WIFI怎样才能增强信号。_百度知道
WIFI怎样才能增强信号。
2，它会吸收信号强度、无线电话，但把路由器放在壁橱或者柜子里会降慢WiFi的速度、更新固件版本更新固件是一件很烦很耗费时间的事情，因此将它放在里地面高一点的地方能将WiFi信号分配到你家里各处增强WIFI的办法。3、日光灯甚至是你邻居的路由器都可能会干扰你的WiFi信号。应该避免将路由器放在金属物品附近、不要把路由器藏起来大部分人会因为路由器难看或者挡路而把它们藏起来，把你的路由器放在离家电远一点的地方并将它设置为一个不同的无线频道和频率，大部分路由器能自动选择所处位置的最佳频道、远离家电和金属物品微波炉。但如果有一个版本较老的路由器，Mac使用AirGrab Wi-Fi Radar能用最小的干扰找到正确的无线频道，将路由器放在桌上或者书架上。利用在线工具——Windows使用Acrylic Wi-Fi。为了减少这种干扰：最好每隔7-8年就买一个新的路由器，这些更新能确保路由器软件一直处于最佳也最高效的运行状态：墙壁和门会削弱并吸收信号：1。如果想要更容易的方法。在家里找一个中心位置。记住。因为有些路由器的设置是向下发射wifi信号
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尊敬的用户您好：
希望下面的回答能够对您有所帮助
1. 改变信号频道
在使用无线路由器时，通常路由器都设置了一个默认的频道，也许便是其中最拥堵的。所以，你可以在路由器设置中改变通道，或是使用免费的工具软件inSSIDer也能够实现同样的效果。不要被软件看似复杂的图表所迷惑，只需要切换至不那么拥挤的频道(chanel)就可以了。
2. 更新路由器的固件
家庭用户往往最容易忽视的便是更新路由器的固件，因为商用路由器往往会具备固件更新通知的功能，而家用产品则不具备。事实上，新版本的固件往往会针对信号、性能等方面进行改善，所以你可以尝试使用路由器设置界面中的“检查版本更新”功能、或是自行前往官方网站下载。
3. 更新无线网卡驱动
除了及时更新路由器固件之外，电脑的网卡固件更新同样...
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出门在外也不愁安卓旧手机怎样用wiFi或流量来进行家庭监控（我有3台安卓旧手机我想用手机的一种软件来远程查看家中_百度知道
安卓旧手机怎样用wiFi或流量来进行家庭监控（我有3台安卓旧手机我想用手机的一种软件来远程查看家中
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我有更好的答案
这个，只有购买硬件了才能得到软件！望采纳
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出门在外也不愁将家中WiFi分享为公共热点，您愿意吗？
（原标题：将家中WiFi分享为公共热点，您愿意吗？）
各位网友愿意将自己家中的无线网络进行分享吗？简单来说，就是将自己的宽带网络，改造成一个可以供周围人进行上网的公共热点。当然了，用户自己使用的网络将会受到无线路由器中防火墙的保护，以免他人入侵家庭网络。怎么样？是不是从来没有考虑过这样的问题？我们自己花钱办的宽带，自己买的无线路由器，要共享给其他人？这样不仅会拉低用户的网速，更可能造成个人隐私或者网银信息的泄露，怎么可能会出现这样情况。分享家中网络做热点（图片来源：itproportal）但是，根据Juniper最近的调研报告显示，将家庭无线网络改造成公共热点越来越成为一个流行的趋势。到2017年，每三个家庭无线路由器中就有一台会成为公共WiFi热点；到2020年，全世界总计将会有3.66亿台无线路由器会变成公共WiFi热点。报告中预测，2016年-2020年间，家用无线路由器会逐渐转变为运营商的公共热点，他们将提供两个网络，一个用户家庭用户个人使用，另外一个将作为公共的WiFi热点。不仅仅是打开访客模式这么简单在我们看来这是不敢想象的，本来在家中搜索无线网络时就能看到密密麻麻一片的网络名称（SSID），还有必要将他们改造成公共热点吗？但是在国外，一些规模较大的宽带运营商如英国电信、Virgin&Media、Comcast等公司现在都开始使用这种方法扩大国内的WiFi覆盖。不需要再单独建设基站和部署无线AP，简单的将家庭无线网络进行改造，无疑是一种快速、低成本的方法。分享后家庭网络的安全存在隐患
这种趋势将促进全球无线网络的聚合，并且将越来越多的人通过网络相连。不过，问题也是非常明显的。许多消费者并不知道运营商在自己的路由器上做了什么手脚，人们不太清楚自己家中的无线路由器正在用于支持公共WiFi热点的建设。并且，家庭用户的隐私和数据安全都存在很大的隐患，完全隔离陌生设备访问自己的网络才是安全的根本，如果开放自己的网络很难保证不被攻击。面对这种新型的趋势，您有什么看法呢？欢迎留下宝贵的评论，和大家一起探讨这一问题！&&&&
本文来源：中关村在线
责任编辑：王珏_NT2830
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WIFI的应用
WIFI相关简述
　　【所谓 Wi-Fi，其实就是 IEEE 802.11b 的别称，是由一个名为“无线以太网相容联盟”（Wireless Ethernet Compatibility , WECA）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随著技术的发展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE 802.11 这个标准已被统称作Wi-Fi。从应用层面来说，要使用Wi-Fi，用户首先要有 Wi-Fi 兼容的用户端装置。
　　Wi-Fi是一种帮助用户访问邮件、Web和流式媒体的赋能技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问 Wi-Fi 网络的地方被称为热点。Wi-Fi或802.11b在2.4Ghz频段工作，所支持的速度最高达11Mbps。另外还有两种802.11空间的协议，包括(a)和(g)。它们也是公开使用的，但802.11b在世界上最为常用。
　　Wi-Fi 热点是通过在互联网连接上安装访问点来创建的。这个访问点将无线信号通过短程进行传输 - 一般覆盖300英尺。当一台支持 Wi-Fi 的设备（例如Pocket PC）遇到一个热点时，这个设备可以用无线方式连接到那个网络。大部分热点都位于供大众访问的地方，例如机场、咖啡店、旅馆、书店以及校园等等。许多家庭和办公室也拥有 Wi-Fi 网络。虽然有些热点是免费的，但是大部分稳定的公共 Wi-Fi 网络是由私人互联网服务提供商(ISP)提供的，因此会在用户连接到互联网时收取一定费用。】
　　全称Wireless Fidelity。802.11b有时也被错误地标为Wi-Fi，实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。但是后来人们逐渐习惯用WIFI来称呼802.11b协议。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11 DSSS设备兼容。笔记本技术——迅驰技术就是基于该标准的。
　　IEEE（［美国］电子和电气工程师协会）802.11b无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的扩展，最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。
　　Wi－Fi（WirelessFidelity，无线相容性认证）的正式名称是“IEEE802.11b”，与蓝牙一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。虽然在数据安全性方面，该技术比蓝牙技术要差一些，但是在电波的覆盖范围方面则要略胜一筹。Wi－Fi的覆盖范围则可达300英尺左右（约合90米），办公室自不用说，就是在小一点的整栋大楼中也可使用。　因此，Wi－Fi一直是企业实现自己无线局域网所青睐的技术。还有一个原因，就是与代价昂贵的3G企业网络相比，Wi－Fi似乎更胜一筹。关于Wi－Fi 的热点都诞生在2002年，在美国，Wi－Fi就像早期的因特网一样，呈现出星火燎原之势。在2003年它注定要在世界范围内有着美好的前景。
　　Wi－Fi带来的高速将像今天人们打一样平常。各厂商目前都积极将该技术应用于从掌上电脑到桌面计算机的各种设备中，制造新的卖点。随着Wi－Fi设备数量的增加，其价格将会下降。Wi－Fi设备的全球年产量在2006年将达到3300万台。
　　正确读音[wai] [fai]
　　拼音音译为：“waifai”
　　据著名的美国韦氏大学词典和法国的罗贝尔词典，音标是[wifi]，发音还是为"waifai"。
　　WIFI突出优势
　　其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右?约合15米?，而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右?约合100米?，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺?接近100米?的通信距离扩大到4英里?约6.5公里?。
　　其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54mbps，符合个人和社会信息化的需求。
　　其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。
　　根据使用的标准不同，WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高为11Mbps（部分厂商在设备配套的情况下可以达到22Mbps），IEEE802.11a为54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps。
　　WIFI是由AP(Access Point)和无线组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点，它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源，其工作原理相当于一个内置无线的HUB或者是路由， 而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。
　　而wireless b/g表示网卡的型号，按照其速度与技术的新旧可分为802.11a、802.11b、802.11g
　　讲起无线网，大家都有一种似是而非的感觉，无线是否简单地两台计算机互联？No！这已经是上个世纪的无线概念，新一代的无线网络，将以无须布线和使用相对自由，建立起人们对无线局域网的全新感受。需求决定了市场的发展，很少见到哪种IT技术或是产品能够象它样有如此迅猛的增长势头，不受任何约束随时随地访问互联网不再是梦想，其中，WiFi发挥了至关重要的作用。Wi-Fi代表了“无线保真”，指具有完全兼容性的802.11标准IEEE802.11b子集，它使用开放的2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mbps，也可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽。无需直线传播传输范围为室外最大300米，室内有障碍的情况下最大100米，是现在使用的最多的传输协议。它与有线网络相较之下，有许多优点：
　　无须布线
　　WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。
　　健康安全
　　IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60~70毫瓦，这是一个什么样的概念呢？手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间，手持式高达5瓦，而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，是绝对安全的。
WIFI组建方法
　　一般架设无线网络的基本配备就是及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，WiFi更显优势，有线宽带网络（ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。
　　长距离工作，别看无线WIFI的工作距离不大，在网络建设完备的情况下，802.11b的真实工作距离可以达到100米以上，而且解决了高速移动时数据的纠错问题、误码问题，WIFI设备与设备、设备与基站之间的切换和安全认证都得到了很好的解决。
　　但随着无线产业从802.11g到下一代802.11n标准的演变，越来越多的产品开始采用功能强大的802.11n技术，因为它能提供更快更可靠的无线连接。802.11n平台的速度比802.11g快7倍，比以太网快3倍。另外，它具有更大的覆盖范围，可以在整个家庭内提供健壮的连接，即使是各个角落也游刃有余。由于它具有很大的带宽，因此802.11n是首个能够同时承载高清视频、音频和数据流的无线多媒体分发技术。而且802.11n产品还提供并发双频操作，因此能为宽带多媒体应用提供更多的信道容量。
　　如今许多消费者拥有数字电影、电视片、音乐和照片库，他们非常希望能够从家庭中的任何地方通过无线设备访问这些媒体内容。802.11n不仅支持多个并发用户和设备，而且它的超强功能可保证服务质量，确保家庭中所有设备提供更佳用户体验，同时提供智能的内容管理和发布。
　　802.11n标准的版本还是草案2.0版，正式版的批准有望在2009完成。802.11n规范的草案2.0版已经非常完善，今后对草案应该不会有大的修改。对支持802.11n较早草案的802.11n设备而言，这些设备可以通过固件实现升级。为了促进802.11n的普及，Wi-Fi认证非常关键。
　　因此，市场向802.11n转变的趋势越来越明显，并且更具性价比。802.11n生态系统也在迅速发展，有越来越多的制造商在HDTV、和媒体中增加802.11n技术。该趋势将推动整个家庭的视频发布无线覆盖成为新的杀手应用。据ABI Research公司预测，n产品将占全部Wi-Fi交货量的近一半。
WIFI目前的应用
　　由于WiFi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中。用户可以在WiFi覆盖区域内快速浏览网页，随时随地接听拨打电话。而其它一些基于WLAN的宽带数据应用，如流媒体、网络游戏等功 能更是值得用户期待。有了WiFi功能我们打长途电话（包括国际长途），浏览网页、收发邮件、音乐下载、数码照片传递等，再无需担心速度慢和花费高的问题。
　　WiFi在掌上设备上应用越来越广泛，而就是其中一份子。与早前应用于上的蓝牙技术不同，WiFi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，因此WiFi手机成为了目前移动通信业界的时尚潮流。
　　现在WiFi的覆盖范围在国内越来越广泛了，高级宾馆，豪华住宅区，飞机场以及咖啡厅之类的区域都有WiFi接口。当我们去旅游，办公时，就可以在这些场所使用我们的掌上设备尽情网上冲浪了。
　　手机WiFi是潮流
　　WLAN是Wireless Local Area Network（无线局域网）的缩写，它是一种基于802.11n/b/g/a标准，利用WiFi无线通信技术将PC等设备连接起来，构成可以互相通信、实现资源共享的网络。
　　近两年，市场上支持UMA（Unlicensed Mo-bile Access非授权移动接入）等技术，具备WLAN连接功能的智能手机越来越多。它们除了可以借助/移动通信网络通话外，还能在WiFi无线局域网覆盖的区域内，共享PC上网或VoIP通话。下面，我们就以采用Windows Mobile操作系统的WiFi手机为例，为大家介绍手机如何通过WLAN上网。
　　拥有WiFi功能的手机一览：诺基亚N80、索爱W960、三星SGH-T709、A910、多普达838等。
　　通过上网
　　为了能用手机躺在床上上网，开通GPRS。无奈GPRS上网不但速度难以让人满意，资费也不便宜。总不能为了懒而去买台笔记本吧？当然不用。其实，只需一台无线，我们就能让手机和PC共享宽带上网。
　　目前通过无线路由器或无线AP上网，已经成为很多上网用户的选择。通过无线路由器、LAN或WLAN，PC可以轻松的利用ADSL、Cable、FTTX等宽带接入Internet。
　　WiFi手机通过无线路由器共享上网也非常方便，多数WiFi手机不需要做任何设置，在无线路由器的信号覆盖范围内，WiFi手机和无线路由器的默认设置下，WiFi手机就能自动获取IP地址进行无线连接，并利用手机自带的IE、MSN等软件。当然，如果在WiFi手机和无线路由器都正常开启的情况下，WiFi手机无法通过无线路由器共享上网，我们就需要检查一下设备的设置。
　　无线路由器的设置
　　首先，确定PC能通过无线路由器正常上网，如不能，则检查无线路由器是否正常开启并设置正确。其次，在能正常接入无线网络的任一台PC的IE地址栏中，输入无线路由器的IP地址，登录无线路由器的管理页面进行检查。重点检查以下几方面：确保DHCP启用，并有足够的地址池；允许SSID广播；取消任何非必须的安全认证及密钥；关闭无线路由器的防火墙功能。如果有必要，还可重启无线路由器，或在设置界面中将它恢复出厂设置，再重新设置宽带网络
　　WiFi手机的设置
　　首先，依次打开“开始→设置→连接”，在“高级→选择网络”选项中，确保将“在程序自动连接到Internet时，使用：”设置为“Internet设置”。其次，在“连接→（网络、网络介面卡）”选项中，进入“配置网络适配器”，确保“我的网卡连接到：”被选择为“默认单位设置”或“预设的工作设定”。最后，在“连接→网卡”选项中，选中本手机的网卡（一般有WLAN或WiFi Wireless Adapter等字样），然后在配置界面中选择“使用服务器分配的IP地址”或“自动获得IP地址”。此外，如果出于安全考虑，无线路由器没有广播SSID，则需在WiFi手机的“无线网络”配置项中找到SSID栏，填入对应的SSID名。如果连接过程中提示输入密钥，可选择“自动填入密钥”或手工输入。
　　如今是一个技术进步神速的时代，在国内各大城市的公共场所，各种提供WiFi服务的热点早已融入大家的生活。现在就算一个路边馄饨摊，不装个WiFi也不好意思和人打招呼。不过面对各式如雨后春笋般繁杂WiFi热点，各位蹭网族们往往一打开设备，就变成森林里迷路的小白兔了。看起来像一根枯树枝的它其实是 一根WiFi信号强度探测器。它在造型上和前些日子的电视遥控装置有异曲同工之妙，设计的目的就是为了改进旧的无线网络探测器技术。使用方法很简单，只要双手握着末端的分叉，然后四处寻找WiFi信号即可，信号的强弱会在棒上用来显示，这与电脑上无线管理软件的信号强弱显示类似。
WIFI的基础知识
&&& 1.1 天线的作用与地位
&&& 天线主要是在无线传输过程中起到一个媒介的作用.首先无线电发射机输出的射频信号功率,经过反馈输送给天线,然后天线以电磁波形式辐射出去,而当电磁波到达接收点之后,最后又由天线接受下来,但是接收的只能接收到小部分功率,并且通过电缆反应到无线电机.在整个环节中,天线是无线通信的重要组成部分.天线的品种繁多,主要分类有:1.按用途分,可以分为通信天线,电视天线,雷达天线等.2.按工作频段分,可以分为短波天线,超短波天线,等.3.按方向分类,可以分为全向天线,定向天线等.4按外形分类,可以分为线状天线,面状天线等等.这么多的分类以供不同的频率,不同用途,不同场合,不同要求等不同的情况下可以做出选择.
&&& *电磁波的辐射
&&& 上有交变电流流动时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长度和形状有关.如 图1.1 a 所示,若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,因而辐射很微弱;将两导线张开,如 图1.1 b 所示,电场就散播在周围空间,因而辐射增强. 必须指出,当导线的长度 L 远小于波长 λ 时,辐射很微弱;导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射.
&&& 1.2 对称振子
&&& 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成天线阵. 两臂长度相等的振子叫做对称振子.每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子,称半波对称振子, 见 图1.2 a .另外,还有一种异型半波对称振子,可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框,并把全波对称振子的两个端点相叠,这个窄长的矩形框称为折合振子,注意,折合振子的长度也是为二分之一波长,故称为半波折合振子, 见 图1.2 b.
&&& 1.3 天线方向性的讨论
&&& 1.3.1 天线方向性
&&& 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射.垂直放置的半波对称振子具有平放的 "面包圈" 形的立体方向图(图1.3.1 a).立体方向图虽然立体感强,但绘制困难,图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图,平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性.从图1.3.1 b 可以看出,在振子的轴线方向上辐射为零,最大辐射方向在水平面上;而从图1.3.1 c 可以看出,在水平面上各个方向上的辐射一样大.
&&& 1.3.2 天线方向性增强
&&& 若干个对称振子组阵,能够控制辐射,产生"扁平的面包圈" ,把信号进一步集中到在水平面方向上.
&&& 下图是4个半波振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图.
&&& 也可以利用可把辐射能控制到单侧方向,平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线.下面的水平面方向图说明了反射面的作用------反射面把功率反射到单侧方向,提高了增益.
&&& 抛物反射面的使用,更能使天线的辐射,像光学中的那样,把能量集中到一个小立体角内,从而获得很高的增益.不言而喻,抛物面天线的构成包括两个基本要素:抛物反射面和放置在抛物面焦点上的辐射源.
&&& 1.3.3 增益
&&& 增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比.它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度.增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高.可以这样来理解增益的物理含义------为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要100W的输入功率,而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需 100 / 20 = 5W .换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数.
&&& 半波对称振子的增益为G=2.15dBi.
&&& 4个半波对称振子沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为G=8.15dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源).
&&& 如果以半波对称振子作比较对象,其增益的单位是dBd.
&&& 半波对称振子的增益为G=0dBd(因为是自己跟自己比,比值为1,取对数得零值.)垂直四元阵,其增益约为G=8.15–2.15=6dBd.
&&& 1.3.4 波瓣宽度
&&& 方向图通常都有两个或多个瓣,其中辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣.参见图1.3.4 a ,在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角).波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强.
&&& 还有一种波瓣宽度,即10dB波瓣宽度,顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB (功率密度降至十分之一) 的两个点间的夹角,见图1.3.4 b.
&&& 1.3.5 前后比
&&& 方向图中,前后瓣最大值之比称为前后比,记为 F / B .前后比越大,天线的后向辐射(或接收)越小.前后比F / B 的计算十分简单------
&&& F / B = 10 Lg {(前向功率密度)/(后向功率密度)}
&&& 对天线的前后比F / B有要求时,其典型值为 (18 ~30)dB,特殊情况下则要求达(35 ~ 40)dB.
&&& 1.3.6 天线增益的若干近似计算式
&&& 1)天线主瓣宽度越窄,增益越高.对于一般天线,可用下式估算其增益:
&&& G(dBi)= 10 Lg { 32000 / ( 2θ3dB,E ×2θ3dB,H )}
&&& 式中, 2θ3dB,E 与 2θ3dB,H 分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度;
&&& 32000 是统计出来的经验数据.
&&& 2)对于抛物面天线,可用下式近似计算其增益:
&&& G(dB i)=10 Lg { 4.5 ×( D / λ0 )2}
&&& 式中,D 为抛物面直径;
&&& λ0 为中心工作波长;
&&& 4.5 是统计出来的经验数据.
&&& 3)对于直立全向天线,有近似计算式
&&& G( dBi )= 10 Lg { 2 L / λ0 }
&&& 式中,L 为天线长度;
&&& λ0 为中心工作波长;
&&& 1.3.7 上旁瓣抑制
&&& 对于基站天线,人们常常要求它的垂直面(即俯仰面)方向图中,主瓣上方第一旁瓣尽可能弱一些.这就是所谓的上旁瓣抑制 .基站的服务对象是地面上的移动电话用户,指向天空的辐射是毫无意义的.
&&& 1.3.8 天线的下倾
&&& 为使主波瓣指向地面,安置时需要将天线适度下倾.
&&& 1.4 天线的极化
&&& 天线向周围空间辐射电磁波.电磁波由电场和磁场构成.人们规定:电场的方向就是天线极化方向.一般使用的天线为单极化的.下图示出了两种基本的单极化的情况:垂直极化---是最常用的;水平极化---也是要被用到的.
&&& 1.4.1 双极化天线
&&& 下图示出了另两种单极化的情况:+45°极化 与 -45°极化,它们仅仅在特殊场合下使用.这样,共有四种单极化了,见下图.把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起,或者,把 +45°极化和 -45°极化两种极化的天线组合在一起,就构成了一种新的天线---双极化天线.
&&& 下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线,注意,双极化天线有两个接头.
&&& 双极化天线辐射(或接收)两个极化在空间相互正交(垂直)的波.
&&& 1.4.2 极化损失
&&& 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收,水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收.右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收,而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收.
&&& 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时,接收到的信号都会变小,也就是说,发生极化损失.例如:当用+ 45° 极化天线接收垂直极化或水平极化波时,或者,当用垂直极化天线接收 +45° 极化或 -45°极化波时,等等情况下,都要产生极化损失.用圆极化天线接收任一线极化波,或者,用线极化天线接收任一圆极化波,等等情况下,也必然发生极化损失------只能接收到来波的一半能量.
&&& 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时,例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波,或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时,天线就完全接收不到来波的能量,这种情况下极化损失为最大,称极化完全隔离.
&&& 1.4.3 极化隔离
&&& 理想的极化完全隔离是没有的.馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点点在另外一种极化的天线中出现.例如下图所示的双极化天线中,设输入垂直极化天线的功率为10W,结果在水平极化天线的输出端测得的输出功率为 10mW.
&&& 1.5 天线的输入阻抗 Zin
&&& 定义:天线输入端信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗. 输入阻抗具有分量 Rin 和电抗分量 Xin ,即 Zin = Rin + j Xin .电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取,因此,必须使电抗分量尽可能为零,也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻.事实上,即使是设计、调试得很好的天线,其输入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值.
&&& 输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关,半波对称振子是最重要的基本天线 ,其输入阻抗为 Zin = 73.1+j42.5 (欧) .当把其长度缩短(3～5)%时,就可以消除其中的电抗分量,使天线的输入阻抗为纯电阻,此时的输入阻抗为 Zin = 73.1 (欧) ,(标称 75 欧) .注意,严格的说,纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的.
&&& 顺便指出,半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍,即 Zin = 280 (欧) ,(标称300欧).
&&& 有趣的是,对于任一天线,人们总可通过天线阻抗调试,在要求的工作频率范围内,使输入阻抗的虚部很小且实部相当接近 50 欧,从而使得天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50 欧------这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的.
&&& 1.6 天线的工作频率范围(频带宽度)
&&& 无论是发射天线还是接收天线,它们总是在一定的频率范围(频带宽度)内工作的,天线的频带宽度有两种不同的定义------
&&& 一种是指:在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下,天线的工作频带宽度;
&&& 一种是指:天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度.
&&& 在移动通信系统中,通常是按前一种定义的,具体的说,天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时,天线的工作频率范围.
&&& 一般说来,在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的,但这种差异造成的性能下降是可以接受的.
&&& 1.7 移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线
&&& 1.7.1 板状天线
&&& 无论是 还是, 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线.这种天线的优点是:增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用寿命长.
&&& 板状天线也常常被用作为直放站的用户天线,根据作用扇形区的范围大小,应选择相应的天线型号.
&&& 1.7.1 a 基站板状天线基本技术指标示例
&&&&1.7.1 b 板状天线高增益的形成
&&& A. 采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵
&&& B. 在直线阵的一侧加一块反射板 (以带反射板的二半波振子垂直阵为例)
&&& 增益为 G = 11 ~ 14 dBi
&&& C. 为提高板状天线的增益,还可以进一步采用八个半波振子排阵
&&& 前面已指出,四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为 8 dBi;一侧加有一个反射板的四元式直线阵,即常规板状天线,其增益约为 14 ~ 17 dBi.
&&& 一侧加有一个反射板的八元式直线阵,即加长型板状天线,其增益约为 16 ~ 19 dBi. 不言而喻,加长型板状天线的长度,为常规板状天线的一倍,达 2.4 m 左右.
&&& 1.7.2 高增益栅状抛物面天线
&&& 从性能价格比出发,人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线.由于抛物面具有良好的聚焦作用,所以抛物面天线集射能力强,直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线,在900兆频段,其增益即可达 G = 20dBi.它特别适用于点对点的通信,例如它常常被选用为直放站的施主天线.
&&& 抛物面采用栅状结构,一是为了减轻天线的重量,二是为了减少风的阻力.
&&& 抛物面天线一般都能给出 不低于 30 dB 的前后比 ,这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标.
&&& 1.7.3 八木定向天线
&&& 八木定向天线,具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点.因此,它特别适用于点对点的通信,例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型.
&&& 八木定向天线的单元数越多,其增益越高,通常采用 6 - 12 单元的八木定向天线,其增益可达 10-15dBi.
&&& 1.7.4 室内吸顶天线
&&& 室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点.
&&& 现今市场上见到的室内吸顶天线,外形花色很多,但其内芯的购造几乎都是一样的.这种吸顶天线的内部结构,虽然尺寸很小,但由于是在天线宽带理论的基础上,借助计算机的辅助设计,以及使用网络进行调试,所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求,按照国家标准,在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR ≤ 2 .当然,能达到VSWR ≤ 1.5 更好.顺便指出,室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi.
&&& 1.7.5 室内
&&& 室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点.
&&& 现今市场上见到的室内壁挂天线,外形花色很多,但其内芯的购造几乎也都是一样的.这种壁挂天线的内部结构,属于空气介质型微带天线.由于采用了展宽天线频宽的辅助结构,借助计算机的辅助设计,以及使用进行调试,所以能较好地满足了工作宽频带的要求.顺便指出,室内壁挂天线具有一定的增益,约为G = 7 dBi.
&&& 2 电波传播的几个基本概念
&&& 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为:
&&& GSM:890 - 960 MHz, 1710 - 1880 MHz
&&& CDMA: 806 - 896 MHz
&&& 806 - 960 MHz 频率范围属超短波范围; MHz 频率范围属微波范围.
&&& 电波的频率不同,或者说波长不同,其传播特点也不完全相同,甚至很不相同.
&&& 2.1 自由空间通信距离方程
&&& 设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式:
&&& L0 (dB) = 10 Lg( PT / PR )
&&& = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)
&&& [ 举例] 设:PT = 10 W = 40dBGR = GT = 7 (dBi) ; f = 1910MHz
&&& 问:R = 500 m 时, PR = ?
&&& 解答: (1) L0 (dB) 的计算
&&& L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)
&&& = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)
&&& (2)PR 的计算
&&& PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )
&&& = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW )
&&& 顺便指出,1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失 (10~15) dB
&&& 2.2 超短波和微波的传播视距
&&& 2.2.1 极限直视距离
&&& 超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作较远距离的传播.超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的.简单地说,空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波.显然,由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax .在最远直视距离之内的区域,习惯上称为照明区;极限直视距离Rmax以外的区域,则称为阴影区.不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内. 受地球曲率半径的影响,极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与 HR间的关系 为 : Rmax = 3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km)
&&& 考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为
&&& Rmax = 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km)
&&& 由于电磁波的频率远低于光波的频率,电波传播的有效直视距离 Re 约为 极限直视距离Rmax 的 70% ,即 Re = 0.7 Rmax .
&&& 例如,HT 与 HR 分别为 49 m 和 1.7 m,则有效直视距离为 Re = 24 km.
&&& 2.3 电波在平面地上的传播特征
&&& 由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波;发射天线发出的指向地面的电波,被地面反射而到达接收点的电波称为反射波.显然,接收点的信号应该是直射波和反射波的合成.电波的合成不会象 1 + 1 = 2 那样简单地代数相加,合成结果会随着直射波和反射波间的波程差的不同而不同.波程差为半个波长的奇数倍时,直射波和反射波信号相加,合成为最大;波程差为一个波长的倍数时,直射波和反射波信号相减,合成为最小.可见,地面反射的存在,使得信号强度的空间分布变得相当复杂.
&&& 实际测量指出:在一定的距离 Ri之内,信号强度随距离或天线高度的增加都会作起伏变化;在一定的距离 Ri之外,随距离的增加或天线高度的减少,信号强度将.单调下降.理论计算给出了这个 Ri 和天线高度 HT与 HR 的关系式:
&&& Ri = (4 HT HR )/ l , l 是波长.
&&& 不言而喻,Ri 必须小于极限直视距离Rmax.
&&& 2.4 电波的多径传播
&&& 在超短波、微波波段,电波在传播过程中还会遇到障碍物(例如楼房、高大建筑物或山丘等)对电波产生反射.因此,到达接收天线的还有多种反射波(广义地说,地面反射波也应包括在内),这种现象叫为多径传播.
&&& 由于多径传输,使得信号场强的空间分布变得相当复杂,波动很大,有的地方信号场强增强,有的地方信号场强减弱;也由于多径传输的影响,还会使电波的极化方向发生变化.另外,不同的障碍物对电波的反射能力也不同.例如:钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强.我们应尽量克服多径传输效应的负面影响,这也正是在通信质量要求较高的通信网中,人们常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由.
&&& 2.5 电波的绕射传播
&&& 在传播途径中遇到大障碍物时,电波会绕过障碍物向前传播,这种现象叫做电波的绕射.超短波、微波的频率较高,波长短,绕射能力弱,在高大建筑物后面信号强度小,形成所谓的"阴影区".信号质量受到影响的程度,不仅和建筑物的高度有关,和接收天线与建筑物之间的距离有关,还和频率有关.例如有一个建筑物,其高度为 10 米,在建筑物后面距离200 米处,接收的信号质量几乎不受影响,但在 100 米处,接收信号场强比无建筑物时明显减弱.注意,诚如上面所说过的那样,减弱程度还与信号频率有关,对于 216 ～ 223 兆赫的射频信号,接收信号场强比无建筑物时低16 dB,对于 670 兆赫的射频信号,接收信号场强比无建筑物时低20dB .如果建筑物高度增加到 50 米时,则在距建筑物 1000 米以内,接收信号的场强都将受到影响而减弱.也就是说,频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近,信号强度与通信质量受影响程度越大;相反,频率越低,建筑物越矮、接收天线与建筑物越远,影响越小.
&&& 因此,选择基站场地以及架设天线时,一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响,注意到对绕射传播起影响的各种因素.
&&& 3 传输线的几个基本概念
&&& 连接天线和发射机输出端(或输入端)的电缆称为传输线或馈线.传输线的主要任务是有效地传输信号能量,因此,它应能将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端,或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端,同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号,这样,就要求传输线必须屏蔽.
&&& 顺便指出,当传输线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时,传输线又叫做长线.
&&& 3.1 传输线的种类
&&& 超短波段的传输线一般有两种:平行双线传输线和同轴电缆传输线;微波波段的传输线有同轴电缆传输线、波导和微带.平行双线传输线由两根平行的导线组成它是对称式或平衡式的传输线,这种馈线损耗大,不能用于UHF频段.同轴电缆传输线的两根导线分别为芯线和屏蔽铜网,因铜网接地,两根导体对地不对称,因此叫做不对称式或不平衡式传输线.同轴电缆工作频率范围宽,损耗小,对静电耦合有一定的屏蔽作用,但对磁场的干扰却无能为力.使用时切忌与有强电流的线路并行走向,也不能靠近低频路.
&&& 3.2 传输线的特性阻抗
&&& 无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗,用Z0 表示.同轴电缆的特性阻抗的计算公式为
&&& Z.=〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 欧].
&&& 式中,D 为同轴电缆外导体铜网内径; d 为同轴电缆芯线外径;
&&& εr为导体间绝缘介质的相对介电常数.
&&& 通常Z0 = 50 欧 ,也有Z0 = 75 欧的.
&&& 由上式不难看出,馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关,而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关.
&&& 3.3 馈线的衰减系数
&&& 信号在馈线里传输,除有导体的电阻性损耗外,还有的介质损耗.这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加.因此,应合理布局尽量缩短馈线长度.
&&& 单位长度产生的损耗的大小用衰减系数 β 表示,其单位为 dB / m (分贝/米),电缆技术说明书上的单位大都用 dB / 100 m(分贝/百米) .
&&& 设输入到馈线的功率为P1 ,从长度为 L(m )的馈线输出的功率为P2 ,传输损耗TL可表示为:
&&& TL = 10 ×Lg ( P1 /P2 ) ( dB )
&&& 衰减系数为
&&& β = TL / L ( dB / m )
&&& 例如, NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆, 900MHz 时衰减系数为 β= 4.1 dB / 100 m ,也可写成 β=3 dB / 73 m , 也就是说, 频率为 900MHz 的信号功率,每经过 73 m 长的这种电缆时,功率要少一半.
&&& 而普通的非低耗电缆,例如, SYV-9-50-1, 900MHz 时衰减系数为 β = 20.1 dB / 100 m ,也可写成β=3dB / 15 m ,也就是说, 频率为 900MHz 的信号功率,每经过15 m 长的这种电缆时,功率就要少一半!
&&& 3.4 匹配概念
&&& 什么叫匹配?简单地说,馈线终端所接负载阻抗ZL 等于馈线特性阻抗Z0 时,称为馈线终端是匹配连接的.匹配时,馈线上只存在传向终端负载的入射波,而没有由终端负载产生的反射波,因此,当天线作为终端负载时,匹配能保证天线取得全部信号功率.如下图所示,当天线阻抗为 50 欧时,与50 欧的电缆是匹配的,而当天线阻抗为 80 欧时,与50欧的电缆是不匹配的.
&&& 如果天线振子直径较粗,天线输入阻抗随频率的变化较小,容易和馈线保持匹配,这时天线的工作频率范围就较宽.反之,则较窄.
&&& 在实际工作中,天线的输入阻抗还会受到周围物体的影响.为了使馈线与天线良好匹配,在架设天线时还需要通过测量,适当地调整天线的局部结构,或加装匹配装置.
&&& 3.5 反射损耗
&&& 前面已指出,当馈线和天线匹配时,馈线上没有反射波,只有入射波,即馈线上传输的只是向天线方向行进的波.这时,馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等,馈线上任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗.
&&& 而当天线和馈线不匹配时,也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时,负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波.
&&& 例如,在右图中,由于天线与馈线的阻抗不同,一个为75欧姆,一个为50欧姆,阻抗不匹配,其结果是
&&& 3.6 电压驻波比
&&& 在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波.在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ,形成波腹;而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ,形成波节.其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间.这种合成波称为行驻波.
&&& 反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数,记为 R
&&& 反射波幅度 (ZL-Z0)
&&& R =───── = ───────
&&& 入射波幅度 (ZL+Z0 )
&&& 波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数,也叫电压驻波比,记为VSWR
&&& 波腹电压幅度Vmax (1 + R)
&&& VSWR = ────────────── = ────
&&& 波节电压辐度Vmin (1 - R)
&&& 终端负载阻抗ZL 和特性阻抗Z0 越接近,反射系数 R 越小,驻波比VSWR 越接近于1,匹配也就越好.
&&& 3.7 平衡装置
&&& 或负载或传输线,根据它们对地的关系,都可以分成平衡和不平衡两类.
&&& 若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反,就称为平衡信号源,否则称为不平衡信号源;若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反,就称为平衡负载,否则称为不平衡负载;若传输线两导体与地之间阻抗相同,则称为平衡传输线,否则为不平衡传输线.
&&& 在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接,在平衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接,这样才能有效地传输信号功率,否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作.如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接,通常的办法是在粮者之间加装"平衡-不平衡"的转换装置,一般称为平衡 .
&&& 3.7.1 二分之一波长平衡变换器
&&& 又称"U"形管平衡变换器,它用于不平衡馈线同轴电缆与平衡负载半波对称振子之间的连接. "U"形管平衡变换器还有 1:4 的阻抗变换作用.移动通信系统采用的同轴电缆特性阻抗通常为50欧,所以在YAGI天线中,采用了折合半波振子,使其阻抗调整到200欧左右,实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配.
&&& 3.7.2 四分之一波长平衡-不平
&&& 利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换.
WIFI的标准
&&& IEEE 802.11第一个版本发表于1997年,其中定义了介质访问接入控制层(MAC层)和物理层.物理层定义了工作在的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbit/s.两个设备之间的通信可以自由直接(ad hoc)的方式进行,也可以在基站(Base Stati,BS)或者访问点(Access Point,AP)的协调下进行.
&&& 年加上了两个补充版本:802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层,802.11b定义了一个在的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层.
&&& 的ISM频段为世界上绝大多数国家通用,因此802.11b得到了最为广泛的应用.苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort.年工业界成立了Wi-Fi联盟,致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题.Wi-Fi为制定802.11无线网络的组织,并非代表无线网络.
&&& [编辑] 802.11标准和补充
&&& 802.11 ,1997年,原始标准(2Mbit/s,频道).
&&& 802.11a,年,物理层补充(54Mbit/s,5GHz频道).
&&& 802.11b,年,物理层补充(11Mbit/s,频道).
&&& 802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层(MAC)桥接(MAC Layer Bridging).
&&& 802.11d,根据各国无线电规定做的调整.
&&& 802.11e ,对服务等级(Quality of Service, QoS)的支持.
&&& 802.11f,基站的互连性(Interoperability).
&&& 802.11g,物理层补充(54Mbit/s,频道).
&&& 802.11h,无线覆盖半径的调整,室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段).
&&& 802.11i,安全和鉴权(Authentification)方面的补充.
&&& 802.11n,导入多重输入输出(MIMO)和40Mbit信道宽度(HT40)技术,基本上是802.11a/g的延伸版.
&&& 除了上面的IEEE标准,另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术,通过PBCC技术(Packet Binary Convolutional Code)在IEEE802.11b(频段)基础上提供22Mbit/s的数据传输速率.但这事实上并不是一个IEEE的公开标准,而是一项产权私有的技术(产权属于美国德州,Texas Instruments).也有一些被称为802.11g+的技术,在IEEE 802.11g的基础上提供108Mbit/s的传输速率,跟802.11b+一样,同样是非标准技术,由无线网络生产商Atheros所提倡的则为SuperG.
&&& 目前 Wi-Fi联盟所公布的认证种类有:
&&& WPA/WPA2:WPA/WPA2是基于IEEE 802.11a、802.11b、802.11g的单模、双模或双频的产品所建立的测试程序.内容包含通讯协定的验证、无线网络安全性机制的验证,以及网络传输表现与相容性测试.
&&& WMM(Wi-Fi MultiMedia):当影音多媒体透过无线网络的传递时,要如何验证其带宽保证的机制是否正常运作在不同的无线网络装置及不同的安全性设定上是WMM测试的目的.
Save:在影音多媒体透过无线网络的传递时,如何透过管理无线网络装置的待命时间来延长寿命,并且不影响其功能性,可以透过WMM
Save的测试来验证.
&&& WPS(Wi-Fi Protected Setup):这是一个年年初才发布的认证,目的是让消费者可以透过更简单的方式来设定无线网络装置,并且保证有一定的安全性.目前WPS允许透过Pin Input Cfig(PIN)、 Push Button Config(PBC)、USB Flash Drive Config(UFD)以及Near Field Communication Contactless Token Config(NFC)的方式来设定无线网络装置.
&&& ASD(Application Specific Device):这是针对除了无线网络存取点(Access Point)及站台(Station)之外其他有特殊应用的无线网络装置,例如、、等等.
&&& CWG(Converged Wireless Group):主要是针对 Wi-Fi mobile converged devices 的 RF 部分测量的测试程序.
大功率WiFi天线
&&& 锤子一把
&&& 钻头一把
&&& 和焊锡
&&& 一小块
&&& 的类型
&&& 基本上家用Wi-Fi信号增强天线共有两种类型,一种是普林格尔状天线,另一种是罐状天线.这两种天线都可以朝一个方向增大信号的强度,但是他们增大信号的原理则完全不同.
&&& 在市场上所卖的信号增强天线大多数都是基于普林格尔状天线结构,它算是一种引向反射天线,它通常由多级天线组成.引向反射天线通常使用在频率单一的信号环境中.当信号在层叠的环状金属内不断的反射时就能增大信号的强度,并且信号反射的方向也将相当集中.
&&& 普林格尔天线外形有点类似动画片里外星人的激光枪,它仅仅是在一根金属线上套上了几个反射信号的金属圆环.
&&& 如图1,这就是一个普林格尔桶状天线的内部结构.主体部分就是中间的那根粗粗的天线,其他是遍布在天线上的金属环.这些金属环可以让信号在内部多次反射,从而增大信号的强度.所有的这些部件都要按照天线的摆放位置来设计,只有当摆放位置正确的时候,天线才能发挥出它最大的效能.
&&& 如果说普林格尔天线仅仅是一个加了装饰的金属线,那么罐状天线则更像是一个胖墩墩的罐头盒.确切的说罐状天线属于一种波导天线.
&&& 如图2,这种罐头盒天线的尺寸小巧,电导率高,可以适应各种无线电频率信号.而且它的摆放位置也不是十分严格.这种天线的外形和尺寸都可以自己制定.信号的覆盖范围也非常广.
&&& 小知识:波导,不是咱们平时用的那个牌子而是一种射频信号(RF射频)的传输通路.一般的低频信号可以使用铜线作为天线,例如你汽车上的无线电.而高频的RF射频信号有时就采用这种波导的方式传送高能量,高频率的信号.在军事雷达领域通常就使用的是这种波导传送的方式.
&&& 了解波导
&&& 波导是一种微波信号的传输方式,它类似于一个同轴.但与不同,波导在传递微波频率的时候几乎没有信号的损失.RF射频信号的能量一般都大于60千兆赫兹,他们可以快速的穿越波导管道.波导信号的传输需要一些特殊构造的金属来充当天线,他们的外形和尺寸都非常特别.(如图3)
&&& 通常波导天线都是矩形结构的,这些天线的制造和安装也都非常昂贵.因为天线是金属的,他们要求加工工艺非常精确,波导传输线的要求也非常严格.
&&& 波导信号的发散形状非常有趣,它的样子就像电磁RF射频能量.这些具备二元性的电磁波的发散形状非常稳定,并且波及范围非常广阔.在缆内,信号是沿着中的导体向外进行扩散.而在波导中,一部分信号被天线所阻挡、反射,最后所有的信号都径直朝向一个方向发散开来,其中的细节错综复杂.
&&& (如图4,波导信号的扩散路径)在这篇文章中,我就给你讲述一下在制作波导天线时的经验,这包括对于天线尺寸外形的要求,以及和天线的放置地点等等.
&&& 构建一个波是非常困难的,那需要专用的工业材料.然而我们仅仅需要较短距离的波导传输,波导线就可以使用一般的同轴电缆代替.而且民用Wi-Fi的信号对于天线的要求就更为宽松,天线也就可以制作的简单一些.
&&& 波导天线的尺寸
&&& 众所周知,波导天线的尺寸要与所传输信号的频率相匹配,因此波导天线需要特殊的尺寸.在当今的Wi-Fi无线网络环境中,我们使用的都是的波段.无线网络的这个波段被划分成14个频道.从Channel 01:2.412 GHz起步,每个频道递增0.005GHz.一般Wi-Fi默认的是6频道,也就是2.437GHz的频率.我们要以6频道为准绳,制造出一架全Wi-Fi频道的无线天线.对于这一波段内的天线有着严格的尺寸要求.为了保证Wi-Fi天线能够更好的工作,你需要尽可能的精确罐头盒的尺寸.
&&& 如图5,给出了罐头盒的各部分的尺寸说明.有了这些尺寸你就可以去超市寻找合适的罐头盒了,一般很多大桶装的咖啡和牛奶罐头都是不错的选择.罐头盒周身最好是光滑的圆柱,不要有凹凸不平的波浪纹.
&&& 直径最好在100mm,误差不要超出10%(90-110mm)
&&& 长度约在123mm左右,误差不要超出10%
&&& 信号源水平高度为24mm(波长的1/5)
&&& 信号源偏移距离为27mm(大约是波长的7/32)
&&& 小提示:计算波长的方法为:300/2.437=123mm
&&& 罐头盒的改造
&&& 首先你要拿掉罐头盒的塑胶盖子,或者去掉罐头盒顶部的金属盖子.将盒中的咖啡或者奶粉取出.你要保证罐头盒边沿没有凹口,罐头盒本身是完整的.如果有凹口你要尽量将凹口去除,保持罐头盒边沿的平滑.虽然咖啡和奶粉末对我们的信号影响不大,但是你也要将罐头盒内部都清理干净.这个罐子整理好之后应该像这样子.如图6
&&& 开凿一个孔洞
&&& 我们要在罐头盒中放置一个信号源,在这里我们不谈那些复杂的计算方法,我只想告诉大家信号源的形状、大小、安放的位置都是极为重要的,请大家一定要注意这些规格参数.对于Wi-Fi无线信号源我们也不是随意放置的.信号源与天线底部的那一小段距离被叫做偏移距离,一般来说这段距离应该是"封闭空间波长"的1/4.对于各种频率信号来说,偏移的距离也各不一样.下面的表格就列出了在无线网络领域中1、6、11频道的偏移距离.
&&& 信号源类型
&&& 信号频率
&&& 直径为90 mm天线的偏移距离
&&& 直径为100 mm天线的偏移距离
&&& 直径为110 mm天线的偏移距离
&&& 圆柱型或金属线型信号源
&&& 圆柱型或金属线型信号源
&&& 圆柱型或金属线型信号源
&&& 楔型信号源
&&& 在我们的这个长度为100mm内径的罐头盒中,偏移距离为27mm.你需要在距离罐头盒底部27mm的地方钻出一个孔洞用来放置信号源.如果你的罐头盒内径不是100mm,那么你需要细心的计算出你自己的偏移距离.这个偏移的距离对最后网络信号的接收效果尤为重要.
&&& 一旦确定了偏移距离,后面的工作就比较简单了.我们可以先用笔和尺子在罐头盒上标出钻孔的位置.需要注意的是,在测量距离的时候,不要理会罐头盒底部凸唇的距离,而是要以内壁的底部为准.如图7
&&& 在钻孔的时候你要注意,钻孔的直径要略大于同轴电缆N型的直径.这样以后只要稍微用力,就能将同轴电缆的N型连压入罐子中.这里我使用了7mm的钻头.如图8
&&& 同轴电缆的N型连接头有很多类型,具体哪一种类型并没有关系,你可以自己选择.在这篇文章中,我使用的是一种四周带四个螺丝孔的.这样我可以用螺丝将他们固定在罐头盒上.除了刚才钻的那个孔之外,我还在它四周钻了四个小孔.如图9
&&& 选择合适的放射信号源
&&& 信号源放射体的选择也是非常重要的.它将直接连接到同轴电缆内部的导体,它是信号扩散到空间中的最终的放射源.放射体可以有很多形状,对于波导信号来说不同形状的放射源也会产生不同的效能.一般常用的放射源有三种形状:圆柱体、楔型体、圆锥体.
&&& 如图10
&&& 圆锥型的放射源是最有效率的,但它的制作工艺要求非常严格,因此实现起来也是非常困难的.而圆柱体和楔型体制作起来就比较简单了.其中圆柱体的放射体制作起来是最为简单的,你只需要找一根粗一点的铜导线就可以了.但是圆柱体的信号的适应频率和拓展范围也是最为狭窄的.如果你使用它来制作波导天线的话,最终的信号效率将大打折扣.
&&& 较之圆柱体来说楔型体放射源的制作会稍微复杂一些,但是它可以完全与Wi-Fi的信号频率相匹配.并且信号的效率也仅仅比圆锥体略逊一点而已.因为楔型体与圆锥体最为近似,他们的信号效率也就大致相当.
&&& 放射源的长度也是比较重要的参数,下面的表格就罗列出了各种形状的放射源的长度与所能承载信号频率的匹配关系.
&&& 放射源类型
&&& 信号频率
&&& 信号波长
&&& 放射源长度
&&& 圆柱体或金属线
&&& 124 mm
&&& 31.0 mm
&&& 圆柱体或金属线
&&& 123 mm
&&& 30.7 mm
&&& 圆柱体或金属线
&&& 122 mm
&&& 30.5 mm
&&& 楔型体或圆锥体
&&& 123 mm
&&& 24.0 mm
&&& 如表格所示,我们的楔型体放射源的长度应该为24mm.
&&& 如图11,这是圆柱体与楔型体的长度示意图.
&&& 圆柱型放射源的制作
&&& 制作圆柱型放射源极为简单,只要找一个较粗的铜核心的同轴电缆就可以了.用切断一节同轴电缆,使用刨去外部的绝缘部分.再用尺子量出一段合适的距离.
&&& (如图12,长度为30.7mm)
&&& 在一端用钳子夹扁,以便让它能更好的焊接在N型连接头上.如图13
&&& 楔型体放射源的制作
&&& 虽然楔型体放射源的制作并不复杂,但是也需要你掌握一定的焊接技术.要想涵盖所有的Wi-Fi频段,楔型体的底部需要有1mm的宽度,即它与N型连接头焊接的地方.它的顶端宽度要达到6mm.如图14
&&& 你可以找一张铜片,然后用剪刀按照规格参数剪下一小片铜片作为放射源.如果铜片表面不够平整的话,你可以使用锤子在其表面反复击打整平.
&&& 如图15,这是做好的楔型体放射源.
&&& 组装罐头盒天线
&&& 这是最后一步,让我们把所有的都组装在一起巴.首先,使用电,将楔型体放射源焊接在N型同轴电缆连接头上.注意
&&& 焊锡要均匀平整,不能因中间连接了焊锡而改变楔型体的长度.如图16
&&& 下一步,是将N型同轴电缆连接头插入罐头盒内部,将N型连接头的四角都拧上螺丝固定.如图17
&&& 这里需要注意的是,楔型体放射源的表面要与罐头盒底部相平行.否则你的信号强度也会大打折扣.如图18
&&& 最后,小心的拆开你的Wi-Fi 802.11x,找到金属天线处然后用一根同轴电缆连接天线,将同轴电缆的另一端与N型同轴电缆连接头相连.在这里要尽量避免天线直接裸露,街头处尽量用同轴电缆内的屏蔽层覆盖.
&&& 如图19大功告成这就是天线最后的样子.
&&& 天线测试和总结
&&& 在做好这个罐头盒天线之后,很多人都会发问,它究竟会对Wi-Fi无线网络信号带来多大的改善呢?你可以随我作一个小试验:将一台微波炉与我们做好的天线放置在同一张写字台上,他们之间留有50mm的距离.在微波炉中放一杯水,开启微波炉直到水被煮沸.在水被加热的过程中,你要认真观察Wi-Fi无线网络信号的变化.如果在这个过程当中你的网络信号没有衰减,那么就证明这个天线是非常成功的.在整个制作中一定要力求精细,每个规格参数都要力求精准,这样天线才能发挥出最大功效.以后微波炉和手机再也不会干扰你的无线网络信号了.你觉得怎么样?还不赶快亲自动手作一个.
WIFI的无线天线设计
&&& 端的全向
&&& 高增益的全向天线,可以做ET高增益天线,不过制作难度和效果也略显大些,目前做了几个ET天线,最终效果都还没达到理想要求,需要很好的计算才行.稍后发图.
&&& 路由器端的定向天线
&&& 简单实用,需要材料:奶粉盒,50欧母馈线或75欧姆同轴缆线(同轴缆线距离不能长,一般30厘米长度内效果还可以)50欧姆馈线为最佳.馈线(可在市场买到),布(与铁盒处要包绝缘)
&&& (所有接都要焊接牢固) 制作这种天线,每一个细节都会影响到最终效果.
&&& 用户端的简易定向天线
&&& 对于WIFI无线信号来说,削弱影响最大的树木材质,发射影响最大的金属材质.所以用户端我们经过权衡选择如下材质.
&&& 1 抛物面:捞饺子用的抛物笊篱(15厘米直径的就可以了)10块钱左右
&&& 2 锡箔纸:4-6块钱一卷,宽度要大于15厘米.
&&& 3 无线USB
&&& 4 0.5千克监控用活动,监控用品店可买到8块钱左右
&&& 首先取正方形锡箔纸两块对其重叠中间使用双面胶粘贴.半圆直径略小于笊篱直径,将其分成均匀8份,裁剪.
&&& 将笊篱尾把去掉与活动支架连接,然后把锡箔使用双面胶粘贴上去.经实验证明两层锡箔比一层的效果要好一些.
&&& 粘贴好后,用铁丝在网上固定出一个支架来,用于固定USB网卡的位置.在这里我们不用像接收卫星信号一样要计算仰角等参数,但仍要注意角度问题,否则反馈器的作用会适得其反.
&&& 其实我们是要明确给网卡加装反射弧的意义所在,我们并不是主要为了整强下行信号而设计的,主要考虑的是上行问题,我们可能给无线路由安装一个高增益天线,信号能传播几公里,反过来看我们的网卡能接收到信号,但我们的网卡有这样上行发射能力吗,显然没有.所以我们做反馈主要是为了整强上行,所以焦点要对好,对不好焦点发送的信号90%可能被射向偏离方向,这样实际效果会比不使用反馈弧更差.所以我们要确保网卡反射的信号50%能到达路由天线区域.这就是个微调过程.
&&& 最终实物图:
智能天线技术MIMO在广域WIFI中的应用分析
&&& 无线网络运营商极大的为无线技术提供了移动宽带接入和丰富的媒体业务,运营商对需要的网络容量,用户数据速率,距离和覆盖质量作很大的改进,面对日益竞争激烈的运营商来说,建立和维持盈利的商业模式,多输入多输出(MIMO)智能技术提供的潜在性能增益的兴趣很大,为了满足技术上的挑战,带来网络的发展,在无线局域网(WLAN)领域已经有实际应用的MIMO以及近来客户端设备技术的进步,并且这将促进广域网中的MIMO应用普及.
&&& 促使MIMO在局域网领域取得成功的许多局域网固有特性与广域网环境有着很大的区别,因此我们必须谨慎地对待这种在不同应用中的转变.在下面对广域网MIMO应用的简要说明中,我们将重点突出干扰和有限散射特性,这二者是最重要的区别,也是实现中需要着重考虑的因素.对无线运营商来说有个好消息,即在广域网中确实可以实现MIMO的大部分理论增益,条件是采用具有网络意识(network-aware)的,这样的方案能够减少多蜂窝环境中的干扰,并保持受限散射条件下的运行稳定性.另外值得注意的是,由于无需对现有无线协议作任何修改就能获得这些性能增益,因此广域网中的MIMO要比一般想象的更容易实现.
&&& 图1:在基站(BS)和客户设备(CD)之间具有两条主导传播路径的无线信道,如图中箭头所示,该信道叠加在基站标称的120°扇区传送图案上.
&&& 定义MIMO技术
&&& 由于用户端设备对成本具有较大的敏感性,因此在目前商业广域网中的智能天线配置只是在链路的基站侧使用多幅天线,而客户端设备只有一幅天线.随着改善广域网经济的压力不断增大,以及客户端设备集成度提高,以及对客户端增加智能天线处理的边缘成本的降低,运营商对在链路两端都使用智能天线的解决方案兴趣也越来越大.
&&& 两端同时用多幅天线将可以采用许多新的传输技术,这些技术在仅单端使用多幅天线的系统中是不可行的,在大多数情况下应用这些技术将提供更多的系统性能增益.
&&& 业界对智能天线的讨论,包括对用于各种不同实现中的术语有完全不同的定义,因此有必要简要介绍分类适用方法.先来看最简单的例子,考虑在链路的每端都只有一幅天线的某个系统,虽然信号向所有方向(一般在120°扇区内)发送,但某个具体的无线信道可能只有两条主导路径,如图1所示.本文所示例子是一个高位基站与一个路面的低位移动(更广泛地说是"客户设备",因为有可能是移动计算平台)之间的通信,大部分接收信号来自于邻近建筑物的反射.这是一个单输入单输出(O)的信道.[注:在无线通信领域中所说的术语"输入"和"输出"是针对信道本身而言的,并非以信道两端的设备为参考]
&&& 本文讨论的是最简单的,也是目前最常见的智能天线.如果有一幅以上的天线,那么它能智能地组合来自不同天线接收到的信号,并识别出信号确实是来自两个主要方向.它具有这个功能的原因是因为两条路径有不同的空间特性(spatial characteristic)或不同的空间特征(spatial signature).由于接收器能识别这两种不同的空间特征,因此它能组合来自两个天线的信号,并将二者累加起来形成更强的组合信号.这种方式被称为单输入[到信道1]多输出[自信道1](或SIMO)方式,这就是有名的接收器分集方案.接收分集技术被广泛用于2G和现在的3G蜂窝网络的链路基站侧.
&&& 反过来,如果有多幅天线,而接收器只有一幅天线,信号将仍沿相同的路径传播,因为物理环境没变(建筑物仍在那儿).这种传播方式称为多输入单输出(MISO)方式.与SIMO相比,MISO的最大不同在于信号组合必须在发送端完成,而不是在接收端.通过仔细调整发送天线,两条路径能够以与SIMO相同的方式完成叠加.这种方法被广泛用于PHS和HC-SDMA(大容量空分多址)系统,这种系统的基站侧有多幅用于接收(工作在SIMO模式)和发送(工作在MISO模式)的天线.
&&& 在链路两端提供多幅天线的方式就是MIMO方式.在这种情况下,可以更高效地使用这两条路径,如图2所示.发送器可以通过调整它的天线以让图2中蓝色所示的信息流沿第一条路径(也就是空间特征)发送,而橙色所示的另外一条信息流沿另一条路径发送.因为接收器也有多幅天线,因此它可以通过检测不同的空间特征把两条流分开来.在这种情况下,发送器可以发送两个完全不同的数据流,从用户看来相当于将数据速率提高了一倍.与单独的MISO或SIMO处理相比,这种方式在最佳状态下具有材料上的优势,这种MIMO优势的取得不需要增加额外的带宽和功率.一般会降低单天线链路性能的多径传输在MIMO方式中反而会提高信道效率和质量.
&&& MIMO系统能够利用多径传播的前提是在传播环境中存在这些空间维数,对这一点的理解非常重要.在图2中,一共有4幅天线,但只有两条主导路径.在这种情况下即使有4幅天线也只能形成两条数据流.因此MIMO性能与系统应用环境中多径的丰富程度密切相关.幸运的是,在许多环境中存在足够多支持多个并行数据流的散射和多径传播.
&&& 信息理论的研究表明,如果链路两端都使用多幅天线,那么代表了数据速率上限的系统容量将随天线数量的增加而呈线性增长(在确定的信道前提下,并保持整体功率不变).具有相同数量发送和接收天线的不同MIMO系统的理论容量如图3所示,8×8
&&& 图2:具有两个主导传播路径的通信信道在MIMO方式下可以使用户数据速率加倍.值得注意的是,多天线处理可以完成波束整形,从而使信号沿着感兴趣的信道传播,而另外一个主导信道上不传信号.
&&& MIMO系统(即链路的每端有8幅天线)的容量最多可以达到单天线系统容量的8倍.考虑所有的网络的运营和资本开支,MIMO技术提供的性能和经济效益要比单天线系统高出许多.特别是对于高数据速率的业务,比如真正的宽带接入、IPTV和大型文件传输,在这些应用中受限的带宽会引起严重的问题,而MIMO技术则是很有前途的一种解决方案.
&&& 图3的预测值只表征了理想系统的性能极限.信息理论对如何达到这些极限值没有提供太多的实用性指导意见,实际系统面临着如何充分利用信道提供的空间维度的挑战.大体上有三种主要推荐的信道利用方法,前两种方法着重单条链路的性能,第三种着重整个网络性能:
&&& 1. 提高数据速率
&&& 上文讨论的技术(如图2中所示)通常称为空间复用.对于有丰富散射环境的信道来说,通过在每幅天线上发送独立的信息流可以提高数据速率,使用较为成熟的接收器技术可以将不同的数据流分离开来并进行单独解码.例如使用4幅发送和4幅接收天线的系统容量将达到单天线系统的4倍.
&&& 2. 通过分集技术改善服务质量
&&& 相反,如果在多幅天线多个符号(symbol)上发送相同的信号,那么就可以改善传输的可靠性,而不是提高数据速率.实际上在不同天线和不同时间点发送多份信号拷贝的这种技术提供了空间-时间的分集.同时在空间和时间上传播或编码信息符号的技术被称为空间-时间编码技术.
&&& 3. 通过减轻干扰获得更高的数据速率和更好的服务质量
&&& MIMO系统中利用空间维度的另外一种适合更多干扰环境的方法是优化整个系统中的射频能量分布,尽量减少网络中共信道干扰的产生和敏感度.本文最后部分将详细讨论这种方法.利用更高的SINR(更高的SINR可实现更高的调制等级,因此链路可达到更高的数据速率)和经典分集(可增加链路稳定性),这种方案可以提供更高的数据速率和更具鲁棒性的链路.就像在MISO系统中,基站用多个空间信道来实现客户设备一致的组合能量那样,这些信道被客户端用来改善这些空间'方向'中的有效灵敏度(像SIMO系统那样),降低基站发送所需的功率.相反的过程在上行链路上完成.基站和客户设备通过自动一致地运行降低系统中的干扰水平.就像后文所要讨论的那样,整个网络性能是广域网系统优化的关键方面,而降低干扰是提高宽带网络性能的主要驱动力.
&&& 全球的研究实验室业已证明MIMO技术在早期的无线局域网应用中的实际可行性,其系统容量非常接近实验室中同时使用空间复用和空间-时间编码技术所能达到的理论预测值.由于在最初应用中获得了巨大性能增益,MIMO技术很快走出实验室,并应用于实际的WLAN产品中.
&&& MIMO早期在WiFi上取得的成功
&&& 宣传最多的MIMO实现是在固定的无线局域网环境中,在这种环境中MIMO的最大好处是提高了单个用户设备的吞吐量.特别是家庭和企业级WLAN所具有的多个特性使它们成为最早采纳MIMO的理想候选网络,这些特性包括:
&&& 1. 丰富的散射
&&& 大多数WiFi系统都处在有大量散射条件的环境中,如室内或密集的城市建筑物间.在这些环境中通常有多条传播路径或空间维度可用来形成多个流.事实上,室内环境与获得图3所示的容量随天线数量增加而呈线性增长所需的条件非常相似.
&&& 2. 独立部署
&&& 获得快速部署的一个重要因素是WiFi设备通常是最终用户自己购买的,并且在他们自己的网络中是独立部署的.不同MIMO WiFi解决方案的互操作性并不成问题,就像IEEE 802.11n产品在公共MIMO标准获得一致意见之前取得成功所表明的那样,允许快速部署MIMO技术,不需要等到标准的统一.
&&& 3. 有限的干扰
&&& 同样关键的是WiFi环境非常接近研究MIMO技术的理论假设.由于WiFi网络的短距离和动态信道分配特性,MIMO接收器一般工作时没有很大的共信道干扰.如果工作在没有补偿的共信道干扰环境中,这些解决方案的性能会很快下降.
&&& MIMO在WiFi中的成功部署表明由MIMO提供的潜在性能改善是真实的.从实验室结果到实际的WiFi产品只用了短短几年的时间,这一事实对广域网无线网络运营商来说意味着再次取得成功的机会非常大.
&&& 广域网所面临的挑战
&&& 使MIMO在WiFi产品中得到成功应用的性能优势同样使MIMO成为广域无线移动环境中的一种可能的技术选择.然而,移动、多蜂窝环境与WiFi射频环境在某些方面有本质的区别,因此移动环境面临诸多配置方面的挑战.
&&& 图3:具有N幅发送和接收天线的MIMO系统在保持总发送功率不变的条件下理论平均容量相对信噪比(SNR)曲线.
&&& 1. 干扰
&&& 由于采用密集的和大蜂窝部署方式,广域环境中的干扰特别严重.在这种环境中,干扰抑制和大吞吐量性能都是必需的.因此,为了将MIMO在WLAN的成功应用经验推广到广域网和移动宽带数据业务,必须采用新的MIMO解决方案,并且要兼顾干扰和数据速率.
&&& 2. 有限散射
&&& 在某些情况下,广域散射环境只能有一条或两条主导路径.例如,如果是视距(LOS)传播,那么就只有一条主导传播路径,也就限制了空间复用技术的使用.
&&& 3. 互操作性
&&& 在广域网络中,所有用户都需要无缝地通过大型网络(跨越地区和运营商)与基站进行通信,因此必须支持互操作性.像上述使用空间复用或空间-时间编码技术的解决方案需要修改协议,因此会极大地增加广域网中的MIMO解决方案产品的面市时间.例如,接收器需要知道发送器使用的空间-时间代码才能正确地对数据解码.将MIMO纳入移动系统的工作已经在多个标准化组织中展开,比如IEEE 802.16e标准,但具有鲁棒性的商用产品仍需相当一段时间才能正式上市.
&&& 这些因素使得在广域网中采用MIMO会比WiFi面临更多的挑战,需要采用能够解决大型多蜂窝网络特有属性的新解决方案.MIMO在广域网中的成功实现将取决于下面两个关键属性:
&&& 干扰抑制.在广域网中为了减少干扰,至少要部分使用通过链路两端的天线阵列获得的更多自由度.与只在单端进行干扰抑制的系统相比,在发送器和接收器端同时进行干扰抑制可以显着地减少网络干扰.
&&& 鲁棒性解决方案.需要开发出能够解决主导传播路径数量有限的方案,即使在有限散射的信道中,通过发送器和接收器端组合信号仍可以获得显着的性能增益.最近的研究表明,即使是只有一条主导传播路径的信道(也称为锁眼信道,key-hole channel),在链路两端同时使用智能天线技术仍能获得可观的性能增益.
&&& 用于广域网的MIMO
&&& 不需要修改已有协议,也不用等到新协议完成就能在现有广域网中获得显着的MIMO增益.基站采用自适应阵列处理技术、移动终端采用类似处理技术即可获得明显的性能改善,这就是上文提到的第三种基本MIMO方法.事实上,理论研究也指出,这是在广域网中最常见的多信道条件下所采取的最佳方法.同时增强信号强度和干扰抑制性能对推进广域网的发展、支持运营商越来越高的带宽和多媒体业务目标显得尤为重要.
&&& 下面介绍能够平衡干扰抑制和吞吐量的解决方案.基站通过计算天线阵列的组合权重尽量减少基站方面的干扰.同样,移动终端使用它的天线阵列减少手机方面的干扰.由于在基站或客户设备上都不需要特殊的链路编码,因此MIMO处理的实现和操作可以完全独立于每个设备.结果将形成一个自组织和自优化的系统,它能连续适应变化的干扰环境和用户不断变化的业务需求.由于这种MIMO方法中链路两端设备是互相独立的,因此即使在不同种类网络或正在升级变化中的网络(不是所有基站和客户设备都装备有多幅天线的网络)条件下也能提供优异的性能.单天线终端可以使用SIMO(发送中)或MISO(接收中)信道简单地加入这样的网格,并与多天线终端一起工作.这种干扰最小化MIMO技术所带来的总体网络性能将随着系统中多天线设备的增多而日益增强.
&&& 本文小结
&&& MIMO技术提供的性能增益为推动无线通信的下一步发展提供了极具前景的动力.为WiFi市场和广域网提供性能增强的MIMO设备不久就会上市.然而,广域移动无线系统中的射频环境与WiFi完全不同,干扰是最大的挑战.幸运的是,现在已经有了基于自适应天线处理技术的广域网MIMO解决方案,能够在单天线系统中提供巨大的性能增益.这些解决方案通过多幅天线和信道内部固有的空间维数可以完全满足干扰和吞吐量要求.而且大部分增益性能可以在不修改协议的条件下实现,相信在不远的将来这些解决方案很快会得到广泛应用.因此,广域MIMO应用可能要比想象的更容易实现.
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