无线路由器一、二、三根天线有什么区别?

admin

摘要：“天线越多覆盖越广，天线越多信号越强，总之天线越多路由就越好”——觉得很“常识”的朋友可以继续往下看正文了，觉得小编弱爆了小编是那个什么的估计也不会点进来。还是那句话，我们的干货帖大多数是为了扫盲，欢迎各位大神补充、指正。
         
        首先，大家也应该注意到了，老一代无线路由器的天线肯定不会超过一根，这里的“老一代”指的是802.11n协议以前的802.11a/b/g路由，老的 54M产品就只有一根天线。这样的话，802.11n显然成了一条分水岭，也是从那时开始天线不再只有孤零零的一根（1t1r的150M是个例外），那到 底是怎么一回事？这里我们就要提到一项11n协议之后才得到具体应用的多天线技术，也是无线通信领域一项非常重要的技术——MIMO（Multiple- Input Multiple-Output，多入多出）
         

       

         
        先来看个例子，有人说，为什么我买了一个最新款的3天线支持802.11ac协议的无线路由器，结果信号强度、覆盖范围甚至连速度都没上去呢？天线不够？告 诉你，300根也没用，检查一下你用的接受终端支不支持AC协议吧。比如你用的iPhone 3，这手机可只支持11a/b/g连11n都谈不上，那么即便是你给这货拆了加几根天线也没用。怎么解决？加装AC网卡或者换终端，总之别再跟天线上较劲。
         
        为什么这样说？首先，Wi-Fi应用的环境是室内，我们常用的802.11系列协议也是针对这种条件来建立的。由于发射端到接收端之间 存在各种各样的障碍物，收发时几乎不存在直射信号的可能。那怎么办？我们管这个办法叫做多径传输，也叫多径效应。多径，从字面上也很好理解，就是把增加传 输途径。
         

       

         
        那么问题来了，既然是多径，传输的路程就有长有短，有的可能是从桌子反射过来的，有的可能是穿墙的，这些携带相同信息但是拥有不同相位的信号辗转最终一起汇 集到接收端上。现代通信用的是存储转发的分组交换，也叫包交换，传输的是码（Symbol）。由于障碍产生不同的传输时延，就造成了码间干扰 ISI（InterSymbolInterference）。为了避免ISI，通信的带宽就必须小于可容忍时延的倒数。
         

       

         

        对于802.11a/b/g 20MHz的带宽，最大时延为50ns，多径条件下无ISI的传输半径为15m。在IEEE802.11协议中我们可以看到，这个值最大范围是35m，这 是协议中还有误码重传等各种手段保证通信，并不是说有一点ISI就完全不能工作。这样的话你会发现，对于802.11a/b/g协议，即使加装再多的天线 也没有任何意义。假设这些天线可以同时工作，反而会使多径效应更加恶劣。
         
        后面的大家看不进去也没有关系，总之，无线路由器的发射范围是这个IEEE802.11协议决定的，而非单纯的看天线。
         
        小结
        说了这么多，单天线路由、双天线路由、三线四线甚至更多究竟有没有区别？有，但对于实际使用过程中的影响并不大，这包括信号覆盖、信号强度，天线多速度快就 更是无稽之谈了。抛开已经很少见的单天线，剩下的“多天线”都只是实现MIMO技术的“介质”或者说是“工具”，区别在于使用的架构不同而已：常见的双天 线产品主要用1T2R或2T2R，三天线产品则用到的是2T3R或3T3R。
         
        理论上，增加天线数量会减少信号覆盖盲点，但我们通过大量的评 测证实，这种差异在普通家庭环境中完全可以忽略不计。而且，就像内置天线不输外置一样，三天线覆盖不如双天线的情况也绝非个例，说到底产品质量也是一个重 要因素。至于信号强度和“穿墙”则取决于发射功率，这个东西工信部作过规定，不得高于20dBm（即100mW），“天线越多信号越强”也就不攻自破了。 最后的结论就是，只要路由采用了有效的MIMO技术，无须在意天线数量。
         

       

         
        接下来一页我们会进一步深入了解MIMO技术的神奇，内容可能有些生涩，有兴趣的可以再看一下。
         
        MIMO技术
        搜各种百科资料IEEE802.11词条，我们可以读到，从802.11n开始，数据传输速率或者说承载的数据量有了很大的提升。首先，802.11n有了 40MHz模式，然而按照之前的理论，它的发射范围应该因此降低一半才对，但事实上数据反而提升了一倍（70m），这又是怎么一回事？
         
       
         
        这就要得益于MIMO技术了，刚才我们讨论的种种手段都是为了对抗恶劣的多径环境，但是多径有没有好的一面呢？事实上，MIMO也是基于多径的，我们称之为 空间多样性。多天线的应用有很多种技术手段，这里简单介绍两种：波束成型（Beamforming）和时空分组码（主要介绍 Alamouti'scode）。这两种技术的优点是不需要多个接收天线。尤其是Alamouti码，连信道信息都不用，只用数学运算就可以利用两根天线 实现3dB的增益，很赞对吧。
         
        而不需要多个接收天线的优点在于并不是所有设备都能装上多天线。为了避免旁瓣辐射（天线方向图上，最大辐射波 束叫做主瓣，主瓣旁边的小波束叫做旁瓣），满足空间上的采样定理，一般以发送信号之一半波长作为实体的天线间距。无论是GSM信号 1.8GHz，1.9GHz还是Wi-Fi信号的2.4GHz，我们暂取2GHz便于计算，半波长为7.5cm。所以，我们看到的路由器上天线的距离大多 如此，也正是因此，我们很难在手机上安装多个天线。
         
        波束成型（Beamforming）：借由多根天线 产生一个具有指向性的波束，将能量集中在想要传输的方向，增加信号传输品质，并减少与其他用户间的干扰。我们可以简单笼统地这样理解天线的指向性：假设全 指向性天线功率为1，范围只有180度的指向性天线功率可以达到2。于是我们可以用4根90度的天线在理论上提高4倍的功率。波束成型的另外一种模式是通 过信道估算接收端的方位，然后有指向性的针对该点发射，提高发射功率（类似于聚光的手电筒，范围越小，光越亮）。智能天线技术的前身就是波束成型。
         

       

         
        空时分组码（Space-Time Block Code，即STBC）： 在多天线上的不同时刻发送不同信息来提高数据可靠性。Alamouti码是空时分组码里最简单的一种。为了传输d1d2两个码，在两根天线1,2上分别发 送d1,-d2*和d2,d1*。由于多径，我们假设两根天线的信道分别为h1h2，于是第一时刻接收端收到的信息r1=d1h1+d2h2，之后接收的 信息r2=-d2*h1+d1*h2。接收到的这个2维方阵只要乘以信道，就可得到d1d2的信息了。看不懂没关系，总之呢就是Alamouti找到一组 正交的码率为2 2矩阵，用这种方式在两根天线上发射可以互不影响；可以用一根天线接收，经过数学运算以后得到发射信息的方法。
         

       

         

        其他的MIMO呢，在概念上可能比较好理解，比如2个发射天线t1t2分别对两个接收天线r1r2发射，那么相当于两拨人同时干活，速度提升2倍等等。但是 实际实现起来一方面在硬件上需要多个接收天线，另一方面需要信道估计等通信算法，那都是非常复杂，并且耗时耗硬件的计算了。
         
        讲上面两种技术 实际上是MISO（Multiple-Input Single-Output）的方法，也是想从另外一个方面证明，天线多了不代表他们能一起干活。100年前人们就知道天线越多越好越大越好了，但是天才 的Alamouti码1998年才被提出来多天线技术的802.11n协议2009年才开始应用。
         

       

<div class="gg200x300">