有人问chrafz“路由天线数的多与少,到底有啥区别”。于是,chrafz很快的意识到问题的严重性,想必存有此疑问的网友(多为技术小白),仍不在少数。是啊,三根天线,四根天线又有什么区别呢?当然了,高手先请自觉回避。

【知说】路由器天线的数量越多信号越好吗?-张弦先生-chrafz.com

事情恐怕还要追溯到老一代的,也就是路由采用802.11n协议以前,那些支持802.11a/b/g协议的无线路由产品,例如54M的产品就只有一根天线而已。显然,802.11n成了一条分水岭,也是从那时开始天线不再只有一根天线。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(多入多出)。

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众所周知,目前市面在售的绝大多数路由产品,都支持802.11ac协议。因此,我们不妨先来看看下面这个例子:为何一个最新款的3天线11ac路由器,为何在信号强度、覆盖范围,甚至说传输速度上都没改观呢?难道是天线数不够?有此想法的同学,还是先看看自己的无线终端是否支持AC协议吧。如果不支持,即便是100根天线,也是无用的。

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先来聊聊MIMO,这货到底是啥?

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。
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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。

使用MIMO发射技术需要有多天线支持,无线路由可以将数据分成多份从不同天线发出,在接收端在进行整合。以2x2 MIMO为例,就像两个人同时干活,将原来的工作效率变为两倍,提高了无线速率并且明显改善了通信质量

直观上看,就是路由的天线数越多,无线信号和传输就越好。实则是MIMO的“多入多出”让多天线发挥了作用。无论是2根天线的产品,还是3根天线的产品,都是为了匹配X*X MIMO模式。一台300M的无线路由,其模式一定是2x2MIMO,也就是说两根天线足矣,若在2x2MIMO的产品中出现3根或3根以上天线,多是厂商在误导用户,炒概念。当然了,也不排除是使用了2x3MIMO或2xXMIMO的模式,只是这类模式效果极差,非常不稳定。

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铺垫了这么多,那单天线路由、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。

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此外,还需要特别说明是,决定无线信号强弱的另一方面就在你所使用的接收设备。它的接收灵敏度若是不高,那么用户就会觉得无线信号不好,上网的实际体验就会很差。这与我们前面所说的,无线终端设备是否支持802.11ac协议,在大意上是相似的。

优于MIMO的MU-MIMO技术

物联网、智能家居以及高清视频的逐步落地,也加快了无线技术发展的脚步。在文章的最后,我们再来说一说优于MIMO也是最新的MU-MIMO技术。根据权威市场调查公司ABI Research的一项研究表明,为了配合市面上层出不穷的高清晰度、高质量以及高网速的电子设备及产品,例如4K超高清电视、笔记本电脑、手机、平板电脑以及游戏设备,预计到2019年无线网络的市场将会有超过84%采用MU-MIMO技术来支持用户对网速升级和与之相匹配的连接稳定性的要求。

单从概念来看,MU-MIMO是Multi-User Multiple-Input Multiple-Output的缩写,即多用户多入多出技术,这么长的一个技术名词理解起来未免太过抽象,因此我们不妨举例说明,让大家更容易理解。

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开车的朋友大多会有这样的体会,就是当两车道并入同一车道时,需要交替行驶,才能避免撞车、拥堵,但这种方式虽然稳妥效率却很低,牺牲时间换取秩序,后面的车辆则要排队等候。如何疏解交通并道压力?当然是将道路扩展成2车道、3车道甚至更多,这样车辆可以同时行驶,从而缓解拥堵、缓慢的道路状况,彼此间互不干扰,畅通无阻。

基于MIMO技术(多入多出)的无线路由或AP,一次只能与一个无线终端对话,当多个客户端出现时,必须要一个一个轮流通信;MU-MIMO(多用户多入多出),尽管只多了“多用户”,却能让你的无线路由实现同时跟多台设备通信,真正改善了网络资源利用率,单车道拓展成多车道。

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如此来看,MU-MIMO技术通过提升网络容量和频谱利用率,来满足视频等更多应用的大流量需求,提上用户在传统Wi-Fi终端的应用体验。看后,希望屏幕前的各位网友朋友们,可以放下“天线越多信号越强”的执念。