前言

请问买什么无线路由好?

华硕!网件!!思科!!!

这样不好,不考虑具体环境,单以品牌来选路由无异于赌大小。

wifi 之于现代人,犹如空气和水,而无线路由的好坏,直接影响生存体验。无线路由的信号能传多远,能穿几堵墙,是大多数人关注的重点。可是事实上,利用微波传输数据的无线路由,穿越墙体的能力极其有限。

何出此言?且听我一一道来。

本文第一部分讲信号穿墙的影响因素,第二部分谈无线路由的发射功率,第三部分聊天线的增益,最后给出增加信号覆盖范围的建议。

信号如何穿墙?

在很多情况下,信号不是『穿过』,而是在各种反射后『绕过』。通常而言,材料密度越大,对信号的屏蔽作用越厉害,面对金属,只能绕道。

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
常见障碍物信号衰减,来源:《WLAN室外覆盖场景》 - 华为WLAN培训资料

需要注意的是,上述材料和厚度的衰减值只是估测,具体的衰减,因结构和特性的差异而有所不同。

不考虑线路、干扰等因素的话,信号强度可以用一个简化的、笼统的公式来计算:

上行(上传)信号强度 = 设备发射功率 + 设备天线增益 + 路由天线增益 - 距离和障碍物衰减

下行(下载)信号强度 = 路由发射功率 + 路由天线增益 + 设备天线增益 - 距离和障碍物衰减

我们来试着算一把:假定路由发射功率为国标最大值 20 dBm(100 mw),把两端的天线增益设为常见的 3 dBi,加起来就是 26 dB。

最后还要减去距离和障碍物的衰减值:

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
信号传输距离与衰减值的关系,来源:《WLAN室外覆盖场景》华为WLAN培训资料

看了上图,是不是觉得 26 dB 很小?

确实很小,就算距离只有 1m,也有 46db 的衰减。没办法,无线路由发出的信号,无线设备的天线仅仅接收很小很小一部分。

我们假定无线路由运行频率在 2.4G,距离为 10m 、障碍物为120mm的砖墙,那么:

信号强度 = 20+3+3-72-10 = -56 dBm

看到负号不要慌张,这里只是代表强度小于 1 mw 而已(0 dbm = 1 mw);可见经过距离和障碍物的一番折腾,信号强度往往变为小于 1mw 的 - “xx” dBm。

穿墙能力差多大?

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
不同区域的信号强度要求,来源:《WLAN室内放装网络设计指导》 - 华为WLAN培训资料

我们暂且把大于 -75 dBm 作为基本要求。

对比下面这份几年前的来自 i t168 的路由器评测数据,就会发现国内众路由(802.11n,300m 级别),在穿墙能力上虽有差异,但不是太大。

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
评测环境,红点表示各个测试点,来源:《市售39款300M无线路由器横评》- it168.com
无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
众路由在不同测试点的表现,来源:《市售39款300M无线路由器横评》- it168.com

小结

无线路由的『穿墙』能力遇到非承重墙,都还可以;遇到金属材料多的承重墙,都怂。

所谓的『穿墙王』,也只能在不太封闭、屏蔽能力不强、距离不算太长的地方逞逞威风。

换而言之,能否穿墙,关键在于『距离』和『墙体』。

墙的厚度、内部材料和构造的不同,都会大大影响穿墙效果;只说能穿几堵墙,不谈其他条件,毫无参考价值。

路由的发射功率

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
信号强度 dBm 和功率 Watts 的对应,来源:bitstorm.com

上图是『信号强度』(单位:dBm)和『功率』(单位:Watts)的对应表,红框中是中国和美国的无线路由发射功率『限值』。

仔细观察可以发现,信号强度每增加 3dBm,功率就翻一番。

增大功率会提升穿墙能力吗?

的确,在相同条件下,随着发射功率的提高,无线路由的信号强度会提升,覆盖范围会变大,速率会提高。

这一点不仅可以从前面的公式推导出,也可以在下面的评测结果中得到印证:

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下行速率;横轴表示信号衰减,纵轴表示速率,三条颜色的线分别表示 100%、50%  和  25% 的功率,来源:smallnetbuilder.com
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上行速率;横轴表示信号衰减,纵轴表示速率,三条颜色的线分别表示 100%、50%  和  25% 的功率,来源:smallnetbuilder.com

大功率能提高上网体验?

不一定。

信号的传输是双向的,无线路由和上网设备之间的交流,就如两人隔着山岗喊话,一人的嗓门再大、耳朵再好(发射功率高、天线增益大),另一人嗓门小、耳朵不好(发射功率低、天线增益小)或是听不懂对方的方言(兼容性差),交流也无法继续。

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无线信号的往来,来源:bitstorm.com

再者,功率提升带来的信号增强是有限的。

对照前面信号强度和功率的对照表可知,就算把路由器的发射功率从 100mw 提到 1000mw,信号强度只增加了 10 dbm。

你可能想反驳,无线设备发射功率低,影响的只是上传速率啊。

不对,根据 802.11 协议中相关的规定,无线设备的功率低的话,回传数据的效率就低,等待它回应的无线路由的效率也会变低。

就像两人传球,一人慢吞吞的,另一人就是李毅也改变不了局面。

关于上面 smallnetbuilder 的测试还需要注意一点:朋友们,那个评测中用的无线网卡可是 ASUS PCE-66U AC1750 啊,发射功率高达 200mw 。

200mw 是什么概念?请看下图:

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常见无线设备的 wifi 发射功率,来源:《WLAN明确客户需求》 - 华为WLAN培训资料

笔记本网卡的发射功率约为 30 mw 到 50mw,手机更小,大概 10mw 左右。

队友不给力,你就是买个 1000 mw 的路由,实际体验的提高也是有限的。更何况,大家在国内正规渠道能够买到的无线路由,发射功率不会超过 100mw 。

小结

大功率路由的价格通常较贵,国内不易购买;无线设备的发射功率通常不高,配合不给力。

故此,相比其他方式,换大功率路由不是一个好主意,也不应当作为优先考虑的选项。

天线增益越高越好?

不一定。

首先,通常而言天线增益越大,长度越长,比如一根 12dBi 的全向天线的长度通常大于一米,一根 8dbi 也有三四十厘米左右。

其次,增益越大,覆盖的角度越小,看下图:

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
不同增益天线的信号覆盖角度,www.bitstorm.com
无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
2dBi 和 5dBi 的信号覆盖范围,www.tp-link.com

由此可见,高增益的天线并没有神奇的功能,只是集中了信号,以纵向覆盖为代价,换取横向的覆盖。

考虑到大部分家庭只有一层,这样做挺合理;若你家有几层楼那么高,那就应当留神了。

怎样增大覆盖范围?

一、改变无线路由的摆放位置,尽量放在房屋中央或房间交汇处。

无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
放在房间交汇处或房屋中央,来源:supportforums.cisco.com
无线路由系列:穿墙有术?-器物与我
合理和不合理的路由器位置,来源:《WLAN室内放装网络设计指导》 - 华为WLAN培训资料

二、使用无线中继器(Repeater,也叫做无线扩展器、增强器、放大器等)、多台路由无线桥接(WDS),或者使用电力猫 ( PLC,一种利用供电线路传输数据的设备 )。

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无线中继器使用示意图,来源:google.com

三、减少干扰。尽量远离金属材质的大东西、微波装置(微波炉、无绳电话)和空调、冰箱等电气设备。

四、如果你只需要在某个方向上网,那么可以加装一个高增益的定向天线。

五、给无线设备加一个强力网卡,当然,前提是装的上。

六、如果条件允许,可以尝试选用同一厂商、同一标准、同一系列的无线路由和网卡。

朋友们,以后若有人问:我家有  X 堵墙,请推荐一款无线路由。

最好的回答是:不知道。

主要信息来源

《WLAN网络中AP设备的覆盖能力分析》 - 田艳中

《无线局域网搭建与管理》 - 张瑞生、刘晓辉

《构建Cisco无线局域网(中文版)》- Eric Ouellet、Robert Padjen等

《范围如何更宽广无线路由信号传输解析》 - 《计算机与网络》

《市售39款300M无线路由器横评》- it168.com

华为WLAN培训资料

www.smallnetbuilder.com

www.upsangel.com

www.tp-link.com

supportforums.cisco.com

www.bitstorm.com

包括但不限于上述来源。