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科普 | 路由器为什么有多根天线?

2019-08-19 11:42 来源:互联网 编辑:Angelina

路由器头上有好几根天线,后面有线路连接,那它为什么有这么多天线呢?“我头上有犄角,我身后有尾巴,谁也不知道,我有多少秘密”!你以为这是唱的小青龙么?不,这是路由器!下面小编就为你揭开路由器多根天线的秘密……

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还记得过去那个没有智能手机的年代么?

在移动通信还不流行的时候,路由器是这样子的:

科普 | 路由器为什么有多根天线?

是的,它没有天线。虽然有点丑吧,但是好歹是新时代的产物。

科普 | 路由器为什么有多根天线?

那个年代的智能手机还没有普及,WIFI也还停留在11b/g和11a,其传输速率不但在理论上比不上有线网的100M,实际传输速率受限于环境还要再低一点。

所以,无线路由在那个年代并不普及,直到智能手机大规模应用的开始。

科普 | 路由器为什么有多根天线?

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早期的无线路由器通常都是单天线路由,即使有两根天线,通常也是一根负责2.4G,一根负责5.8G。

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随着智能手机的迅速普及,看视频,玩游戏,听音乐等娱乐多媒体应用需要海量的数据流量来支持。

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由于早期蜂窝网发展不够完善,传输速率慢,而数据资费又特别贵,所以WIFI得到了长足的发展。

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802.11n 的出现使得无线局域网的理论传输速率第一次超过了普通有线网(当时有线网速度通常为100Mbps,光纤除外)。

这依赖于11n采用了多天线技术,也就是MIMO技术。

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那么什么是MIMO呢?

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MIMO 是一种通过增加空间流的方式来改善无线传输质量以及提升无线传输速率的无线通信技术。

简单来说,MIMO技术就是在发射端多路无线数据并发,多路传输同时进行;

在接收端,多路数据被同时接收,通信系统单位时间的数据流量倍增。

MIMO技术不只是被应用在WIFI通信上,大家熟知的3G,4G都有MIMO的应用(部分WCDMA以及所有的LTE为2*2 MIMO)。

而即将到来的5G,MIMO技术被运用的更加彻底( Massive MIMO)

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很多人以为,MIMO技术一定可以使数据传输速率成倍增加。比如这样:

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这种理解只说对了一半!

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MIMO的多条通路,既可以同时发送不同的信息来提升数据传输速率,也可以同时发送相同的信息来提升通信链路质量。

第一种工作模式叫空间多路复用。每条传输通路,每个波束都发送独立的信息,接收端会对每条通路的信息单独解调制,然后在数字域合成。这样,相当于传输带宽增加了,传输速率也就增加了。

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举个例子:

单发单收的通信系统,传输信息的速率为1;那么,双发双收的空间多路复用系统,传输速率为单发单收x2,也就是比单发单收提升一倍的速率。

这就好像城市交通,起先城市交通只有一条路,那时候车少,一条路已经足够满足通行需求;

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后来城市发展了,车多了,通行需求也多了,而路还是只有一条,然后路就堵了,为了解决堵路的问题,除了提升车辆行驶速度之外,扩宽行车道路是更加行之有效的方法。

另一种工作模式叫空间分集,空间分集工作模式下,每个天线,每个波束,传送的信号内容是一样的。

接收端先进行空间分集解码,然后才进行解调制,这样做的目的是为了提升整个通信链路的增益,而信息传输的速率不变。

科普 | 路由器为什么有多根天线?

我再举个例子:

假设单发单收的系统增益为1,那么双发双收的系统相当于单发单收x2 ,则系统增益为2。对接收机来说,相当于接收到的信号强度增加了一倍,灵敏度可以提升3dB。

当然,这只是举例,实际增益并不是简单的射频增益,而是在数字域,信息的叠加纠错。

我们再用一个运输车队来类比一条数据传输通路,这个车队运载的所有货物就是我们一条完整的数据通信信息。

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当车队通过复杂路况时,某些车发生故障,运载的货物无法全部到达目的地,最终的数据信息就不完整了。如果加多一队车队来运送相同的货物,即使路上有损耗,但是最终能够到达目的地的两路信息可以进行互补,数据信息的完整度得到了提升。

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WIFI 技术在802.11n之前,都是SISO技术,也就是单发单收,空间数据通道仅有一条。

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而802.11n以后,MIMO技术的引入使得WIFI传输速率大幅提升。

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单通路的11n理论最高速率为72Mbps,而双通路的11n速率直接翻倍,理论上可以达到144Mbps,这已经超过了100Mbps的有线网络。

科普 | 路由器为什么有多根天线?

目前市面上双天线的路由器已经是最低标配,3天线,4天线,甚至6天线的路由器也不少见。

那么,天线那么多,真的对你有用么,这些多天线的路由真的可以改善你的手机上网速度么?

答案可能是否定的~

这些多天线的路由器可能只是商家用来吸引你购买的噱头。

从上面MIMO技术介绍可知,数据通道的数量决定了最终的数据传输速率。WIFI系统的数据通道数量不只取决于路由器,还取决于你的手机。

科普 | 路由器为什么有多根天线?

低端手机的WIFI通常都只有一根WIFI天线,即使路由器的天线再多,实际上的数据通道也只有一条,这并不会提升你的WIFI 传输速率。

目前有些高端手机的WIFI天线有两根,也就是说它最大也只能建立两条数据通道。

相对的,只要路由器有两根天线就可以满足MIMO的要求。

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而三天线,四天线,六天线的路由器实际上和双天线路由在提升你的WIFI速率上并无任何优势。

当然,支持MU-MIMO 技术的路由器另当别论。

科普 | 路由器为什么有多根天线?

MU-MIMO系统理论上可以使路由器的每根天线对应一个终端,从而解决WIFI多终端连接造成的网络堵车问题。

而实际上要让这套系统生效,其前置条件极多,导致MU-MIMO也慢慢变成一个噱头。

标签: 路由器 天线

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