IT之家：無線路由器一、二,、三根天線有什么區(qū)別？

首先一個(gè)誤區(qū)是：天線越多覆蓋范圍越大，天線越多信號(hào)越強(qiáng)。

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(duì)不會(huì)有超過一個(gè)以上的天線,。而你買了一個(gè)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(duì)你沒任何意義,。如果硬要多天線同時(shí)發(fā)射,，反而不會(huì)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(duì)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(hào),。我們管這個(gè)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(hào)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(shí)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(shí)延的倒數(shù),。

對(duì)于802.11 a,b,g 20MHz的帶寬,，最大時(shí)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(duì)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(shí)工作，反而會(huì)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(duì),，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(duì)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(shí)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(gè)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(duì)此贊不絕口！

不需要多個(gè)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(hào)之一半波長作為實(shí)體的天線間距,。無論是GSM信號(hào)1.8GHz,，1.9GHz還是wifi信號(hào)2.4GHz，我們暫取2GHz便于計(jì)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(gè)原因,，我們很難在手機(jī)上安裝多個(gè)天線（別提三星那個(gè)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(gè)具有指向性的波束,，將能量集中在欲傳輸?shù)姆较?，增加信?hào)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計(jì)判斷接收機(jī)的方位,，然后有指向性的針對(duì)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(gè)協(xié)議里應(yīng)用我還不清楚,。

2空時(shí)分組碼STBC(Space—Time Block Code)是在多天線上的不同時(shí)刻發(fā)送不同信息來提高數(shù)據(jù)可靠性的。Alamouti碼是空時(shí)分組碼里最簡單的一種,。為了傳輸d1d2兩個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)發(fā)射天線t1 t2分別對(duì)兩個(gè)接收天線r1 r2發(fā)射，那么相當(dāng)于兩撥人同時(shí)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(gè)接收天線，另一方面需要信道估計(jì)等通信算法,，那都是非常復(fù)雜,，并且耗時(shí)耗硬件的計(jì)算。

講上面兩種實(shí)際上是MISO的方法也是想從另外一個(gè)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(duì)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(shí)的筆記不在身邊，總感覺有些沒太大把握的地方,。對(duì)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(shí)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(shí)到實(shí)際應(yīng)用還有一段距離,，所以如有不對(duì)之處,，歡迎指正。