Wi-Fi 和 4G 信号都是 2.4G 频段,为什么 Wi-Fi 的覆盖面和穿透力很差?

admin 2014年12月10日 IT科技前沿 1159次阅读 查看评论

  首先纠正一个点,LTE不在2.4GHz频段上。但是LTE有在比WIFI更高的频段上工作的,比如2.5-2.6GHz频段,所以个人觉得主要原因就是:

  •   发射功率。现网中,LTE FDD的RRU一个通道发射功率常见的为20W-40W左右(即约43-46dBm),一般为双通道(单载波,适配2×2MIMO)。LTE TDD的八通道RRU一个通道发射功率常见的为10W-16W/25W左右(即约40-42/44dBm,适配智能天线,10W/16W多为单载波,25W的则允许配置双载波)。而无线路由器的最大发射功率仅为20dBm(约0.1W,最大2×20MHz带宽,通俗理解就叫双载波吧)。所以从二者发射功率的对比上就可见一斑了。PS:不过LTE手机上显示的信号格数是参考信号的接收功率,参考信号发射功率值一般默认设置为18dBm(LTE FDD),也就是0.06W左右而已,所以我一直在想LTE手机普遍接收功率不高是不是也和这个原因有关(待考证)。

  •   无线路由器工作在非授权频段,即2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz。这些频段拥挤着大量的设备,大家各玩各的,缺乏有效的管理机制(比如WIFI中采用CSMA/CA,可以通俗理解为竞争机制,同频情况下,谁抢到了信道谁就先发送消息),因此带来大量同频干扰,影响了信道质量。所以需要要对发射功率进行限制,不然大家就都别用了。而LTE工作在授权频段,有严格的频段管理和划分,基站也都是运营商自己的,所以更多的是应对本运营商自己的基站间的同频干扰,而LTE采用了多种方法来协调和抗小区间的同频干扰,比如PCI码,eICIC技术等等,而且LTE定位是移动通信网络,追求广覆盖,所以发射功率自然需要大点。

  •   天线。无线路由器使用的天线和基站天线也完全不是一个级别的天线。常见的无线路由器天线增益仅为3-5dBi。以下为部分现网基站使用的天线。

      

      图中为Band1+Band3宽频定向板状天线参数图,可以看到天线增益为18dBi、±45度双极化。图中为Band1+Band3宽频定向板状天线参数图,可以看到天线增益为18dBi、±45度双极化。

      

      图中为某型号的智能天线参数图,标出了其增益参数和极化方向。图中为某型号的智能天线参数图,标出了其增益参数和极化方向。

      

      图中所示的是一款常见的基站用美化排气管式定向天线,长度超过2米,直径达十多公分,重达数十Kg。大家可以和自己家里无线路由器用的天线对比看看,图中所示的是一款常见的基站用美化排气管式定向天线,长度超过2米,直径达十多公分,重达数十Kg。大家可以和自己家里无线路由器用的天线对比看看,无线路由器那个“小吸管”天线根本和这个“长又粗”的不是一个level的好嘛!这样的天线不仅是可以保证基站的发射功率能够得到较好的增益从而能更好的覆盖,也能更好的接收终端发来的微弱的信号。所以值得注意的是,高增益的天线不仅是对发送有利,对接收也是很有利的。无论2G、3G还是LTE,终端受限于电池容量和降低干扰等因素,发射功率都远远不如基站,比如GSM900终端最高发射功率为33dBm(约2W),GSM1800最高为30dBm(约1W),WCDMA仅为21-24dBm(约0.125-0.25W),LTE也仅为23dBm(约0.2W),而实际使用中很少能有达到满功率发射的状态。因此基站就需要有一副“好耳朵”来更好的“接听”终端发过来的微弱的“声音”,而以上的这些天线,就是基站的“好耳朵”。

  •   频段和多种组网方式。LTE目前有低频段的(Band3和Band39),比2.4GHz频段上的WIFI要低,这也有优势。目前LTE中主要还是沿用了传统的室外宏站+室分的覆盖方式,进一步保证了信号的覆盖。其他的诸如femtocell目前由于各种原因所以运用得比较少,不过相信随着技术和市场的发展,这些先进的组网技术会得到规模应用的。

  其他的还包括接收机的处理等等就不啰嗦了,以上的原因就足够LTE的覆盖能远远甩开WIFI了。

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  12.7:BUG fix及内容补充。

  【fengweiliu的回答(6票)】:

  在2.4GHz这个频段,设备的最大发射功率不能超过100mw,也就是20dBm。

  所以,所有wifi设备,无论路由器还是无线网卡,20dBm都是上限。

  LTE的基站比较复杂,不考虑,UE的最大功率限制应该是23dBm,也就是200mw。

  单看功率,最大差了一倍,其实也不是太大。

  p.s. 我主要说了上行。大家都在讲基站的大发射功率(也就是下行传输),但是,40多dbm那个是宏基站,是要覆盖100km级别的啊,而此时,手机的上限还是23dbm。难道上行传输不是更有趣么。

  为何wifi穿透(覆盖)能力差这么多?

  1. 2.4G是开放频段,普通4G基站是不会在2.4GHz工作的。由于是开放频段,WIFI设备面对各种干扰,信噪比水平不会太高。而LTE划分的是专用频段,几乎不会受到其余系统的干扰,只需要考虑小区间干扰。

中国移动频段为:1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz;(bands:39 bands:40 bands:41)

  中国联通频段为:2300-2320 MHz、2555-2575 MHz;(bands:40 bands:41)

  中国电信频段为:2370-2390 MHz、2635-2655 MHz;(bands:40 bands:41)

  2. LTE基站的接收能力远大于家用无线路由器,从天线数目,前段硬件水平,基带信号处理,全面超越。

  3. LTE有各种小基站(femtocell,picocell, nanocell, microcell,这三个英文名很有意思),中继(relay)。不同小区还可以comp。

  4. LTE用户多了,可以在调度中达到多用户分集。

  P.S. femtocell, picocell, nanocell, microcell,这四个英文名很有意思,飞,皮,纳,微。

  最早出现的micro是对应于macro,而后的nano, pico, femto感觉就走偏了。

  但是nanocell貌似和一个公司名字冲突了(?)

  【大胃赵的回答(2票)】:

  从无线链路预算的角度,所谓的覆盖面积和穿透力主要取决于以下几个因素:

  1,基站或AP的发射功率,发射功率越高,覆盖面积越远。4G宏站的功率至少都在20W以上,室内Femtocell发射功率也在100mw以上

  2,天线数量,如果天线配置为发射分集模式,能有效提高覆盖面积。4G基站的发射分集能力能有效保证小区边缘的信号质量

  3,终端的接收能力,即终端天线的接收灵敏度。目前4G终端的接收机灵敏度至少都比内置的WiFi的接收机灵敏度高不止10个dB,这在2.4GHz频段上,覆盖距离差3倍

  4, 4G终端至少支持两天线的接收分集,能有效提高覆盖能力

  【柴健翌的回答(1票)】:

  就是功率大

  【宋叶叶的回答(2票)】:

  纯粹是功率,不要想多了。

  WiFi 那点功率在 3G 4G 面前可以忽略不计。

  【知乎用户的回答(1票)】:

  因为供应商会安装用来增强4G信号覆盖的设备。比如一栋楼,由基站引过来一台BBU,而一台BBU又会级联很多RRU,RRU分布在各个楼层,使得TD/LTE信号覆盖的很均匀。

  而WIFI,只有一个路由器。

  蓝牙也是用的2.4G频段。你看它信号也很弱吧。

  原因就是没有信号放大的设备。

  (刚入通信行业不足2个月的门外汉,如有错误,还望各位大神轻喷)

  【zhouzhou的回答(0票)】:

  必然和发射功率有关系。

  ranger说的没错,802.11(含WiFi)工作在2.4G频段上,5G以上的也有,LTE并不是工作在2.4G频段上,有比2.4G高的,也有比2.4G低的。

  关键在于各自应用的领域不同,LTE毕竟是广域移动接入的,发射功率太小的话无法满足广域移动接入;WiFi只是局域移动接入的(解决最后1Km的接入问题),发射功率过大会影响该频段内其他应用(BT等)。

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