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时间:2017-03-11 22:06 来源:路由器大全 作者: luyouqi

  市面上的路由种类繁多,普通用户在挑选时往往会被各种宣传弄得晕头转向,尤其是在看到一些很高大上的专业术语时,各家经常把自家产品说得天花乱坠,贬得别家一分不值(其实都差不多一个鸟样),甚至有很多混淆视听故意误导消费者的虚假宣传。更有甚者,一些厂家公然卖假天线路由或者“旧酒换新瓶”换个马甲包装接着卖。
 
  无线覆盖范围和穿墙能力
 
  无线路由器的无线覆盖范围和穿墙能力还真不好分开说,都与无线发射功率和天线等有直接关系,加大发射功率和换装高dBi天线无疑可以增加覆盖和穿墙能力,移动基站就是很好例子。增大发射功率也意味着对人体辐射值的增加,因此国标对家用无线路由的无线发射功率有着严格的限制,也就是100毫瓦mW(20分贝毫瓦dBm),这还是算上增益天线和PA放大等各种叠加后的硬性界限,所以带国家3C强制认证的大厂产品,一般很少有超标的(早些年监管没这么严,存在部分产品超标的情况,直观感受就是信号比新路由要好咯);而企业级路由的无线发射功率工信部明文规定是不超过500mW即可,大着好几倍呢,因此不要拿企业级和家用级来对比。
 
  无线信号覆盖范围一般是以天线为圆心,呈360度向外发射的“圆圈”,形状类似于一个扁苹果,与天线垂直的水平方向信号传播距离较远(天线增益越大更是如此),而与天线方向相同或有一定夹角的范围容易形成“盲区”。所以那些是穿楼板楼上/楼下用的话,天线水平放置或者自己调整角度吧~

 
  全向天线图。左侧为水平方向,右侧为垂直方向。家用路由天线的材质虽有区别,但普遍属于全向天线,定向天线的情况就不说了。
 
  PCB+铜管天线设计,这种天线要比传统铜管天线信号质量要好很多,尤其是在国标100mW功率的严格限定下穿墙实测,有效范围内测试设备距离越大,这个差异就越明显。
 
  现在越来越多中低端路由(前提是采用多多进多出MIMO架构设计,后续贴会详细介绍)也开始使用Beamforming(波束成形)技术(网件称之为睿动天线,其实都是这货)。
 
  前世今生:该技术最早在上世纪60年代军用雷达中使用,采用数字波束形成(DBF)的自适应阵列干扰置零技术,能够提高雷达系统的抗干扰能力,为当今军用雷达提供了关键性技术。定位通信系统通过传声器阵列获取声场信息,使用波束成形和功率谱估计原理,对信号进行处理,确定信号来波方向,从而可对信源进行精确定向。只不过,由于早年半导体技术还处在微米级,所以它没有在民用通信中发挥到理想的状态。
 
  而发展到WLAN阶段,特别是应用在个人通信中,信号传输距离和信道质量以及无线通信的抗干扰问题便成为瓶颈。支持高吞吐是WLAN技术发展历程的关键。802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化,来充分提高WLAN技术的吞吐。此时,波束成形又有了用武之地。

 
  前面说了这么多,那这货与信号覆盖又有什么关系呢?其实说白了就是使用这货的路由,不在是前面提到的均匀地向四周发射信号,而是通过其算法利用多路天线,加强对某一位置信号源方向的信号覆盖,以达到增加覆盖范围的作用(这也是一些路由已经超出信号半径很多,但信号缺依旧稳定的原因之一),类似手电的效果。
 
  Beamforming通常有两大类实现方式:MIMO Beamforming和DOA Beamforming。
 
  MIMO Beamforming(简称MIMO-BF)技术是利用信道信息对发射数据进行加权,形成波束的一种波束赋形方法。MIMO-BF技术又可分为开环和闭环两种模式。
 
  开环Beamforming技术利用上行信道信息,对发射信号进行加权,不需要接收端反馈信道信息给发射端,发射端通过上行信道自行估计得到。开环Beamforming技术对覆盖和吞吐量的提升都有比较明显的效果。但是,由于需要利用上行信号估计下行发送权值,处理时延大,因此适用于低速场景。另外,开环Beamforming技术利用了上下行信道的互易特性,故系统实现时需要对各个收发通路进行校正。
 
  闭环Beamforming技术需要终端反馈信道信息如码本(Codebook)给发射端,利用反馈信息对发射信号进行加权。同样由于受反馈时延的影响,闭环Beamforming技术也只在低速场景有较好的性能。另外,由于受反馈精度的影响,闭环Beamforming技术总体上比开环的性能要略差,但系统实现相对简单,不需要对天线收发通道进行校正。根据业界情况,目前TDD系统只使用开环Beamforming技术,而闭环Beamforming技术则应用于FDD系统(注:TDD和FDD均是移动通信系统中使用的全双工通信技术的一种)。
 
  DOA Beamforming(简称DOA-BF)技术是通过估计信号的到达角(DOA:Direction of Arrival),利用DOA信息生成发射权值,使发射波束主瓣对准最佳路径方向的一种波束赋形方法。
 
  如想了解更多细节,可以自行度娘关键词:Beamforming和波束成形。
 
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  无线信号本质是电磁波,传播过程中必定会因传输距离和障碍物而造成信号强度不断减弱,尤其在穿透障碍物时会损失大量的能量。

 
  而360无线路由器P1/P0(P1mini)在宣传中用到了“覆盖200平米”/“覆盖140平米”“穿墙模式”、独立LNA等,这些又是什么鬼呢?“孕妇、均衡、穿墙”三种模式无疑是无线发射功率的调整;覆盖面积就是已知圆的面积求半径了,前者半径≈7.981米,后者≈6.677米,因此这个值这样看的话就不是很大了,所以路由要尽量放在房子的正中间,以增大覆盖实际使用空间。还有就是大家的户型和周围电磁环境差异,这个值也会存在差异,如果是复式建筑、别墅、自建房等墙或者墙内钢筋数量比较多的建筑,这个偏差值会更大。附上部分材质障碍物对无线信号衰减影响表。
 
  在20dB+5dBi(增益天线)主流配置同质化竞争的今天,如果只是纯硬件的对比,各家间的产品其实难分伯仲,当然也不能忽视其硬件体质优劣的区别(路由天线有黄铜天线、铜箔PCB天线、陶瓷天线等,像PCB天线要略优于其他)。厂家采用新技术、对天线的优化水平、驱动调试的技术实力对产品差异化显得更加关键,所以要优先选大厂的产品不是没依据的。那些带PA(Power Amplifier,功率放大器,侧重输出功率)和LNA(Low Noise Amplifier,低噪声放大器,侧重接收微弱信号)的路由,在信号比较弱时,也确实能提高一些无线终端设备的接入的稳定性,但是实际效果可能就没有宣传的那么大了,但有总比没有好吧。
 
  ——顺便在这里说下5GHz信号极少用来做中继的原因:主要是速率虽然比2.4G有本质上的提升,但实际应用时的传输距离问题至今没有较好的解决方案。
 
  无线信号本质是电磁波,而电磁波传播速率=频率x波长,这个乘积是一个固定值——就是光速,电磁波的频率越高,波长就越短,而波长越短的电磁波穿透力就越强,5GHz信号的波长要比2.4GHz信号短,所以穿透能力当然更强。等等,我读书少LZ你又骗我,我用过AC双频路由,那为什么2.4GHz比5GHz信号覆盖范围更大,穿墙后面信号更好呢?
 
  这是因为2.4GHz和5GHz频段的电磁波,其主要传播方式是直线传播,在碰到障碍物时会产生穿透、反射、衍射等多种现象,其中穿透是主要现象,只有小部分的信号会发生反射和衍射。然而电磁波信号在穿透障碍物时会损失大量的能量,前面也说了,有时候尚未穿透障碍物,能量就已经消耗殆尽,结果接收端收到的是通过反射和衍射而来信号,简单来说就是绕过了障碍物的信号。
 
  5GHz与2.4GHz频段电磁波相比,波长更短,有更强的穿透力,但也因此反射和衍射能力更弱。当两种频段的电磁波在碰到障碍物的时候,5GHz信号几乎全部能量都会用在穿透上,而2.4GHz信号则有部分会产生反射和衍射,绕过了障碍物继续传播。因此5GHz信号然选择了路程最短的传输路径,但是在传输过程中的会有很大的能量损失,这一特性注定了它不适合应用到无线中继上;虽然2.4GHz信号走得路径会更长一些,但是保留下来的能量却更多,在我们看来就是信号更强了。

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