路由器的天線數(shù)量越多信號就越好嗎

　　大家在選購無線路由器的時候都會有一個疑問，究竟無線路由器1根，2根，還是3根天線的無線信號比較好呢?究竟無線路由器是否天線數(shù)量越多信號就越好呢?無線路由器一、二、三根天線有什么區(qū)別呢?下面學(xué)習(xí)啦小編就為大家介紹一下具體的知識內(nèi)容吧，歡迎大家參考和學(xué)習(xí)。

　　無線路由器一、二、三根天線有什么區(qū)別?

　　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都沒有。也就是說首先老一代的路由器(802.11n之前)絕對不會有超過一個以上的天線。而你買了一個最新的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iphone3G，那么很遺憾，那么多天線對你沒任何意義。如果硬要多天線同時發(fā)射，反而不會有好效果。

　　為什么這樣說呢?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)議也是針對這種條件來建立的。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。我們管這個叫做多徑傳輸。既然是多徑，那么傳輸?shù)穆烦叹陀虚L有短，有的可能是從桌子反射過來的，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延的倒數(shù)。

　　對于802.11 a,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，并不是說有一點(diǎn)ISI就完全不能工作。

　　也就是說，路由器的發(fā)射范圍其實(shí)是協(xié)議決定的。對于802.11a,b,g，增多天線沒有任何意義。假設(shè)這些天線可以同時工作，反而會使多徑效應(yīng)更加惡劣。

　　MIMO：

　　在維基百科的鏈接中(IEEE 802.11)我們可以發(fā)現(xiàn)從802.11n開始，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，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抗惡劣的多徑環(huán)境，但是多徑有沒有好的一面呢?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，這里簡單介紹2種：波束成型(Beamforming)和時空分組碼(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，所有老師都對此贊不絕口!

　　不需要多個接收天線的優(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)送信號之一半波長作為實(shí)體的天線間距。無論是GSM信號1.8GHz，1.9GHz還是wifi信號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。也應(yīng)為這個原因，我們很難在手機(jī)上安裝多個天線(別提三星那個7寸的手機(jī)謝謝)。

　　1波束成型(Beamforming)：

　　借由多根天線產(chǎn)生一個具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸?shù)姆较颍黾有盘柶焚|(zhì)，并減少與其他用戶間的干擾。我們可以簡單籠統(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信道估計判斷接收機(jī)的方位，然后有指向性的針對該點(diǎn)發(fā)射，提高發(fā)射功率。(類似于聚光的手電筒，范圍越小，光越亮)。不過這種模式在哪個協(xié)議里應(yīng)用我還不清楚。

　　2空時分組碼STBC(Space—Time Block Code)

　　是在多天線上的不同時刻發(fā)送不同信息來提高數(shù)據(jù)可靠性的。Alamouti碼是空時分組碼里最簡單的一種。為了傳輸d1d2兩個碼，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2維方陣只要乘以信道，就可得到d1 d2的信息了……呃，似乎沒解釋清楚，沒辦法筆記不在身邊，搜了一圈也沒找到合適的材料。總之呢就是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個發(fā)射天線t1 t2分別對兩個接收天線r1 r2發(fā)射，那么相當(dāng)于兩撥人同時干活，速度提升2倍等等。但是實(shí)際實(shí)現(xiàn)起來一方面在硬件上需要多個接收天線，另一方面需要信道估計等通信算法，那都是非常復(fù)雜，并且耗時耗硬件的計算。

　　講上面兩種實(shí)際上是MISO的方法也是想從另外一個方面證明，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年才被提出來多天線技術(shù)的802.11n協(xié)議2009年才開始應(yīng)用。

　　20年前人們用OFDM技術(shù)對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)開始利用多徑來提高通信質(zhì)量。這是技術(shù)上突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而不是簡單的“想當(dāng)然”就可以實(shí)現(xiàn)的。由于上課時的筆記不在身邊，總感覺有些沒太大把握的地方。對于“假設(shè)工作在802.11 a,b,g SISO模式的三天線路由器，可否認(rèn)為3根天線有較大的增益?”以及“處于兩橋接模式路由器間的設(shè)備是否同時從兩路由器下載數(shù)據(jù)，怎么進(jìn)行同步?”亦心存疑惑。畢竟從書本的知識到實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，所以如有不對之處，歡迎指正。

　　總結(jié)：

　　天線數(shù)量越多無線路由器的信號就越好，但是，信號好的意思并不是說無線路由器天線數(shù)量越多，它的無線信號的發(fā)射能力就成倍增長，穿透力就越好，事實(shí)上，多天線無線路由器信號只是比單天線無線路由器的信號強(qiáng)10%到15%左右而已，簡單的表現(xiàn)就是單天線無線路由器在經(jīng)過一堵墻相隔后，它的信號剩下一格，而多天線無線路由器的無線信號則徘徊在單格與兩格之間，一般不敏感的人群幾乎感覺不到它們的差異，除非使用WIFI信號測試軟件才能很直觀的看見無線信號的差異，而且雙天線與四天線的無線路由器相比，無線信號強(qiáng)度幾乎是一樣的。根據(jù)實(shí)驗測試結(jié)果我們總結(jié)了一下意見，無線路由器天線數(shù)量對于信號增強(qiáng)幫助不大，只是廠家利用大家的心理作用來提升產(chǎn)品價格的營銷手段而已。