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無(wú)線路由器一、二、三根天線有什么區(qū)別
現(xiàn)在很多朋友都錯(cuò)認(rèn)為天線越多覆蓋越廣，天線越多信號(hào)越強(qiáng)，如果是這樣，那必須要認(rèn)真閱讀這篇文章了。本文將為大家詳細(xì)介紹無(wú)線路由器1、2、3根天線有什么區(qū)別嗎這個(gè)問(wèn)題以及深入了解MIMO技術(shù)神奇，感興趣的朋友可以過(guò)來(lái)看一下。
首先一個(gè)誤區(qū)是：天線越多覆蓋范圍越大，天線越多信號(hào)越強(qiáng)
MIMO(多入多出)也就是多天線的技術(shù)是從 802.11n 協(xié)議之后才有的，之前的 802.11a,b,g 都沒(méi)有。也就是說(shuō)首先老一代的路由器(802.11n 之前)絕對(duì)不會(huì)有超過(guò)一個(gè)以上的天線。而你買(mǎi)了一個(gè)最新的 3 天線支持 802.11ac(最新協(xié)議)的路由器，如果你的設(shè)備是老產(chǎn)品，比如只支持 802.11a,b,g 的 iphone3，那么很遺憾，那么多天線對(duì)你沒(méi)任何意義。如果硬要多天線同時(shí)發(fā)射，反而不會(huì)有好效果。
為什么這樣說(shuō)呢?首先 wifi 應(yīng)用的環(huán)境是室內(nèi)。我們常用的 802.11 系列協(xié)議也是針對(duì)這種條件來(lái)建立的。那就是由于有很多建筑物或者障礙，發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間幾乎不存在直射信號(hào)。我們管這個(gè)叫做多徑傳輸。既然是多徑，那么傳輸?shù)穆烦叹陀虚L(zhǎng)有短，有的可能是從桌子反射過(guò)來(lái)的，有的可能是穿墻的。于是這些攜帶相同信息但是擁有不同相位的信號(hào)一起匯集在接收機(jī)上。我們知道現(xiàn)代通信用的是分組交換，傳輸?shù)氖谴a(symbol)。由于上面所述不同的時(shí)延，造成了碼間干擾 ISI(inter symbol interference)。為了避免 ISI，通信的帶寬必須小于可容忍時(shí)延的倒數(shù)。
對(duì)于 802.11 a,b,g 20MHz 的帶寬，最大時(shí)延為 50ns，多徑條件下無(wú) ISI 的傳輸半徑為 15m。在IEEE 802.11協(xié)議中我們可以看到其最大范圍是 35m，這是協(xié)議中還有誤碼重傳等各種手段保證通信，并不是說(shuō)有一點(diǎn) ISI 就完全不能工作。
也就是說(shuō)，路由器的發(fā)射范圍其實(shí)是協(xié)議決定的。對(duì)于 802.11a,b,g，增多天線沒(méi)有任何意義。假設(shè)這些天線可以同時(shí)工作，反而會(huì)使多徑效應(yīng)更加惡劣。
MIMO：
在剛才維基百科的鏈接中(IEEE 802.11)我們可以發(fā)現(xiàn)從 802.11n 開(kāi)始，數(shù)據(jù)有了很大的提升，首先 802.11n 有了 40MHz 模式，按照之前的理論，他的發(fā)射范圍應(yīng)該因此降低一半才對(duì)，而數(shù)據(jù)反而提升了一倍(70m)，為什么呢。
這主要得益于多天線技術(shù)，剛才我們討論的種種手段都是為了對(duì)抗惡劣的多徑環(huán)境，但是多徑有沒(méi)有好的一面呢?事實(shí)上多天線技術(shù)也是基于多徑的，我們稱(chēng)之為空間多樣性。多天線的應(yīng)用有很多種技術(shù)手段，這里簡(jiǎn)單介紹 2 種：波束成型(Beamforming) 和時(shí)空分組碼 (主要介紹Alamouti's code)。這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需要多個(gè)接收天線。尤其是 alamouti 碼，連信道信息都不用，只用數(shù)學(xué)運(yùn)算就用兩根天線實(shí)現(xiàn)了 3dB 的增益，所有老師都對(duì)此贊不絕口!
不需要多個(gè)接收天線的優(yōu)點(diǎn)是，并不是所有設(shè)備都能裝上多天線的。為了避免旁瓣輻射，滿足空間上的采樣定理，一般以發(fā)送信號(hào)之一半波長(zhǎng)作為實(shí)體的天線間距。無(wú)論是 GSM 信號(hào) 1.8GHz，1.9GHz 還是 wifi 信號(hào) 2.4GHz，我們暫取 2GHz 便于計(jì)算，半波長(zhǎng)為 7.5cm。所以我們看到的路由器上天線的距離大多如此。也應(yīng)為這個(gè)原因，我們很難在手機(jī)上安裝多個(gè)天線(別提三星那個(gè) 7 寸的手機(jī)謝謝)。
1 波束成型(Beamforming)：借由多根天線產(chǎn)生一個(gè)具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸?shù)姆较颍黾有盘?hào)品質(zhì)，并減少與其他用戶間的干擾。我們可以簡(jiǎn)單籠統(tǒng)地這樣理解天線的指向性：假設(shè)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(dá)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(guò)信道估計(jì)判斷接收機(jī)的方位，然后有指向性的針對(duì)該點(diǎn)發(fā)射，提高發(fā)射功率。(類(lèi)似于聚光的手電筒，范圍越小，光越亮)。不過(guò)這種模式在哪個(gè)協(xié)議里應(yīng)用我還不清楚。
2 空時(shí)分組碼 STBC(Space— Time Block Code)是 在多天線上的不同時(shí)刻發(fā)送不同信息來(lái)提高數(shù)據(jù)可靠性的。Alamouti 碼是空時(shí)分組碼里最簡(jiǎn)單的一種。為了傳輸 d1d2 兩個(gè)碼，在兩根天線 1,2 上分別發(fā)送 d1,-d2* 和 d2,d1*。由于多徑，我們假設(shè)兩根天線的信道分別為 h1 h2，于是第一時(shí)刻接收機(jī)收到的信息 r1=d1h1+d2h2,之后接受的信息 r2=-d2*h1+d1*h2。接收到的這個(gè) 2 維方陣只要乘以信道，就可得到 d1 d2 的信息了……呃，似乎沒(méi)解釋清楚，沒(méi)辦法筆記不在身邊，搜了一圈也沒(méi)找到合適的材料�？傊鼐褪� Alamouti 找到一組正交的碼率為一 2×2 矩陣，用這種方式在兩根天線上發(fā)射可以互不影響;可以用一根天線接收，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算以后得到發(fā)射信息的方法。
其他的 MIMO 呢，在概念上可能比較好理解，比如 2 個(gè)發(fā)射天線 t1 t2 分別對(duì)兩個(gè)接收天線 r1 r2 發(fā)射，那么相當(dāng)于兩撥人同時(shí)干活，速度提升 2 倍等等。但是實(shí)際實(shí)現(xiàn)起來(lái)一方面在硬件上需要多個(gè)接收天線，另一方面需要信道估計(jì)等通信算法，那都是非常復(fù)雜，并且耗時(shí)耗硬件的計(jì)算。
講上面兩種實(shí)際上是 MISO 的方法也是想從另外一個(gè)方面證明，天線多了不代表他們能一起干活。100 年前人們就知道天線越多越好越大越好了，但是天才的 Alamouti 碼 1998 年才被提出來(lái)多天線技術(shù)的 802.11n 協(xié)議 2009 年才開(kāi)始應(yīng)用。
20 年前人們用 OFDM 技術(shù)對(duì)抗由于城市間或室內(nèi)障礙太多造成的多徑衰落，現(xiàn)在我們已經(jīng)開(kāi)始利用多徑來(lái)提高通信質(zhì)量。這是技術(shù)上突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而不是簡(jiǎn)單的“想當(dāng)然”就可以實(shí)現(xiàn)的。由于上課時(shí)的筆記不在身邊，總感覺(jué)有些沒(méi)太大把握的地方。
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