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無線路由是不是天線越多信號越強(qiáng) 無線路由知識誤區(qū)！解讀天線數(shù)量與信號強(qiáng)弱的關(guān)系( 二 )

小知識誤區(qū)無線知識路由


接下來一頁我們會進(jìn)一步深入了解MIMO技術(shù)的神奇 。
MIMO技術(shù)
搜各種百科資料IEEE802.11詞條，我們可以讀到，從802.11n開始，數(shù)據(jù)傳輸速率或者說承載的數(shù)據(jù)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(fā)射范圍應(yīng)該因此降低一半才對，但事實上數(shù)據(jù)反而提升了一倍(70m)，這又是怎么一回事?

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這就要得益于MIMO技術(shù)了，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?事實上，MIMO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，這里簡單介紹兩種：波束成型(Beamforming)和時空分組碼(主要介紹Alamouti'scode) 。這兩種技術(shù)的優(yōu)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(shù)學(xué)運算就可以利用兩根天線實現(xiàn)3dB的增益，很贊對吧 。
而不需要多個接收天線的優(yōu)點在于并不是所有設(shè)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(fā)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(jī)上安裝多個天線 。
波束成型(Beamforming)：借由多根天線產(chǎn)生一個具有指向性的波束，將能量集中在想要傳輸?shù)姆较?，增加信號傳輸品質(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算接收端的方位，然后有指向性的針對該點發(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) 。智能天線技術(shù)的前身就是波束成型 。
空時分組碼(Space-Time Block Code，即STBC)：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 。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h1h2，于是第一時刻接收端收到的信息r1=d1h1+d2h2，之后接收的信息r2=-d2*h1+d1*h2 。接收到的這個2維方陣只要乘以信道，就可得到d1d2的信息了 ?？床欢疀]關(guān)系，總之呢就是Alamouti找到一組正交的碼率為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t1t2分別對兩個接收天線r1r2發(fā)射，那么相當(dāng)于兩撥人同時干活，速度提升2倍等等 。但是實際實現(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了 。
講上面兩種技術(shù)實際上是MISO(Multiple-Input Single-Output)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(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交頻分復(fù)用，多載波調(diào)制的一種技術(shù))對抗由于城市間或室內(nèi)障礙太多造成的多徑衰落，而如今我們已經(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”就可以實現(xiàn)的 。

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