足以支持较高速率通信服务。WiFi信号传播主要影响因素包括频率、 功率、路径损耗等。对于室内覆盖，室内有多个房间并且实墙较多较厚，无线信号降低一半甚至超过三分之二也是正常的现象，墙体成为路径损耗的主要组成部分，是室内WiFi信号传播不可忽略的影响因素。文献[1]根据对多年来工作中的实测数据进行统计分析, 并参考有关文献资料, 对不同结构墙体的隔声衰减情况进行的分析研究得知: 墙体、门、窗的隔声量与其材料的性质有很大关系, 材料不同, 其隔声量差别较大; 同一种材料的隔声量与其厚度成正比; 物体本身的结构对其隔声量影响也很大。文献[2]分析了酒店客房的特殊结构为无线局域网信号覆盖的质量带来挑战。采用自由空间传播模型加上附加损耗因子，评估了厚玻璃、木制墙体、楼层、砖墙对WiFi传播的影响。文献[3]首先基于理论计算式，分析比较了三个室内路径损耗模型：One Slope、Keenan-Motley、COST 231-Multi-Wall；接着在选取的研究环境下进行实际数据测量，获得研究环境下不同材质阻碍物对无线信号强度的影响参数。然后，将接收的信号强度指示（RSSI）值与模型预测值对比，评估以上三个模型预测室内无线信号行为的准确程度。文献[4]在 WLAN系统中,通过计算、测量室外不同气候条件下的远程传输的接收功率、室内建筑物不同布置和材料结构的室内近程传输的接收功率,并分别与自由空间的接收功率相比较,可以得出不同条件下的路径损耗计算公式。以上文献都分别从不同角度分析了墙体对声波、WiFi信号衰减的影响，采用了不同的室内传播模型，但都只分析了单个墙体对传播的影响。本文从实际出发，即WiFi信号在室内传播时，会被多面墙体遮挡，分析了多面墙体多WiFi传播距离的影响，量化计算出不同覆盖距离内可允许的墙体数量，对WiFi传播的理论研究及工程实践具有一定参考意义。
一、确定性计算方法
胸针设计 确定性计算方法基于链路预算原则，简单高效，通过数值计算得到信号覆盖的强度，适用于定性计算单点到单点的传播。
一条典型的信号传播链路如下图所示：
可通过如下公式计算出信号强度：
Prx=Ptx+Gtx-Ltx-PL(d)+Grx-Lrx
其中，Prx[dBm]：接收功率；Ptx [dBm]：发射功率；Gtx/Grx[dBi]：天线增益；PL(d)[dB]：路损；Ltx/Lrx[dB]：其他损耗。
为保证接受信号在可允许范围以内，公式中的Prx应大于接受灵敏度。
二、墙体衰减分析
2.1基本参数及模型
（1）WiFi EIRP。等效全向辐射功率（Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP），或叫有效全向辐射功率，是无线电通信领域的一个常见概念，它指的是某个指定方向上的辐射功率，理想状态下等于功放的发射功率乘以天线的增益。按标准对2.4GHz无线设备发射功率的限制，无线路由器EIRP不得高于100mW（20dBm）[5]。
（2）WiFi接收灵敏度。接收机灵敏度定义了接收机可以接收到的最低信号强度，该信号强度使接收机仍能正常工作的，灵敏度可用功率来表示，单位一般为dBm(通常是一个比较大的负dBm值)。接受灵敏度可简单理解为，如果接收功率值大于或等于接收机灵敏度，那么接收机就能正常工作，也就是说接收机能够正常地获取包含在发射信号中的信息。反之，如果接收机功率低于灵敏度，那么获取这些信息的质量将远远低于规定的要求。一般情况下，对于有业务需求的楼层和区域进行覆盖时，目标覆盖区域内95%以上位置的接收信号灵敏度应≥-75dBm。
（3）WiFi室内传播模型。电磁波的传播方式是多种多样的，发射机天线发出的无线电波，可以从
不同的路径到达接收机，接收机接收到的电磁波可通过无线传播模型进行量化，无线传播模型就是为了更好的更准确的研究无线传播而设计出来的一种模型。不同的无线传播模型有不同的适用频率和场景，如自由空间传播模型适用于真空传播，奥村哈他模型适用于频率范围150MHz-1500MHz 、距离在1-20Km的室外场景等。本文研究的是WiFi信号在室内的传播，需选择适用于室内的传播模型，因此采用位置通用的模型来估算室内无线路由器到终端的路径损耗。基本模型有如下公式[6]：
L= 20 log10f+N log10d+Lf (n) – 28
其中：N：距离功率损耗系数；f：频率（MHz）；d：路由器和终端之间的距离（m）
Lf：楼层穿透损耗因子（dB）
n：（n≥1）路由器和终端之间的楼板数。
（4）WiFi穿透损耗。不同的无线覆盖应用环境，在面积上，墙体厚实情况上，都有一些差异，导致对无线信号衰减也表现出不同。以下列举出一些常用材料对2.4G WiFi信号的衰减程度经验值：
2.2墙体对WiFi影响
通过计算不同覆盖半径下允许障碍物墙体数量来评估墙体对WiFi信号的影响。2.4G WiFi在不同覆盖半径下允许障碍物墙体数量如下，其中表2分析了覆盖半径10m允许的墙体数量，表3分析了覆盖半径为20m允许的墙体数量。
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以上数据仅为经验值理论计算，仅供参考。实际情况因墙体厚度、材质等会有差异，以实际测试为准。
三、实例计算
下图是套内约120㎡的三室两厅两卫户型图，以该户型为例，路由器放在三角形标注那里。考虑主卧和主卫的信号强度，这两个地方距路由器最远，并且穿过的墙体最多，这两个地方的信号强度如果可以支持使用，室内其他地方也没有问题，信号更强，速率更高。路由器放在其他地方，如主卧或者次卧，分析结果是类似的。（1）主卧。主卧距路由器11m左右，中间穿过2堵内墙（砖墙），每堵墙的损耗是10dB，通过计算主卧的接收信号强度为-69dB，大于-75dB，信号强度可以支持使用，但是
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信号较弱，连接速率低，用户体验不高。（2）主卫。主卫距路由器13m左右，中间穿过2堵内墙（砖墙），每堵墙的损耗是10dB，通过计算主卫的接收信号强度是-71dB，大于-75dB，信号强度可以支持使用，但是信号较弱，连接速率低，用户体验不高。
四、结论
对于室内家用路由器，覆盖情况因户型、墙体类型、接收终端类型等会有差别。对于信号需要穿过墙体才可以到达的地方，一般最多可以穿过两堵墙，信号强度会较弱，虽然可以满足最低信号强度要求，支持使用，但是连接速率低，用户体验感较差；对于穿过一堵墙或者一扇门的地方，或者信号不用穿过墙体就可以到达的地方，信号就会更好，连接速率高，用户体验好。
参考文献
[1] 常瑞卿,韩愈,宋玉萍.墙体对噪声衰减的影响研究[J].包钢科技,2001(01):72-75.
[2] 郭安,王小安.酒店自建无线局域网络设计[J].现代建筑电气,2011,2(02):4-8+38.
[3] 吴炜,张琳.室内路径损耗模型在无线局域网中的应用与分析[J].数据通信,2013(04):16-20.
[4] 陈一天,余爱民.2.4GHz无线局域网在室内外传播的路径损耗分析[J].电讯技术,2005(01):35-39.
[5]移动用户终端无线局域网技术指标和测试方法. YDC079-009
[6] 李剑,赵东风,孙云山.宽带无线网络覆盖预测[J].计算机工程与应用,2003(25):168-170.
[7] 李剑,赵东风,孙云山.宽带无线网络覆盖预测[J].计算机工程与应用,2003(25):168-170.
[8] 用于规划频率范围在900MHz到100 GHz内的室内无线电通信系统和无线局域网的传播数据和预测方法. ITUR P.676建议书.
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