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为什么WiFi的覆盖面和穿透力比4G差?主要原因就是WiFi的发射功率

时间:2016-04-01 15:33来源:电脑教程学习网 www.etwiki.cn 编辑:admin

答案本身很简单,主要原因就是WiFi的发射功率远小于LTE。这就导致在衰减系数相同的情况下,LTE的信号能量仍然大于WiFi。

但为了更加深入细致的解释两种协议工作下的发射功率不同的原因,就需要先了解LTE和WiFi在工作协议上的不同。这两者最本质的区别就是LTE是基站进行中心控制,而WiFi是分布式控制,没有中心节点。

名词介绍:

1)信道也称作通道(Channel)或频段,是以无线信号(电磁波)作为传输载体的数据信号传送通道。在无线信号覆盖范围内的各种无线网络设备应该尽量使用不同的信道,以避免信号之间的干扰。

2)MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,从而改善通信质量。如图1所示,TX和RX分别代表发送端和接收端。

为什么WiFi的覆盖面和穿透力比4G差?主要原因就是WiFi的发射功率远小于LTE。

图1.a)SISO:单输入单输出;b)单输入多输出;c)单输入多输出;d)多输入多输出

可见MIMO情况下有4条链路,而单天线系统下的SISO仅仅只有1条链路,通过空时编码和空时解码,MIMO技术相比SISO可以有更好的信号质量和更大的覆盖范围。

1.LTE工作机理简介

LTE(Long Term Evolution, 长期演进)最初是第三代移动通信向第四代移动通信过度升级过程中的演进标准,包括LTE FDD(频分双工)和LTE TDD(时分双工)两种模式。中国于2013年年底开始运营的4G系统就是基于LTE TDD(简称为TD-LTE标准)的移动通信系统。

在设计之初,就对LTE的覆盖性能提出了比较高的要求:

1)针对覆盖半径小于5公里的场景优化设计

2)针对覆盖半径在5公里至30公里之间的场景,允许性能略有下降

3)在覆盖半径30公里至100公里之间的场景,应该仍能工作。

为了实现上述三个不同覆盖场景下的要求,在OFDM中采用了长短两种CP长度,以适应不同的覆盖范围。

同时下行运用2*2MIMO(多输入多输出,物理实现方式为多根发送天线和多根接收天线),并进行高阶QAM调制,使得在20MHz带宽下,下行峰值速率为100Mb/s(注:实际中,要达到这样的理论速率,要求整个小区里就你一个用户,且信号质量极好)。

然后我们来介绍LTE中的多用户调度技术,即根据每个用户的信道状况,给用户分配合适的资源块,对其使用合适的编码调制方式进行调制。其中最核心的问题表示调度准则问题,目前有以下算法:

1)最大吞吐量:MAX C/I算法,其原理是在每一个资源块(信道)上,选择信道条件最好的用户。

2)最公平:轮训算法(Round Robin,RR),不管用户的信道条件好花哦,统一按照固定顺序分配资源块。

3)比例公平(Proportional Fair),兼顾吞吐量和公平性,并在两者之间进行折中。

通过以上的简单介绍和科普,我们可以得知,LTE再设计之初就对覆盖半径有着比较高的要求。同时在LTE协议中,资源块(信道)为基站按照一定的调度准则分配给用户。这样使得不同用户使用不同的信道,避免同频干扰。

2.WiFi工作机理简介

WiFi(WIreless-FIdelity)为分布式控制,同时民用的WiFi由于不需要牌照,使用的是公用的ISM频段(2.4GHz),所受到的干扰相比LTE更为复杂。WiFi在工作中为了避免不同用户之间的冲突,采用了CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)或者DCF(Distributed Coordination Function)协议。在此仅对CSMA/CA做进一步介绍和阐述。

首先先介绍CSMA(注意,此处没有CA)

为什么WiFi的覆盖面和穿透力比4G差?主要原因就是WiFi的发射功率远小于LTE。

图2 两种CSMA机制介绍

CSMA机制简单实用,但实际中会产生两个问题:1)隐藏终端和2)暴露终端。

为什么WiFi的覆盖面和穿透力比4G差?主要原因就是WiFi的发射功率远小于LTE。

图3 隐藏终端示意图

当节点A向节点B发送数据时,由于阻挡等原因,节点C无法监听到A发出的数据信号,因此节点C认为信道空闲并向节点B发出数据,来自A和C的数据信号在节点B处冲突,造成接收失败。

为什么WiFi的覆盖面和穿透力比4G差?主要原因就是WiFi的发射功率远小于LTE。

图4 暴露终端

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