Wi-Fi 和 4G 信號都是 2.4G 頻段,為什麼 Wi-Fi 的覆蓋面和穿透力很差? | 知乎問答精選

 

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Wi-Fi 和 4G 信號都是 2.4G 頻段,為什麼 Wi-Fi 的覆蓋面和穿透力很差?

2017年06月20日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 92 ℃ 次

【柳苗的回答(56票)】:

首先糾正一個點,LTE不在2.4GHz頻段上。但是LTE有在比WIFI更高的頻段上工作的,比如2.5-2.6GHz頻段,所以個人覺得主要原因就是:

  • 發射功率。現網中,LTE FDD的RRU一個通道發射功率常見的為20W-40W左右(即約43-46dBm),一般為雙通道(單載波,適配2×2MIMO)。LTE TDD的八通道RRU一個通道發射功率常見的為10W-16W/25W左右(即約40-42/44dBm,適配智能天線,10W/16W多為單載波,25W的則允許配置雙載波)。而無線路由器的最大發射功率僅為20dBm(約0.1W,最大2×20MHz帶寬,通俗理解就叫雙載波吧)。所以從二者發射功率的對比上就可見一斑了。PS:不過LTE手機上顯示的信號格數是參考信號的接收功率,參考信號發射功率值一般默認設置為18dBm(LTE FDD),也就是0.06W左右而已,所以我一直在想LTE手機普遍接收功率不高是不是也和這個原因有關(待考證)。

  • 無線路由器工作在非授權頻段,即2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz。這些頻段擁擠著大量的設備,大家各玩各的,缺乏有效的管理機制(比如WIFI中採用CSMA/CA,可以通俗理解為競爭機制,同頻情況下,誰搶到了信道誰就先發送消息),因此帶來大量同頻干擾,影響了信道質量。所以需要要對發射功率進行限制,不然大家就都別用了。而LTE工作在授權頻段,有嚴格的頻段管理和劃分,基站也都是運營商自己的,所以更多的是應對本運營商自己的基站間的同頻干擾,而LTE採用了多種方法來協調和抗小區間的同頻干擾,比如PCI碼,eICIC技術等等,而且LTE定位是移動通信網絡,追求廣覆蓋,所以發射功率自然需要大點。
  • 天線。無線路由器使用的天線和基站天線也完全不是一個級別的天線。常見的無線路由器天線增益僅為3-5dBi。以下為部分現網基站使用的天線。

    圖中為Band1+Band3寬頻定向板狀天線參數圖,可以看到天線增益為18dBi、±45度雙極化。圖中為Band1+Band3寬頻定向板狀天線參數圖,可以看到天線增益為18dBi、±45度雙極化。

    圖中為某型號的智能天線參數圖,標出了其增益參數和極化方向。圖中為某型號的智能天線參數圖,標出了其增益參數和極化方向。

    圖中所示的是一款常見的基站用美化排氣管式定向天線,長度超過2米,直徑達十多公分,重達數十Kg。大家可以和自己家裡無線路由器用的天線對比看看,圖中所示的是一款常見的基站用美化排氣管式定向天線,長度超過2米,直徑達十多公分,重達數十Kg。大家可以和自己家裡無線路由器用的天線對比看看,無線路由器那個「小吸管」天線根本和這個「長又粗」的不是一個level的好嘛!這樣的天線不僅是可以保證基站的發射功率能夠得到較好的增益從而能更好的覆蓋,也能更好的接收終端發來的微弱的信號。所以值得注意的是,高增益的天線不僅是對發送有利,對接收也是很有利的。無論2G、3G還是LTE,終端受限於電池容量和降低干擾等因素,發射功率都遠遠不如基站,比如GSM900終端最高發射功率為33dBm(約2W),GSM1800最高為30dBm(約1W),WCDMA僅為21-24dBm(約0.125-0.25W),LTE也僅為23dBm(約0.2W),而實際使用中很少能有達到滿功率發射的狀態。因此基站就需要有一副「好耳朵」來更好的「接聽」終端發過來的微弱的「聲音」,而以上的這些天線,就是基站的「好耳朵」。

  • 頻段和多種組網方式。LTE目前有低頻段的(Band3和Band39),比2.4GHz頻段上的WIFI要低,這也有優勢。目前LTE中主要還是沿用了傳統的室外宏站+室分的覆蓋方式,進一步保證了信號的覆蓋。其他的諸如femtocell目前由於各種原因所以運用得比較少,不過相信隨著技術和市場的發展,這些先進的組網技術會得到規模應用的。

其他的還包括接收機的處理等等就不囉嗦了,以上的原因就足夠LTE的覆蓋能遠遠甩開WIFI了。

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12.7:BUG fix及內容補充。

【fengweiliu的回答(6票)】:

在2.4GHz這個頻段,設備的最大發射功率不能超過100mw,也就是20dBm。

所以,所有wifi設備,無論路由器還是無線網卡,20dBm都是上限。

LTE的基站比較複雜,不考慮,UE的最大功率限制應該是23dBm,也就是200mw。

單看功率,最大差了一倍,其實也不是太大。

p.s. 我主要說了上行。大家都在講基站的大發射功率(也就是下行傳輸),但是,40多dbm那個是宏基站,是要覆蓋100km級別的啊,而此時,手機的上限還是23dbm。難道上行傳輸不是更有趣麼。

為何wifi穿透(覆蓋)能力差這麼多?

1. 2.4G是開放頻段,普通4G基站是不會在2.4GHz工作的。由於是開放頻段,WIFI設備面對各種干擾,信噪比水平不會太高。而LTE劃分的是專用頻段,幾乎不會受到其餘系統的干擾,只需要考慮小區間干擾。

中國移動頻段為:1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz;(bands:39 bands:40 bands:41)

中國聯通頻段為:2300-2320 MHz、2555-2575 MHz;(bands:40 bands:41)

中國電信頻段為:2370-2390 MHz、2635-2655 MHz;(bands:40 bands:41)

2. LTE基站的接收能力遠大於家用無線路由器,從天線數目,前段硬件水平,基帶信號處理,全面超越。

3. LTE有各種小基站(femtocell,picocell, nanocell, microcell,這三個英文名很有意思),中繼(relay)。不同小區還可以comp。

4. LTE用戶多了,可以在調度中達到多用戶分集。

P.S. femtocell, picocell, nanocell, microcell,這四個英文名很有意思,飛,皮,納,微。

最早出現的micro是對應於macro,而後的nano, pico, femto感覺就走偏了。

但是nanocell貌似和一個公司名字衝突了(?)

【大胃趙的回答(2票)】:

從無線鏈路預算的角度,所謂的覆蓋面積和穿透力主要取決於以下幾個因素:

1,基站或AP的發射功率,發射功率越高,覆蓋面積越遠。4G宏站的功率至少都在20W以上,室內Femtocell發射功率也在100mw以上

2,天線數量,如果天線配置為發射分集模式,能有效提高覆蓋面積。4G基站的發射分集能力能有效保證小區邊緣的信號質量

3,終端的接收能力,即終端天線的接收靈敏度。目前4G終端的接收機靈敏度至少都比內置的WiFi的接收機靈敏度高不止10個dB,這在2.4GHz頻段上,覆蓋距離差3倍

4, 4G終端至少支持兩天線的接收分集,能有效提高覆蓋能力

【柴健翌的回答(1票)】:

就是功率大

【宋葉葉的回答(2票)】:

純粹是功率,不要想多了。

WiFi 那點功率在 3G 4G 面前可以忽略不計。

【知乎用戶的回答(1票)】:

因為供應商會安裝用來增強4G信號覆蓋的設備。比如一棟樓,由基站引過來一台BBU,而一台BBU又會級聯很多RRU,RRU分佈在各個樓層,使得TD/LTE信號覆蓋的很均勻。

而WIFI,只有一個路由器。

藍牙也是用的2.4G頻段。你看它信號也很弱吧。

原因就是沒有信號放大的設備。

(剛入通信行業不足2個月的門外漢,如有錯誤,還望各位大神輕噴)

【zhouzhou的回答(0票)】:

必然和發射功率有關係。

ranger說的沒錯,802.11(含WiFi)工作在2.4G頻段上,5G以上的也有,LTE並不是工作在2.4G頻段上,有比2.4G高的,也有比2.4G低的。

關鍵在於各自應用的領域不同,LTE畢竟是廣域移動接入的,發射功率太小的話無法滿足廣域移動接入;WiFi只是局域移動接入的(解決最後1Km的接入問題),發射功率過大會影響該頻段內其他應用(BT等)。

標籤:-通信 -Wi-Fi -4GLTE -基站


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