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          無線路由器天線技術解析
          作者:admin 來源:本站原創 更新時間:2015年09月28日 瀏覽: 【字體:
          無線路由器天線技術解析
          “天線越多覆蓋越廣,天線越多信號越強,總之天線越多的無線路由器就越好”——覺得很“常識”的朋友可以繼續往下看正文了,覺得小編弱爆了小編是那個什么的估計也不會點進來。還是那句話,我們的干貨帖大多數是為了掃盲,歡迎各位大神補充、指正……

            首先,大家也應該注意到了,老一代無線路由器的天線肯定不會超過一根,這里的“老一代”指的是802.11n協議以前的802.11a/b/g路由, 老的54M產品就只有一根天線。這樣的話,802.11n顯然成了一條分水嶺,也是從那時開始天線不再只有孤零零的一根(1t1r的150M是個例外), 那到底是怎么一回事?這里我們就要提到一項11n協議之后才得到具體應用的多天線技術,也是無線通信領域一項非常重要的技術—— MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多入多出)

           

          無線路由器

            先來看個例子,有人說,為什么我買了一個最新款的3天線支持802.11ac協議的無線路由器,結果信號強度、覆蓋范圍甚至連速度都沒上去呢?天線不 夠?告訴你,300根也沒用,檢查一下你用的接受終端支不支持AC協議吧。比如你用的iPhone 3,這手機可只支持11a/b/g連11n都談不上,那么即便是你給這貨拆了加幾根天線也沒用。怎么解決?加裝AC網卡或者換終端,總之別再跟天線上較 勁。

            為什么這樣說?首先,Wi-Fi 應用的環境是室內,我們常用的802.11系列協議也是針對這種條件來建立的。由于發射端到接收端之間存在各種各樣的障礙物,收發時幾乎不存在直射信號的 可能。那怎么辦?我們管這個辦法叫做多徑傳輸,也叫多徑效應。多徑,從字面上也很好理解,就是把增加傳輸途徑。

           

          無線路由器

            那么問題來了,既然是多徑,傳輸的路程就有長有短,有的可能是從桌子反射過來的,有的可能是穿墻的,這些攜帶相同信息但是擁有不同相位的信號輾轉最終 一起匯集到接收端上,F代通信用的是存儲轉發的分組交換,也叫包交換,傳輸的是碼(Symbol)。由于障礙產生不同的傳輸時延,就造成了碼間干擾 ISI(InterSymbolInterference)。為了避免ISI,通信的帶寬就必須小于可容忍時延的倒數。

            對于 802.11a/b/g 20MHz 的帶寬,最大時延為50ns,多徑條件下無ISI的傳輸半徑為15m。在 IEEE802.11 協議中我們可以看到,這個值最大范圍是35m,這是協議中還有誤碼重傳等各種手段保證通信,并不是說有一點ISI就完全不能工作。這樣的話你會發現,對于 802.11a/b/g協議,即使加裝再多的天線也沒有任何意義。假設這些天線可以同時工作,反而會使多徑效應更加惡劣。

            后面的大家看不進去也沒有關系,總之,無線路由器的發射范圍是這個 IEEE802.11 協議決定的,而非單純的看天線。

            說了這么多,單天線路由、雙天線路由、三線四線甚至更多究竟有沒有區別?有,但對于實際使用過程中的影響并不大,這包括信號覆蓋、信號強度,天線多速 度快就更是無稽之談了。拋開已經很少見的單天線,剩下的“多天線”都只是實現 MIMO 技術的“介質”或者說是“工具”,區別在于使用的架構不同而已:常見的雙天線產品主要用1T2R或2T2R,三天線產品則用到的是2T3R或3T3R。

            理論上,增加天線數量會減少信號覆蓋盲點,但我們通過大量的評測證實,這種差異在普通家庭環境中完全可以忽略不計。而且,就像內置天線不輸外置一樣, 三天線覆蓋不如雙天線的情況也絕非個例,說到底產品質量也是一個重要因素。至于信號強度和“穿墻”則取決于發射功率,這個東西工信部作過規定,不得高于 20dBm(即100mW),“天線越多信號越強”也就不攻自破了。最后的結論就是,只要路由采用了有效的MIMO技術,無須在意天線數量。

            接下來我們會進一步深入了解MIMO技術的神奇,內容可能有些生澀,有興趣的可以再看一下。

           

          MIMO技術

            搜各種百科資料 IEEE802.11 詞條,我們可以讀到,從802.11n開始,數據傳輸速率或者說承載的數據量有了很大的提升。首先,802.11n有了40MHz模式,然而按照之前的理 論,它的發射范圍應該因此降低一半才對,但事實上數據反而提升了一倍(70m),這又是怎么一回事?

            這就要得益于 MIMO 技術了,剛才我們討論的種種手段都是為了對抗惡劣的多徑環境,但是多徑有沒有好的一面呢?事實上,MIMO 也是基于多徑的,我們稱之為空間多樣性。多天線的應用有很多種技術手段,這里簡單介紹兩種:波束成型(Beamforming)和時空分組碼(主要介紹 Alamouti’scode)。這兩種技術的優點是不需要多個接收天線。尤其是 Alamouti 碼,連信道信息都不用,只用數學運算就可以利用兩根天線實現3dB的增益,很贊對吧。

            而不需要多個接收天線的優點在于并不是所有設備都能裝上多天線。為了避免旁瓣輻射(天線方向圖上,最大輻射波束叫做主瓣,主瓣旁邊的小波束叫做旁 瓣),滿足空間上的采樣定理,一般以發送信號之一半波長作為實體的天線間距。無論是 GSM 信號1.8GHz,1.9GHz還是Wi-Fi信號的2.4GHz,我們暫取2GHz便于計算,半波長為7.5cm。所以,我們看到的路由器上天線的距離 大多如此,也正是因此,我們很難在手機上安裝多個天線。

            波束成型(Beamforming):借由多根天線產生一個具有指向性的波束,將能量集中在想要傳輸的方向,增加信號傳輸品質,并減少與其他用戶間的 干擾。我們可以簡單籠統地這樣理解天線的指向性:假設全指向性天線功率為1,范圍只有180度的指向性天線功率可以達到2。于是我們可以用4根90度的天 線在理論上提高4倍的功率。波束成型的另外一種模式是通過信道估算接收端的方位,然后有指向性的針對該點發射,提高發射功率(類似于聚光的手電筒,范圍越 小,光越亮)。智能天線技術的前身就是波束成型。

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