對(duì)無(wú)線路由知識(shí)的誤解！解釋天線數(shù)量與信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系

天線越多，布線越好？

“天線越多，覆蓋范圍越廣，天線越多，信號(hào)越強(qiáng)。簡(jiǎn)而言之，天線越多，路由越好”，感到“常識(shí)”的朋友可以繼續(xù)閱讀文本。為您解釋天線數(shù)量與信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系！

首先，每個(gè)人還應(yīng)該注意，老一代的無(wú)線路由器肯定不會(huì)有多個(gè)天線。這里的“老一代”是指80 2. 11n協(xié)議之前的80 2. 11a / b / g。路由，舊的54M產(chǎn)品只有一根天線。在這種情況下，80 2. 11n顯然已成為分水嶺，從那時(shí)起，不再有單個(gè)天線（1t1r的150M是一個(gè)例外）。到底是怎么回事？在這里，我們將提到一個(gè)。在11n協(xié)議之后專門應(yīng)用的多天線技術(shù)也是無(wú)線通信MIMO（多輸入多輸出）領(lǐng)域中非常重要的技術(shù)

我們先來(lái)看一個(gè)例子。有人說(shuō)，為什么我買了一個(gè)新的帶有3個(gè)天線的無(wú)線路由器，支持80 2. 11ac協(xié)議，但是信號(hào)強(qiáng)度，覆蓋范圍甚至速度都沒(méi)有得到改善？天線不夠？讓我告訴你300根沒(méi)用。檢查您使用的接收終端是否支持AC協(xié)議。例如，如果您使用的是iPhone 3，則該電話只能支持11a / b / g，甚至11n也不能使用它，因此即使您刪除它并添加一些天線，也沒(méi)有用。怎么解決呢？簡(jiǎn)而言之，安裝交流網(wǎng)卡或更改終端，添加天線是沒(méi)有用的。

你為什么這么說(shuō)？首先，Wi-Fi應(yīng)用程序的環(huán)境是在室內(nèi)，并且針對(duì)這種情況也建立了我們常用的80 2. 11系列協(xié)議。由于發(fā)射器和之間存在各種障礙，因此在發(fā)送和接收時(shí)幾乎沒(méi)有直接信號(hào)傳輸?shù)目赡苄�。那該怎么辦？這種方法稱為多徑傳輸，也稱為多徑效應(yīng)。從字面上也很容易理解，多徑是為了增加傳輸路徑。

問(wèn)題在這里。由于是多路徑，因此傳輸距離可能長(zhǎng)也可能短。有些可能從桌子上反射出來(lái)，有些可能穿過(guò)墻壁。這些信號(hào)攜帶相同的信息，但具有不同的相位。經(jīng)過(guò)輾轉(zhuǎn)反側(cè)，他們終于聚集在接收端�，F(xiàn)代通信使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組交換（也稱為分組交換）來(lái)傳輸符號(hào)（符號(hào)）。由于障礙物產(chǎn)生不同的傳輸延遲，因此會(huì)導(dǎo)致符號(hào)間干擾ISI（InterSymbol Interference，InterSymbol Interference）。為了避免ISI，通信帶寬必須小于容許延遲的倒數(shù)。

對(duì)于80 2. 11a / b / g 20MHz帶寬，最大延遲為50ns，在多徑條件下不帶ISI的傳輸半徑為15m。在IEEE80 2. 11協(xié)議中，我們可以看到此值的最大范圍是35m。這是因?yàn)閰f(xié)議中有各種方法（例如錯(cuò)誤重傳）來(lái)確保通信。這并不意味著ISI根本無(wú)法工作。在這種情況下，您會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)于80 2. 11a / b / g協(xié)議，即使您安裝更多天線，也沒(méi)有任何意義。假設(shè)這些天線可以同時(shí)工作，將使多徑效應(yīng)變得更糟。

簡(jiǎn)而言之，無(wú)線路由器的傳輸范圍是由IEEE80 2. 11協(xié)議確定的，而不僅僅是看天線。

摘要

我已經(jīng)說(shuō)了很多，單天線路由，雙天線路由，三線四線甚至更多之間有什么區(qū)別嗎？是的，但是它對(duì)實(shí)際使用沒(méi)有太大影響，包括信號(hào)覆蓋范圍，信號(hào)強(qiáng)度，天線。更快的速度甚至是胡說(shuō)八道。除了罕見(jiàn)的單天線之外，其余的“多天線”僅僅是實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)的“媒介”或“工具”。區(qū)別在于所使用的體系結(jié)構(gòu)：常見(jiàn)的雙天線產(chǎn)品主要使用1T2R或2T2R，三天線產(chǎn)品使用3T3R或3T3R。

從理論上講，增加天線數(shù)量將減少信號(hào)覆蓋盲區(qū)，但我們已經(jīng)通過(guò)大量評(píng)估證明，這種差異在普通家庭環(huán)境中是可以忽略的。而且，就像內(nèi)置天線不會(huì)輸給也不如兩天線的覆蓋范圍。歸根結(jié)底，產(chǎn)品質(zhì)量也是重要因素。至于信號(hào)強(qiáng)度和“穿墻能力”，則取決于發(fā)射功率。東西方工業(yè)和信息化部規(guī)定，它不應(yīng)高于20dBm（即100mW）。 “天線越多，信號(hào)越強(qiáng)”將是自欺欺人的。最后的結(jié)論是，只要路由采用有效的MIMO技術(shù)，就不必?fù)?dān)心天線的數(shù)量。

在下一頁(yè)，我們將進(jìn)一步了解MIMO技術(shù)的魔力。

MIMO技術(shù)

搜索各種百科全書IEEE80 2. 11條目，我們可以了解到從80 2. 11n開(kāi)始，數(shù)據(jù)傳輸速率或承載的數(shù)據(jù)量已大大提高。首先，80 2. 11n具有40MHz模式。但是，根據(jù)以前的理論，其傳輸范圍應(yīng)減少一半，但實(shí)際上數(shù)據(jù)已翻倍（70m）。發(fā)生了什么事？

這是由于MIMO技術(shù)所致。我們剛才討論的各種方法都是為了應(yīng)對(duì)惡劣的多路徑環(huán)境，但是多路徑是否有好的方面？實(shí)際上，MIMO也基于多徑。稱之為空間多樣性。應(yīng)用多個(gè)天線有許多技術(shù)手段。這是兩個(gè)簡(jiǎn)短的介紹：波束成形和時(shí)空分組碼（主要介紹Alamouti的碼）。這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不需要多個(gè)接收天線。特別是Alamouti碼甚至不使用頻道信息。僅通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算就可以使用兩個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)3dB的增益。

不需要多個(gè)接收天線的優(yōu)點(diǎn)是，并非所有設(shè)備都可以配備多個(gè)天線。為了避免旁瓣輻射（在天線方向圖中，最大的輻射束稱為主瓣，而靠近主瓣的小束稱為旁瓣），并滿足空間采樣定理，通常發(fā)射信號(hào)的一半波長(zhǎng)用作物理天線間隔。無(wú)論是GSM信號(hào)1. 8GHz，1. 9GHz還是Wi-Fi信號(hào)2. 4GHz，我們暫時(shí)選擇2GHz以便于計(jì)算，半波長(zhǎng)為7. 5cm。因此，我們看到的路由器上的大多數(shù)天線都處于相同的距離，這就是為什么我們很難在手機(jī)上安裝多個(gè)天線的原因。

波束成形：定向波束由多個(gè)天線產(chǎn)生，將能量集中在所需的傳輸方向上，提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量，并減少了對(duì)其他用戶的干擾。我們可以通過(guò)一種簡(jiǎn)單而通用的方式來(lái)理解天線的方向性：假設(shè)全向天線的功率為1，則只有180度范圍的定向天線的功率可以達(dá)到2。因此，從理論上講，我們可以提高功率用4個(gè)90度天線放大4倍。波束成形的另一種模式是估計(jì)通過(guò)通道的接收端的位置，然后直接發(fā)送到該點(diǎn)以增加發(fā)射功率（類似于聚焦手電筒，范圍越小，光線越亮）。智能天線技術(shù)的前身是波束成形。

空時(shí)分組碼（STBC）：在多個(gè)天線的不同時(shí)間發(fā)送不同的信息，以提高數(shù)據(jù)可靠性。 Alamouti碼是最簡(jiǎn)單的時(shí)空分組碼。為了發(fā)送兩個(gè)碼d1d2，d1，-d2 *和d2，d1 *分別在兩個(gè)天線1、2上發(fā)送。由于存在多徑，我們假設(shè)兩個(gè)天線的信道分別為h1h2，因此接收端在第一時(shí)刻接收到的信息為r1 = d1h1 + d2h2，以后接收到的信息為r2 = -d2 * h1 + d1 * h2。只要將接收到的二維方陣乘以信道，就可以得到d1d2的信息。如果您不了解，也沒(méi)關(guān)系。簡(jiǎn)而言之，Alamouti找到了一組正交碼率2×2矩陣。這樣，可以發(fā)射兩個(gè)天線而不會(huì)互相影響。它可以由一根天線接收，并且可以通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得。信息傳遞方法。

在概念上可以更好地理解其他MIMO。例如，兩個(gè)發(fā)送天線t1t2分別發(fā)送到兩個(gè)接收天線r1r2，這相當(dāng)于兩組同時(shí)工作，并且速度提高了2倍。然而，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，一方面在硬件上需要多個(gè)接收天線，另一方面在信道估計(jì)等通信算法上卻是非常復(fù)雜且費(fèi)時(shí)的硬件計(jì)算。

以上兩種技術(shù)實(shí)際上是MISO（多輸入單輸出）方法。我還想從另一個(gè)方面證明擁有更多天線并不意味著它們可以一起工作。 100年前，人們知道天線越多越好，但是天才的Alamouti代碼僅在1998年提出。多天線技術(shù)的80 2. 11n協(xié)議僅在2009年應(yīng)用。

20年前，人們使用OFDM（正交頻分復(fù)用，一種多載波調(diào)制技術(shù)）來(lái)應(yīng)對(duì)由于城市或室內(nèi)之間的障礙物過(guò)多而導(dǎo)致的多徑衰落，但是現(xiàn)在我們已經(jīng)開(kāi)始使用多徑來(lái)提高通信質(zhì)量。這是飛躍性的技術(shù)發(fā)展，而不是簡(jiǎn)單地“理所當(dāng)然”。

寫在最后

MIMO本身是時(shí)變的，不穩(wěn)定的多輸入多輸出系統(tǒng)。 MIMO的研究是世界性的課題，仍然存在許多問(wèn)題。同一期甚至可能有不同的學(xué)術(shù)見(jiàn)解。但是，對(duì)于普通消費(fèi)者而言，您不需要深入研究它。他們認(rèn)識(shí)到我們?cè)谝婚_(kāi)始就談到的“誤解”，并且知道路由天線是“工具”，而普通家庭使用雙天線就足夠了。購(gòu)買時(shí)，請(qǐng)參閱產(chǎn)品規(guī)格，不要被商家誤導(dǎo)。

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