GNSS技術干貨：無線射頻通信領域的扛把子 dB&dBm
對于剛入行的新手工程師來說，無線射頻領域的使用的術語非常特別。他們經常追問的典型問題是：無線射頻信號功率的單位為什么要用dB ,dBm？ 物理學里功率的單位難道不應該用瓦特W？0 dBm 時怎么還有功率？ 此時應該是0 即無任何功率吧。 怎么還出現負數功率-130dBm的情況 ？-130dBm 這個功率究竟是多少呀？怎么又冒出來dBW？你們經常說3dB功率就差了一倍究竟是為什么？
如果您也是像上面這位新晉小白工程師一樣，對這些dB dBm等單位也充滿好奇，那就和我們一起開啟本期文章揭曉這些問題的答案。
首先來看GPS無線射頻信號常用的-130dBm轉化為瓦特W為單位實際功率值。
0.0000000000000001W=1.0E-16W
注意別數錯了小數點后有15個零，這里可以看出來使用dBm溝通交流的簡潔和便利，另外還可以很明顯的注意到這GPS那確實是非常弱的信號。
1 dB分貝
分貝dB這個單位英文“decibel”， 以美國發明家Alexander Graham Bell名字命名， 他就是擁有世界上第一臺電話機專利權的貝爾， 創辦了享譽全球的貝爾實驗室，同時還是一位聲學專家。
Deci 就是十分之一的意思，分貝是用來衡量兩個相同單位物理量的相對關系，最早用來描述聲音大?。晧海?，在聲學，音頻行業天天和dB打交道。人耳可聽見的聲壓振幅范圍很大2E-5 Pa~ 20Pa ， 如果用線性的數字描述，小數點后的數字會比較多，且人耳對聲音可洞察的響度差別是指數比例的。 所以我們常見的聲音強度直接用0~120dB來表征就特別方便易懂。
dB是一個相對值，表述兩個相同單位的數值比值，所以算出來的結果本身是不帶單位，無量綱單位，描述的是這兩個數比率差距。即下公式：P2 /P1取10為底的對數后乘10
為了方便理解我們舉例子來說明
例子1 ： P1= 10, P2= 1000 帶入公式即可算出P2比P1 大 20 dB
例子2： P1= 10, P2= 20 即可計算出P2比P1 約大3 dB, 這也就說常見的3dB可就差距一倍。所以這里要注意使用dB時，這些數字看起來并沒有發生巨大的變化，但實際上，分貝是呈指數級增長
例子3 ： P1=10 , P2= 1 計算可得 -10 dB。 這里就可以看出dB可以為負值，表征的就是P2比P1小
2 dBm
dBm就不再是一個相對值了，而是描述絕對功率值。
dBm是以1mW 毫瓦為參考Reference值
dBW是以1W 瓦為參考Reference值
例子4：0 dBm= 10lg(1mW/1mW) 即 0dBm 時功率為1毫瓦mW
例子5：0 dBW= 10lg(1W/1W)= 10lg(1000mW/1mW)=30dBm 即1W 和1mW差別是1000，反映到分貝單位上差別是30dB
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為什么在無線通信射頻領域要使用dB dBm單位 ？
作為射頻工程來說會涉及很多專業性較強的術語，dB這個概念根深蒂固，在工作的項目上無處不見。
首先使用dBm能夠以簡短的形式表達很大或很小的數值功率，使其成為無線電、微波和光纖通信等領域首選的計量單位。
其次無線通信領域包括蜂窩移動4G,5G, 路由器AP, WiFi，藍牙，無線電等等發射無線射頻信號功率都比較低1mW~1W,且還受到監管機構的限制，而移動物聯網設備多是基于電池，就這迫切需要節能省電。
無線射頻RF信號在無遮擋自由空間中傳播后信號數值功率變得非常小而無法處理，可以用The Friis transmission equations 傳輸公式來計算。無線射頻信號隨著距離的增加衰減非常大，信號衰減呈現非線性，按指數函數下降，分貝正好表示這種關系。
無線射頻RF系統的所有階段（插損，濾波器，LNA）等增益和損耗都是以dB加減來表示會非常方便計算。dB大于1 就說明是有增益，信號被放大。反之dB小于1說明信號被衰減。
最后來看看生活中常見的無線射頻信號功率范圍
通常，蜂窩移動通信在手機接收端的信號強度常用用RSRP (Reference Signal Received Power)表示，范圍是-50dBm ~ -120dBm
家用WiFi的信號功率范圍一般是 -30 dBm ~ -80 dBm
注：部分圖片來源互聯網