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[優(yōu)酷路由]

路由知識小課堂:無線覆蓋范圍和穿墻能力

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樓主
發(fā)表于 2016-11-22 08:08 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式 | 來自江蘇
市面上的路由種類繁多,普通用戶在挑選時往往會被各種宣傳弄得暈頭轉(zhuǎn)向,尤其是在看到一些很高大上的專業(yè)術(shù)語時,各家經(jīng)常把自家產(chǎn)品說得天花亂墜,貶得別家一分不值(其實都差不多一個鳥樣),甚至有很多混淆視聽故意誤導(dǎo)消費者的虛假宣傳。更有甚者,一些廠家公然賣假天線路由或者“舊酒換新瓶”換個馬甲包裝接著賣。

無線覆蓋范圍和穿墻能力
無線路由器的無線覆蓋范圍和穿墻能力還真不好分開說,都與無線發(fā)射功率和天線等有直接關(guān)系,加大發(fā)射功率和換裝高dBi天線無疑可以增加覆蓋和穿墻能力,移動基站就是很好例子。增大發(fā)射功率也意味著對人體輻射值的增加,因此國標(biāo)對家用無線路由的無線發(fā)射功率有著嚴格的限制,也就是100毫瓦mW(20分貝毫瓦dBm),這還是算上增益天線和PA放大等各種疊加后的硬性界限,所以帶國家3C強制認證的大廠產(chǎn)品,一般很少有超標(biāo)的(早些年監(jiān)管沒這么嚴,存在部分產(chǎn)品超標(biāo)的情況,直觀感受就是信號比新路由要好咯);而企業(yè)級路由的無線發(fā)射功率工信部明文規(guī)定是不超過500mW即可,大著好幾倍呢,因此不要拿企業(yè)級和家用級來對比。
路由知識小課堂:無線覆蓋范圍和穿墻能力
無線信號覆蓋范圍一般是以天線為圓心,呈360度向外發(fā)射的“圓圈”,形狀類似于一個扁蘋果,與天線垂直的水平方向信號傳播距離較遠(天線增益越大更是如此),而與天線方向相同或有一定夾角的范圍容易形成“盲區(qū)”。所以那些是穿樓板樓上/樓下用的話,天線水平放置或者自己調(diào)整角度吧~
路由知識小課堂:無線覆蓋范圍和穿墻能力
全向天線圖。左側(cè)為水平方向,右側(cè)為垂直方向。家用路由天線的材質(zhì)雖有區(qū)別,但普遍屬于全向天線,定向天線的情況就不說了。
360,無論是P1/P0(Mini版)還是P2(5G版),均使用了PCB+銅管天線設(shè)計,這種天線要比傳統(tǒng)銅管天線信號質(zhì)量要好很多,尤其是在國標(biāo)100mW功率的嚴格限定下穿墻實測,有效范圍內(nèi)測試設(shè)備距離越大,這個差異就越明顯,這在諸多第三方測試和用戶測評中都可以得到證實,就LZ已知,在此價位內(nèi)即使聯(lián)想新路由newifi mini(3dBi銅管天線+4PA放大)也無法與P1一戰(zhàn),只有樂視這些同樣采用PCB天線的路由才能一比,不過不比不知道,樂視(更新到2016-01-19最新版本5.0.013S)也是LZ目前見過功能最簡陋的路由,沒有之一。
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現(xiàn)在越來越多中低端路由(前提是采用多多進多出MIMO架構(gòu)設(shè)計,后續(xù)貼會詳細介紹)也開始使用Beamforming(波束成形)技術(shù)(網(wǎng)件稱之為睿動天線,其實都是這貨)。
前世今生:該技術(shù)最早在上世紀60年代軍用雷達中使用,采用數(shù)字波束形成(DBF)的自適應(yīng)陣列干擾置零技術(shù),能夠提高雷達系統(tǒng)的抗干擾能力,為當(dāng)今軍用雷達提供了關(guān)鍵性技術(shù)。定位通信系統(tǒng)通過傳聲器陣列獲取聲場信息,使用波束成形和功率譜估計原理,對信號進行處理,確定信號來波方向,從而可對信源進行精確定向。只不過,由于早年半導(dǎo)體技術(shù)還處在微米級,所以它沒有在民用通信中發(fā)揮到理想的狀態(tài)。
而發(fā)展到WLAN階段,特別是應(yīng)用在個人通信中,信號傳輸距離和信道質(zhì)量以及無線通信的抗干擾問題便成為瓶頸。支持高吞吐是WLAN技術(shù)發(fā)展歷程的關(guān)鍵。802.11n主要是結(jié)合物理層和MAC層的優(yōu)化,來充分提高WLAN技術(shù)的吞吐。此時,波束成形又有了用武之地。
路由知識小課堂:無線覆蓋范圍和穿墻能力
前面說了這么多,那這貨與信號覆蓋又有什么關(guān)系呢?其實說白了就是使用這貨的路由,不在是前面提到的均勻地向四周發(fā)射信號,而是通過其算法利用多路天線,加強對某一位置信號源方向的信號覆蓋,以達到增加覆蓋范圍的作用(這也是一些路由已經(jīng)超出信號半徑很多,但信號缺依舊穩(wěn)定的原因之一),類似手電的效果。
Beamforming通常有兩大類實現(xiàn)方式:MIMO Beamforming和DOA Beamforming。
MIMO Beamforming(簡稱MIMO-BF)技術(shù)是利用信道信息對發(fā)射數(shù)據(jù)進行加權(quán),形成波束的一種波束賦形方法。MIMO-BF技術(shù)又可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種模式。
開環(huán)Beamforming技術(shù)利用上行信道信息,對發(fā)射信號進行加權(quán),不需要接收端反饋信道信息給發(fā)射端,發(fā)射端通過上行信道自行估計得到。開環(huán)Beamforming技術(shù)對覆蓋和吞吐量的提升都有比較明顯的效果。但是,由于需要利用上行信號估計下行發(fā)送權(quán)值,處理時延大,因此適用于低速場景。另外,開環(huán)Beamforming技術(shù)利用了上下行信道的互易特性,故系統(tǒng)實現(xiàn)時需要對各個收發(fā)通路進行校正。
閉環(huán)Beamforming技術(shù)需要終端反饋信道信息如碼本(Codebook)給發(fā)射端,利用反饋信息對發(fā)射信號進行加權(quán)。同樣由于受反饋時延的影響,閉環(huán)Beamforming技術(shù)也只在低速場景有較好的性能。另外,由于受反饋精度的影響,閉環(huán)Beamforming技術(shù)總體上比開環(huán)的性能要略差,但系統(tǒng)實現(xiàn)相對簡單,不需要對天線收發(fā)通道進行校正。根據(jù)業(yè)界情況,目前TDD系統(tǒng)只使用開環(huán)Beamforming技術(shù),而閉環(huán)Beamforming技術(shù)則應(yīng)用于FDD系統(tǒng)(注:TDD和FDD均是移動通信系統(tǒng)中使用的全雙工通信技術(shù)的一種)。
DOA Beamforming(簡稱DOA-BF)技術(shù)是通過估計信號的到達角(DOA:Direction of Arrival),利用DOA信息生成發(fā)射權(quán)值,使發(fā)射波束主瓣對準最佳路徑方向的一種波束賦形方法。
如想了解更多細節(jié),可以自行度娘關(guān)鍵詞:Beamforming和波束成形。
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無線信號本質(zhì)是電磁波,傳播過程中必定會因傳輸距離和障礙物而造成信號強度不斷減弱,尤其在穿透障礙物時會損失大量的能量。
路由知識小課堂:無線覆蓋范圍和穿墻能力
而P1/P0(P1mini)在宣傳中用到了“覆蓋200平米”/“覆蓋140平米”“穿墻模式”、獨立LNA等,這些又是什么鬼呢?“孕婦、均衡、穿墻”三種模式無疑是無線發(fā)射功率的調(diào)整;覆蓋面積就是已知圓的面積求半徑了,前者半徑≈7.981米,后者≈6.677米,因此這個值這樣看的話就不是很大了,所以路由要盡量放在房子的正中間,以增大覆蓋實際使用空間。還有就是大家的戶型和周圍電磁環(huán)境差異,這個值也會存在差異,如果是復(fù)式建筑、別墅、自建房等墻或者墻內(nèi)鋼筋數(shù)量比較多的建筑,這個偏差值會更大。附上部分材質(zhì)障礙物對無線信號衰減影響表。
路由知識小課堂:無線覆蓋范圍和穿墻能力
在20dB+5dBi(增益天線)主流配置同質(zhì)化競爭的今天,如果只是純硬件的對比,各家間的產(chǎn)品其實難分伯仲,當(dāng)然也不能忽視其硬件體質(zhì)優(yōu)劣的區(qū)別(路由天線有黃銅天線、銅箔PCB天線、陶瓷天線等,像PCB天線要略優(yōu)于其他@)。廠家采用新技術(shù)、對天線的優(yōu)化水平、驅(qū)動調(diào)試的技術(shù)實力對產(chǎn)品差異化顯得更加關(guān)鍵,所以要優(yōu)先選大廠的產(chǎn)品不是沒依據(jù)的。那些帶PA(Power Amplifier,功率放大器,側(cè)重輸出功率)和LNA(Low Noise Amplifier,低噪聲放大器,側(cè)重接收微弱信號)的路由,在信號比較弱時,也確實能提高一些無線終端設(shè)備的接入的穩(wěn)定性,但是實際效果可能就沒有宣傳的那么大了,但有總比沒有好吧,像P2(5G版)相比P1和P1(mini)只有LNA的基礎(chǔ)上加了獨立PA芯片,明顯是有進步的。
——順便在這里說下5GHz信號極少用來做中繼的原因:主要是速率雖然比2.4G有本質(zhì)上的提升,但實際應(yīng)用時的傳輸距離問題至今沒有較好的解決方案。
    無線信號本質(zhì)是電磁波,而電磁波傳播速率=頻率x波長,這個乘積是一個固定值——就是光速,電磁波的頻率越高,波長就越短,而波長越短的電磁波穿透力就越強,5GHz信號的波長要比2.4GHz信號短,所以穿透能力當(dāng)然更強。等等,我讀書少LZ你又騙我,我用過AC雙頻路由,那為什么2.4GHz比5GHz信號覆蓋范圍更大,穿墻后面信號更好呢?
    這是因為2.4GHz和5GHz頻段的電磁波,其主要傳播方式是直線傳播,在碰到障礙物時會產(chǎn)生穿透、反射、衍射等多種現(xiàn)象,其中穿透是主要現(xiàn)象,只有小部分的信號會發(fā)生反射和衍射。然而電磁波信號在穿透障礙物時會損失大量的能量,前面也說了,有時候尚未穿透障礙物,能量就已經(jīng)消耗殆盡,結(jié)果接收端收到的是通過反射和衍射而來信號,簡單來說就是繞過了障礙物的信號。
    5GHz與2.4GHz頻段電磁波相比,波長更短,有更強的穿透力,但也因此反射和衍射能力更弱。當(dāng)兩種頻段的電磁波在碰到障礙物的時候,5GHz信號幾乎全部能量都會用在穿透上,而2.4GHz信號則有部分會產(chǎn)生反射和衍射,繞過了障礙物繼續(xù)傳播。因此5GHz信號然選擇了路程最短的傳輸路徑,但是在傳輸過程中的會有很大的能量損失,這一特性注定了它不適合應(yīng)用到無線中繼上;雖然2.4GHz信號走得路徑會更長一些,但是保留下來的能量卻更多,在我們看來就是信號更強了。


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沙發(fā)
發(fā)表于 2016-11-22 09:03 | 只看該作者 | 來自浙江
這個厲害   正需要這個呢! 感謝樓主的分享!
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板凳
發(fā)表于 2016-11-22 09:23 | 只看該作者 | 來自河南
強烈支持樓主ing……
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地板
發(fā)表于 2016-11-22 09:26 | 只看該作者 | 來自上海
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