無線路由器一、二、三根天線有什麼區別

現在很多朋友都錯認為天線越多覆蓋越廣，天線越多信號越強，如果是這樣，那必須要認真閲讀這篇文章了。本文將為大家詳細介紹無線路由器1、2、3根天線有什麼區別嗎這個問題以及深入瞭解MIMO技術神奇，感興趣的朋友可以過來看一下。

　　首先一個誤區是：天線越多覆蓋範圍越大，天線越多信號越強

MIMO(多入多出)也就是多天線的技術是從 802.11n 協議之後才有的，之前的 802.11a,b,g 都沒有。也就是説首先老一代的路由器(802.11n 之前)絕對不會有超過一個以上的天線。而你買了一個最新的 3 天線支持 802.11ac(最新協議)的路由器，如果你的設備是老產品，比如只支持 802.11a,b,g 的 iphone3，那麼很遺憾，那麼多天線對你沒任何意義。如果硬要多天線同時發射，反而不會有好效果。

為什麼這樣説呢?首先 wifi 應用的環境是室內。我們常用的 802.11 系列協議也是針對這種條件來建立的。那就是由於有很多建築物或者障礙，發射機到接收機之間幾乎不存在直射信號。我們管這個叫做多徑傳輸。既然是多徑，那麼傳輸的路程就有長有短，有的可能是從桌子反射過來的，有的可能是穿牆的。於是這些攜帶相同信息但是擁有不同相位的信號一起彙集在接收機上。我們知道現代通信用的是分組交換，傳輸的是碼(symbol)。由於上面所述不同的時延，造成了碼間干擾 ISI(inter symbol interference)。為了避免 ISI，通信的帶寬必須小於可容忍時延的.倒數。

對於 802.11 a,b,g 20MHz 的帶寬，最大時延為 50ns，多徑條件下無 ISI 的傳輸半徑為 15m。在IEEE 802.11協議中我們可以看到其最大範圍是 35m，這是協議中還有誤碼重傳等各種手段保證通信，並不是説有一點 ISI 就完全不能工作。

也就是説，路由器的發射範圍其實是協議決定的。對於 802.11a,b,g，增多天線沒有任何意義。假設這些天線可以同時工作，反而會使多徑效應更加惡劣。

　　MIMO：

在剛才維基百科的鏈接中(IEEE 802.11)我們可以發現從 802.11n 開始，數據有了很大的提升，首先 802.11n 有了 40MHz 模式，按照之前的理論，他的發射範圍應該因此降低一半才對，而數據反而提升了一倍(70m)，為什麼呢。

這主要得益於多天線技術，剛才我們討論的種種手段都是為了對抗惡劣的多徑環境，但是多徑有沒有好的一面呢?事實上多天線技術也是基於多徑的，我們稱之為空間多樣性。多天線的應用有很多種技術手段，這裏簡單介紹 2 種：波束成型(Beamforming) 和時空分組碼 (主要介紹Alamouti's code)。這兩種技術的優點是不需要多個接收天線。尤其是 alamouti 碼，連信道信息都不用，只用數學運算就用兩根天線實現了 3dB 的增益，所有老師都對此讚不絕口!

不需要多個接收天線的優點是，並不是所有設備都能裝上多天線的。為了避免旁瓣輻射，滿足空間上的採樣定理，一般以發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 wifi 信號 2.4GHz，我們暫取 2GHz 便於計算，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。也應為這個原因，我們很難在手機上安裝多個天線(別提三星那個 7 寸的手機謝謝)。

1 波束成型(Beamforming)：藉由多根天線產生一個具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸的方向，增加信號品質，並減少與其他用户間的干擾。我們可以簡單籠統地這樣理解天線的指向性：假設全指向性天線功率為 1，範圍只有 180 度的指向性天線功率可以達到 2。於是我們可以用 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判斷接收機的方位，然後有指向性的針對該點發射，提高發射功率。(類似於聚光的手電筒，範圍越小，光越亮)。不過這種模式在哪個協議裏應用我還不清楚。

2 空時分組碼 STBC(Space— Time Block Code)是 在多天線上的不同時刻發送不同信息來提高數據可靠性的。Alamouti 碼是空時分組碼裏最簡單的一種。為了傳輸 d1d2 兩個碼，在兩根天線 1,2 上分別發送 d1,-d2* 和 d2,d1*。由於多徑，我們假設兩根天線的信道分別為 h1 h2，於是第一時刻接收機收到的信息 r1=d1h1+d2h2,之後接受的信息 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 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射可以互不影響;可以用一根天線接收，經過數學運算以後得到發射信息的方法。

其他的 MIMO 呢，在概念上可能比較好理解，比如 2 個發射天線 t1 t2 分別對兩個接收天線 r1 r2 發射，那麼相當於兩撥人同時幹活，速度提升 2 倍等等。但是實際實現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，那都是非常複雜，並且耗時耗硬件的計算。

講上面兩種實際上是 MISO 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幹活。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的 802.11n 協議 2009 年才開始應用。

20 年前人們用 OFDM 技術對抗由於城市間或室內障礙太多造成的多徑衰落，現在我們已經開始利用多徑來提高通信質量。這是技術上突飛猛進的發展，而不是簡單的“想當然”就可以實現的。由於上課時的筆記不在身邊，總感覺有些沒太大把握的地方。