電子工程專輯?2021-10-16 08:29

以下文章來(lái)源于無(wú)線深海?，作者蜉蝣采采

無(wú)線深海.

移動(dòng)通信交流，無(wú)線通信發(fā)展趨勢(shì)，最新動(dòng)態(tài)，原創(chuàng)科普文章發(fā)表。

1. 什么是無(wú)線路由器?

在5Ｇ時(shí)代，手機(jī)套餐中所含的流量越來(lái)越多，單位價(jià)格也越來(lái)越便宜，即便如此，也難以毫無(wú)顧忌地刷劇。家庭寬帶，按帶寬收費(fèi)，流量不限，通過(guò)無(wú)線路由器將其轉(zhuǎn)化為Wi-Fi信號(hào)，不但可供全家共享，連接各種智能家居也不在話下。無(wú)線路由器因此，將無(wú)線路由器稱為家庭的數(shù)據(jù)樞紐也毫不為過(guò)。
無(wú)線路由器這個(gè)名稱可以拆出來(lái)兩個(gè)關(guān)鍵詞：無(wú)線和路由。理解了這兩個(gè)詞背后的技術(shù)原理，就理解了無(wú)線路由器。無(wú)線也就是我們常說(shuō)的Wi-Fi。無(wú)線路由器可以將家庭寬帶從有線轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)，所有設(shè)備只要連接自家Wi-Fi，就能愉快地上網(wǎng)了。除此之外，這些設(shè)備還組成了一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)，本地?cái)?shù)據(jù)高速交換，不受家庭寬帶的帶寬限制。舉個(gè)例子，很多人家里都有智能音箱，可以用來(lái)控制各種智能電器。當(dāng)你說(shuō)小X小X，打開(kāi)電視時(shí)，音箱實(shí)際上是通過(guò)局域網(wǎng)找到電視并發(fā)送指令的，并不需要連接互聯(lián)網(wǎng)；而你如果讓它播放新聞時(shí)，就必須要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)獲取數(shù)據(jù)了。我們前面說(shuō)到的局域網(wǎng)，也被稱為內(nèi)網(wǎng)，在路由器上用LAN(Local Area Network)來(lái)表示，因此Wi-Fi信號(hào)也被稱作WLAN(Wireless LAN，無(wú)線局域網(wǎng))；而我們要訪問(wèn)的互聯(lián)網(wǎng)，也被稱作外網(wǎng)，在路由器上用WAN(Wide Area Network)來(lái)表示。無(wú)線路由器接口示意在內(nèi)網(wǎng)中，每個(gè)設(shè)備的IP地址是不同的，這被稱作私有地址；而所有設(shè)備上外網(wǎng)則共用同一個(gè)公有地址，由電信聯(lián)通這樣的寬帶運(yùn)營(yíng)商分配。路由器，正是連接內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的橋梁。上面說(shuō)到的IP地址轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，就是路由器的路由功能。也就是說(shuō)，路由器是家庭網(wǎng)絡(luò)的樞紐，所有的設(shè)備的數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過(guò)它的轉(zhuǎn)發(fā)才能彼此訪問(wèn)或者到達(dá)外部網(wǎng)絡(luò)，頗有一夫當(dāng)關(guān)，萬(wàn)夫莫開(kāi)的意思，因此功能全面的路由器又被稱作“家庭網(wǎng)關(guān)”。無(wú)線路由器組網(wǎng)示意
2.? Wi-Fi的關(guān)鍵技術(shù)
無(wú)線路由器的無(wú)線接入功能，就是之前說(shuō)過(guò)的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）。目前WLAN只有Wi-Fi這一種主流技術(shù)，因此可以認(rèn)為兩者是等同的。Wi-Fi由Wi-Fi聯(lián)盟進(jìn)行技術(shù)認(rèn)證和商標(biāo)授權(quán)。實(shí)際應(yīng)用中Wi-Fi經(jīng)常被寫(xiě)作WiFi或者Wifi，但這兩種寫(xiě)法并沒(méi)有被聯(lián)盟認(rèn)可。?Wi-Fi聯(lián)盟（全稱：國(guó)際Wi-Fi聯(lián)盟組織，英語(yǔ)：Wi-Fi Alliance，簡(jiǎn)稱WFA），是一個(gè) 商業(yè)聯(lián)盟 ，擁有 Wi-Fi的商標(biāo)。. 它負(fù)責(zé)Wi-Fi 認(rèn)證與商標(biāo)授權(quán)的工作，總部位于美國(guó)德克薩斯州 奧斯汀 （Austin）。
Wi-Fi這個(gè)朗朗上口的名字被廣泛認(rèn)為是對(duì)無(wú)線高保真（Wireless Fidelity）的縮寫(xiě)，實(shí)際上是誤讀。它只是個(gè)單純的名稱，并沒(méi)有實(shí)際含義，當(dāng)然也沒(méi)有全稱。?Wi-Fi背后的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則是由美國(guó)的電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定的802.11系列協(xié)議。
IEEE全稱：Institute of Electrical and Electronics Enginees

2.1? Wi-Fi協(xié)議的發(fā)展
從1997年的第一個(gè)版本開(kāi)始，802.11系列協(xié)議不斷向前演進(jìn)，經(jīng)歷了802.11a/b/g/n/ac等多個(gè)版本，支持的上網(wǎng)速率也不斷提升。目前最新的協(xié)議版本是802.11ax，也就是近年來(lái)迅速發(fā)展的Wi-Fi 6。

IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程，從第一代到第六代?在最初的很多年里，Wi-Fi雖然一代代向前發(fā)展，但世界上并沒(méi)有Wi-Fi幾代這樣的說(shuō)法，直接就用802.11后面加幾個(gè)字母這樣的協(xié)議編號(hào)，對(duì)普通用戶非常不友好。?直到2018年，Wi-Fi聯(lián)盟才決定把下一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)802.11ax用更為簡(jiǎn)單易懂的Wi-Fi 6來(lái)宣傳，上一代的802.11ac和802.11n就順理成章地成了Wi-Fi5和Wi-Fi4。至于更早的技術(shù)，反正也沒(méi)人關(guān)注了，也就不用再起馬甲了。
Wi-Fi?6 誕生之后，才有了Wi-Fi 5的叫法

2019年9月16日，Wi-Fi聯(lián)盟宣布啟動(dòng)Wi-Fi 6認(rèn)證計(jì)劃。此后，Wi-Fi 6的大名響徹了全世界，目前新發(fā)布的設(shè)備基本都已經(jīng)支持Wi-Fi 6了。
Wi-Fi?6?認(rèn)證標(biāo)志

2.2.? Wi-Fi信道及使用的頻段
Wi-Fi主要工作在2.4GHz和5GHz這兩個(gè)頻段上。這兩個(gè)頻段被稱作ISM（Industrial Scientific Medical 工業(yè)，科學(xué)，醫(yī)學(xué)）頻段，只要發(fā)射功率滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，就可以不用授權(quán)直接使用。
不同國(guó)家的ISM頻段有所不同
2.4GHz作為全球最早啟用的ISM頻段，頻譜范圍是2.40GHz～2.4835GHz，共83.5M帶寬。
我們常用的藍(lán)牙，ZigBee，無(wú)線USB也工作在2.4GHz頻段。此外，微波爐和無(wú)繩電話使用的頻段也是2.4GHz。甚至，有線USB接口的內(nèi)部芯片在工作時(shí)，也會(huì)發(fā)射2.4GHz的無(wú)用信號(hào)，造成干擾。?由此可見(jiàn)，2.4GHz上同時(shí)工作的設(shè)備眾多，頻段擁擠不堪，干擾嚴(yán)重。當(dāng)萬(wàn)家燈火，你和樓上樓下的鄰居在用Wi-Fi愉快上網(wǎng)的時(shí)候，路由器卻在背后默默地挑選信道，協(xié)調(diào)干擾。?Wi-Fi把2.4Ｇ頻段上的83.5M帶寬劃分為13個(gè)信道，每20M一個(gè)。注意這些信道是交疊的，本來(lái)只能放下3個(gè)，現(xiàn)在卻硬生生地?cái)D進(jìn)去了13個(gè)，相互之間的干擾難以避免，只能盡量減輕，大不了大家速度慢一些，排隊(duì)輪著用。
2.4G頻譜及信道（第14信道在國(guó)內(nèi)是不允許使用的）
信道交疊到什么程度呢？由下圖可以比較直觀地看出，在這些信道里面，只有1，6，11或者2，7，12，或者3，8，13這三組是完全沒(méi)有交疊的，可見(jiàn)2.4GHz頻段的擁堵程度。就好比一條很窄的路，上面通行的車(chē)卻很多，堵車(chē)頻頻，勢(shì)必造成通行速度的下降。
2.4G不交疊的信道分布
到了802.11n，用戶可以使用40M的信道，但2.4GHz頻段依然只有83.5M的總帶寬，就只能容納兩個(gè)信道了。因此只有在夜深人靜網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)候，單個(gè)用戶才有可能使用40M信道，加之來(lái)自隔壁老王家的干擾，802.11n的高速率很大程度上難以達(dá)到。
2.4G 40M帶寬信道
如果說(shuō)2.4GHz頻段是羊腸小道的話，5GHz頻段無(wú)疑就是康莊大道了。?5GHz頻段的可用范圍是4.910GHz～5.875GHz，有900多M的帶寬，是2.4G的10倍還多！這段頻譜過(guò)于寬了，不同國(guó)家根據(jù)自身情況，定義了Wi-Fi可以使用的范圍。?比如，在中國(guó)5GHz頻譜共有13個(gè)20M信道可用作Wi-Fi，連續(xù)的20M信道還可以組成40M，80M，甚至160M信道。
中國(guó)5G信道分布圖
5GHz的帶寬大，上面跑的的設(shè)備少，用起來(lái)自然速度快，干擾小。因此，如果想要家庭網(wǎng)絡(luò)達(dá)到良好的速率體驗(yàn)，可用考慮用5GHz來(lái)進(jìn)行全屋覆蓋。?然而尺有所短，寸有所長(zhǎng)，5GHz雖然帶寬大干擾小，但是信號(hào)傳播衰減快，還很容易被阻擋，穿墻能力很弱。
2.4G和5G Wi-Fi信號(hào)的穿透損耗
因此，跟2.4GHz相比，5GHz信號(hào)通常要弱得多。至于它們到底各能覆蓋多少米，這個(gè)由于路由器的天線增益，接收靈敏度，家里墻體和障礙物的分布，以及個(gè)人期望達(dá)到的上網(wǎng)速率都有關(guān)聯(lián)，很難具體給出。
如果僅考慮到家里的各種智能家居的聯(lián)網(wǎng)，2.4GHz的覆蓋和容量通常就夠用了。但如果需要高速上網(wǎng)，最大化發(fā)揮家庭寬帶的價(jià)值，就必須依靠5GHz才能實(shí)現(xiàn)。?因此，Wi-Fi的覆蓋建議不用考慮2.4GHz，直接以5GHz全屋覆蓋作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。一般情況下單個(gè)路由器在家庭的復(fù)雜環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)無(wú)死角覆蓋，需要考慮多臺(tái)路由器之間的組網(wǎng)以及漫游問(wèn)題，這點(diǎn)后面再講。

2.3.? Wi-Fi關(guān)鍵技術(shù)
為什么Wi-Fi的速度越來(lái)越快？其實(shí)在IEEE的802.11系列協(xié)議一直在跟3GPP的4Ｇ和5Ｇ相互借鑒，使用的底層技術(shù)都是通用的。
OFDM/OFDMA
OFDM的全稱是正交頻分復(fù)用。系統(tǒng)會(huì)在頻域上把載波帶寬分割為多個(gè)相互正交的子載波，相當(dāng)于把一條大路劃分成了并行多個(gè)車(chē)道，通行效率自然就大幅提升了。
在Wi-Fi 5及以前（802.11a/b/g/n/ac），子載波寬度是312.5KHz，到了Wi-Fi 6（802.11ax），子載波寬度縮小為78.125KHz，相當(dāng)于將同樣寬度的路劃分成了更多的車(chē)道。
Wi-Fi 6的擁有更多的子載波
在OFDM下，每個(gè)用戶必須同時(shí)占用全帶寬下的所有子載波。如果某個(gè)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)沒(méi)那么多，把頻率資源用不滿的話，其他用戶也沒(méi)法靈活使用，只能干巴巴地排隊(duì)等著，頻譜資源的使用效率不高。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Wi-Fi 6引入了OFDMA技術(shù)，后面多了個(gè)字母A，其全稱也就變成了正交頻分復(fù)用多址。多址就是多用戶復(fù)用的意思。
OFDM?vs.?OFDMA
OFDMA可以支持多個(gè)用戶在同一時(shí)刻共享所有子載波。相當(dāng)于運(yùn)輸公司把多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)一打包，共同裝車(chē)，充分利用車(chē)廂容量，大家的發(fā)貨速度就都加快了，頻譜效率得以提升。?? ?? MIMO/波束賦形
路由器上面的天線數(shù)量是越來(lái)越多，從看不到天線，到一根，兩根，三根，四根，六根，八根…現(xiàn)在不管啥價(jià)錢(qián)的路由器，都長(zhǎng)得跟螃蟹似的，張牙舞爪好不唬人。
為啥要用這么多天線？就是為了更好地實(shí)現(xiàn)MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在信號(hào)發(fā)射時(shí)，用多根天線來(lái)同時(shí)發(fā)送多路不同的數(shù)據(jù)，速度自然成倍提升；在接收時(shí)，多個(gè)天線同時(shí)接收手機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)，跟戴了助聽(tīng)器一樣，接收靈敏度也得到了增強(qiáng)。
單用戶MIMO（SU-MIMO）
如果所有天線同時(shí)只為一個(gè)用戶服務(wù)，就叫做單用戶MIMO（SU-MIMO）。更進(jìn)一步，路由器四路發(fā)射，手機(jī)四路接收，也可以更精細(xì)地叫做4×4 MIMO。
有時(shí)候，路由器的天線眾多能力強(qiáng)悍，但四顧茫然，發(fā)現(xiàn)手機(jī)個(gè)個(gè)都是弱雞。路由器能發(fā)4路信號(hào)，但手機(jī)最多只能收兩路，最終下來(lái)路由器也就不得不配合著只發(fā)兩路。這不是浪費(fèi)么？
多用戶MIMO（MU-MIMO）
解決辦法也是有的，一個(gè)手機(jī)的接收天線少，多個(gè)手機(jī)加起來(lái)不就多了？于是，路由器便將多個(gè)手機(jī)一起考慮，視作一個(gè)功能強(qiáng)大的虛擬手機(jī)，這樣就又能實(shí)現(xiàn)高階MIMO了。這種多手機(jī)共同參與的MIMO就叫做多用戶MIMO（MU- MIMO），又叫虛擬MIMO。
除此之外，多個(gè)天線還可以通過(guò)波束賦形技術(shù)，形成指向性的窄波束，對(duì)準(zhǔn)用戶精準(zhǔn)覆蓋。由于窄波束的能量集中，因此可以覆蓋得更遠(yuǎn)，穿墻效果也能得以提升。
波束賦形
這樣看來(lái)，路由器的天線個(gè)數(shù)是多多益善呀，買(mǎi)路由器就一定要挑天線多的嗎？這可能是一個(gè)陷阱。天線再多，只是在堆一些外部看得見(jiàn)的硬件而已，看起來(lái)牛逼閃閃，但內(nèi)部的設(shè)計(jì)到底能否支撐這么多天線還是未知數(shù)。
更重要的是，不論是MIMO，還是波束賦形，都是需要軟件算法支撐的，這里面的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于硬件，不同廠家算法優(yōu)化能力不同，可能導(dǎo)致很大的性能差異。?因此，建議在購(gòu)買(mǎi)路由器時(shí)，不用太關(guān)注外部到底能看到多少根天線，而要看他們的產(chǎn)品宣傳，是否支持波束賦形，4x4MIMO，或者M(jìn)U-MIMO？如果廠家在這方面的宣傳聲勢(shì)很大，那至少說(shuō)明他們對(duì)這些功能比較自信并將其作為賣(mài)點(diǎn)。
調(diào)制編碼策略（MCS）
調(diào)制編碼，分為調(diào)制和編碼兩部分，它們共同決定了單位時(shí)間可以同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)。調(diào)制編碼策略一般將調(diào)制和編碼兩部分綜合起來(lái)分為多個(gè)等級(jí)，級(jí)別越高，數(shù)據(jù)發(fā)送的速率也就越快。
調(diào)制的作用就是把經(jīng)過(guò)編碼的數(shù)據(jù)（一串0和1的隨機(jī)組合）映射到前面所說(shuō)幀結(jié)構(gòu)的最小單元：OFDM符號(hào)上。經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)才能最終發(fā)射出去。BPSK，QPSK，16QAM，64QAM及256QAM星座圖
常用的調(diào)制方式包括BPSK、QPSK、16QAM，64QAM和256QAM，能同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)為1個(gè)，2個(gè)，4個(gè)，6個(gè)和8個(gè)。Wi-Fi 6可以支持1024QAM，可同時(shí)發(fā)送10個(gè)比特的數(shù)據(jù)，速率自然大為提升。

256QAM和1024QAM對(duì)比圖
可是，原始數(shù)據(jù)在編碼時(shí)，為了糾錯(cuò)而加入了很多的冗余比特，真正的有用數(shù)據(jù)其實(shí)只占一部分。我們考慮上網(wǎng)速率時(shí)，說(shuō)的僅僅是有用數(shù)據(jù)的收發(fā)速率，冗余比特都在解碼的時(shí)候丟棄掉了。

這就要引入碼率的概念，也即是有用的數(shù)據(jù)在編碼后總數(shù)據(jù)量中的占比。如果碼率是3/4，就是指編碼后的數(shù)據(jù)中，3/4是有用數(shù)據(jù)，1/4是后來(lái)添加的冗余比特。
不同的調(diào)制方式，加上不同的碼率，就組成了調(diào)制編碼策略（MCS）。下表是Wi-Fi 6中的MCS表，可以看出最高階MCS為11，對(duì)應(yīng)于1024QAM加5/6的碼率。
Wi-Fi 6 的MCS表
正是通過(guò)這些技術(shù)的不斷演進(jìn)，Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)一代代向前，速率越來(lái)越高，讓我們更為暢快地上網(wǎng)。

3. Wi-Fi的上網(wǎng)速率估算

Wi-Fi到底能達(dá)到多大速率呢？路由器廠家宣傳的Wi-Fi 6可以達(dá)到1800Mbps，3000Mbps，甚至5400Mbps速率，到底是怎么算出來(lái)的呢？要計(jì)算Wi-Fi可以達(dá)到的峰值速率，必須用到前文講到的幾點(diǎn)技術(shù)：OFDM，MCS，以及MIMO。OFDM：正交頻分多址，把整個(gè)系統(tǒng)帶寬劃分為多個(gè)正交的子載波，劃分的粒度越細(xì)，子載波越多，可同時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)就越多，速率自然也就越高。此外，OFDM技術(shù)最終要把數(shù)據(jù)打包在一個(gè)一個(gè)的符號(hào)（Symbol）中發(fā)送，每個(gè)符號(hào)花的時(shí)間越短，兩個(gè)符號(hào)之間的間隔（Guard Interval，GI）越小，速率也就越高。MCS：調(diào)制編碼策略，對(duì)速率的影響主要是調(diào)制方式和碼率這兩方面。無(wú)線環(huán)境越好，可以使用的調(diào)制階數(shù)越高，單位時(shí)間攜帶的比特?cái)?shù)也就越多，用于檢錯(cuò)糾錯(cuò)的冗余比特也就可以少加一些，碼率提升，有用數(shù)據(jù)的發(fā)送速率自然也就加快了。MIMO：也就是通過(guò)多根天線，在空間中能同時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)。空間流數(shù)越多，速率越高。比如，4x4MIMO的理論速率是2×2 MIMO兩倍，效果立竿見(jiàn)影。綜上，單個(gè)頻段Wi-Fi的峰值速率可以用下面的公式來(lái)計(jì)算。跟5G峰值速率的計(jì)算類似，上述公式也可以用公路系統(tǒng)來(lái)類比。Wi-Fi 峰值速率計(jì)算公式空間流數(shù)相當(dāng)于多層交通，子載波數(shù)量相當(dāng)于每層公路上的多條車(chē)道，調(diào)制階數(shù)相當(dāng)于路上貨車(chē)的車(chē)廂容積，碼率相當(dāng)于給貨物增加了包裝箱，OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)和符號(hào)間隔相當(dāng)于貨車(chē)在公路的通行時(shí)長(zhǎng)再加上發(fā)車(chē)間隔。Wi-Fi速率和公路運(yùn)力的類比空間流數(shù)：隨著協(xié)議的演進(jìn)，Wi-Fi能支持的空間流數(shù)越來(lái)越多，推動(dòng)峰值速率不斷提升。
如下表所示，IEEE制定的802.11ac最多能支持8流，但是Wi-Fi聯(lián)盟（WFA）在認(rèn)證的時(shí)候，覺(jué)得這個(gè)能力過(guò)于強(qiáng)了，實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本太高，因此就分成了兩個(gè)階段：wave 1和wave 2。各Wi-Fi協(xié)議版本支持的空間流數(shù)這兩個(gè)階段的能力也比較保守，并未最終實(shí)現(xiàn)IEEE的設(shè)計(jì)能力。Wave 1可支持3流，Wave 2可支持4流。到了802.11ax，最多可以支持到8流。Wi-Fi聯(lián)盟將其包裝為Wi-Fi 6，也不再搞過(guò)渡版本了。但你的路由器到底能支持到幾流，還要看廠家具體的實(shí)現(xiàn)。有效子載波數(shù)量：802.11系列協(xié)議對(duì)子載波的劃分越來(lái)越細(xì)，可支持的信道帶寬越來(lái)越大，這兩點(diǎn)促使有效子載波數(shù)量不斷增加。如下表所示，802.11n可支持最大40M信道帶寬，802.11ac則能支持160M帶寬，因此有效子載波數(shù)量翻了4倍有余。各Wi-Fi協(xié)議版本支持的載波帶寬和有效子載波數(shù)量到了802.11ax，同樣最大支持160M信道寬度，但子載波間隔卻僅為之前協(xié)議的1/4，從而最大支持的子載波數(shù)量相比802.11ac又翻了4倍。調(diào)制階數(shù)：802.11ac最大支持256QAM，調(diào)制階數(shù)為8，也就是每個(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶8個(gè)比特的數(shù)據(jù)。各Wi-Fi協(xié)議版本支持的調(diào)制階數(shù)802.11ax則最大支持到1024QAM，每個(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶10個(gè)比特的數(shù)據(jù)，比前一代提升了25%。MCS和碼率：協(xié)議定義了多種調(diào)制方式和碼率的組合，就是調(diào)制編碼策略（Modulation Coding Scheme, MCS）。各Wi-Fi協(xié)議版本支持的MCS調(diào)制階數(shù)越高，碼率越高，抗干擾能力也就越差。因此在無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度足夠，且干擾很小的時(shí)候，高階MCS才能發(fā)揮作用。符號(hào)長(zhǎng)度 + 符號(hào)間隔：在802.11ac及以前，單個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度3.2微秒，符號(hào)間隔是0.8微秒，但也支持0.4微秒。我們計(jì)算峰值速率當(dāng)然用短的間隔，因此802.11ac的符號(hào)長(zhǎng)度+符號(hào)間隔為3.6微秒。各Wi-Fi協(xié)議版本支持的符號(hào)長(zhǎng)度和符號(hào)間隔到了802.11ax，符號(hào)長(zhǎng)度成了12.8微秒，間隔長(zhǎng)度為至少0.8微秒，兩者加起來(lái)就是13.6微秒。這個(gè)值雖遠(yuǎn)高于之前的協(xié)議，看似吃了虧，但802.11ax在其他方面非常優(yōu)秀，速率還是對(duì)前輩形成了碾壓之勢(shì)。把上述多個(gè)表格中的數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算，采用該協(xié)議可支持的最高階調(diào)試方式及碼率，符號(hào)間隔使用最小值，先不考慮空間流數(shù)，單流的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。各Wi-Fi協(xié)議版本支持的單流速率不同無(wú)線路由器Wi-Fi峰值速率的支持能力不同，主要體現(xiàn)在2.4G和5G這兩個(gè)頻段可支持的帶寬，以及空間流數(shù)。2.4GHz通常最大支持到40M帶寬，5GHz頻段可最大支持160M帶寬，再根據(jù)協(xié)議版本的不同，以及空間流數(shù)的不同，把兩個(gè)頻段能支持的峰值速率加起來(lái)，就是路由器官方宣傳的峰值速率了。各型號(hào)路由器支持的峰值速率上圖是蜉蝣君根據(jù)路由器的標(biāo)稱速率，來(lái)估計(jì)2.4GHz和5GHz這兩個(gè)頻段可支持的信道帶寬以及流數(shù)，并對(duì)速率計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于AC1200，其中的AC是指它最高可以支持到802.11ac協(xié)議（Wi-Fi 5），2.4GHz頻段只能使用802.11n ，支持2×2 MIMO，速率可達(dá)300Mbps，5GHz頻段也是2×2 MIMO，速率為867Mbps，總和為1167Mbps，就按照1200M來(lái)宣傳了。對(duì)于AX5400，其中的AX是指它最高可以支持到802.11ax協(xié)議（Wi-Fi 6），2.4GHz頻段支持2×2 MIMO，速率可達(dá)573.6Mbps，5GHz頻段可支持160M信道帶寬及4×4 MIMO，速率為4804Mbps，總和為5377.6Mbps，就按照5400M來(lái)宣傳了。

4. 家用Wi-Fi組網(wǎng)指南話說(shuō)在遠(yuǎn)古時(shí)代，我出差亞非拉時(shí)總是有一種焦慮感，唯恐入住的酒店或者宿舍沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)或者沒(méi)有Wi-Fi，因此必隨身攜帶插線板，網(wǎng)線和一個(gè)便攜式路由器。近幾年發(fā)現(xiàn)Wi-Fi幾乎已經(jīng)無(wú)處不在了，這套裝備也逐漸蒙上了厚厚的塵土。這個(gè)便攜路由器，直接插上網(wǎng)線啥都不用管就能用了，家里也曾使用過(guò)的多款路由器，大部分也都是直接插上電源，用手機(jī)簡(jiǎn)單配置下就成。至于用的是啥工作模式和組網(wǎng)方案，并沒(méi)有特殊關(guān)注。近期，我拿出了塵封已久的便攜路由器研究了下，發(fā)現(xiàn)事情并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。為了達(dá)到更好的覆蓋效果，路由器之間可以靈活組網(wǎng)，有多種工作模式。了解了這些原理之后，在家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃時(shí)，就能做到成竹在胸。4.1.?? 兩個(gè)基本概念 ???SSIDSSID的全稱是Service Set Identifier，翻譯成中文就是服務(wù)集標(biāo)識(shí)。這個(gè)概念看似高大上，其實(shí)就是Wi-Fi信號(hào)的名稱。無(wú)論在哪里，只要用電腦或者手機(jī)一搜，必然能看到一連串的Wi-Fi SSID以及它們的信號(hào)強(qiáng)度。這些Wi-Fi信號(hào)可以是加密的，也可以是不加密的。電腦搜到的SSID列表這就是SSID的核心功能：將一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證，防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)，一般的家庭組網(wǎng)都會(huì)設(shè)置密碼。SSID名稱示意一般的雙頻路由器都可以把2.4GHz和5Hz這兩個(gè)頻段分為兩個(gè)SSID，但這可能會(huì)造成困惑，經(jīng)常出現(xiàn)連接2.4GHz頻段的SSID，難以切換到5GHz的情況。因此很多路由器也支持雙頻合一，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置信號(hào)切換門(mén)限，用戶無(wú)感知。? ???網(wǎng)段局域網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)手機(jī)或者電腦都有一個(gè)IP（Internet Protocol，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）地址用于相互通信，我們常見(jiàn)的格式（IPv4）由32位0或者1組成。32位二進(jìn)制IP地址的格式大體如下：11000000101010000000000000000001，可是這看起來(lái)一點(diǎn)都不直觀。于是我們把它分為四段：11000000.10101000.00000000.00000001，這還是不夠直觀。于是我們把它轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：192.168.0.1，這下終于看著順眼多了。為了方便管理，我們把IP地址分為兩部分，網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)地址。網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)識(shí)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，也稱為網(wǎng)段，主機(jī)地址用來(lái)標(biāo)識(shí)該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的每一臺(tái)設(shè)備。IP地址示意如上圖所示，該地址前三段的“192.168.0”為網(wǎng)絡(luò)前綴，最后一段的“123”為主機(jī)地址。最后的主機(jī)地址中8位二進(jìn)制數(shù)字的范圍是0~255，0和255作為特殊用途，實(shí)際可用的范圍是1~254。子網(wǎng)掩碼用一連串的1來(lái)表示IP地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)前綴。在上圖的例子中，IP地址的前三段24位都是網(wǎng)絡(luò)前綴，掩碼標(biāo)記為11111111111111111111111100000000（不用數(shù)，24個(gè)1），同樣分為4段再轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制，就是255.255.255.0，也可以附在IP地址的后面，寫(xiě)作192.168.0.123/24。IP地址和子網(wǎng)掩碼設(shè)置示意同一網(wǎng)段內(nèi)部的設(shè)備可以相互通信，不同處于網(wǎng)段的設(shè)備，需要通過(guò)路由器的路由功能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)才能互通。家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不多，在組網(wǎng)時(shí)建議盡量讓所有設(shè)備處于同一網(wǎng)段下，方便相互訪問(wèn)。’ alt=圖片 class=”rich_pages wxw-img” data-ratio=0.4578111946532999 data-s=”300,640″ data-type=png data-w=1197 data-src=”https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/hiblEpPKcbfMKibEqX2hVTo6YaCJ9ibrBwWdoIygZFefhg0cWAg1XdkXTyiaXBic0ZqORucqcAtZlaw53qrfpxiaoSVg/640?wx_fmt=png” data-fileid=502462531 _width=390px wah-hotarea=click crossorigin=anonymous data-fail=0 v:shapes=”_x0000_i1062″> 網(wǎng)段間通信示意上圖僅用網(wǎng)線連接的PC電腦來(lái)作為示例，實(shí)際上每個(gè)網(wǎng)段都可以通過(guò)有線或者無(wú)線方式來(lái)接入，設(shè)備也不限于電腦，手機(jī)，音箱，攝像頭，門(mén)鈴等可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備都是可以的。4.2.?? 路由器的工作模式和組網(wǎng)無(wú)線路由器的工作模式眾多，大體可分為路由模式和AP模式。AP模式又可以細(xì)分為AP模式（套娃），中繼模式，橋接模式及客戶端模式。基于這些基本的工作模式，多個(gè)路由器之間可以形成AP+AC，以及Mesh這兩種組網(wǎng)方式，達(dá)到無(wú)縫覆蓋，自動(dòng)漫游的效果。
   路由器的工作模式和組網(wǎng)示意
   4.2.1? 路由模式絕大多數(shù)無(wú)線路由器都工作在這種模式之下，同時(shí)使用了路由器的無(wú)線接入功能和路由功能。最常見(jiàn)的用法是，路由器WAN口連接入戶光貓，并設(shè)置PPPoE撥號(hào)上網(wǎng)并提供各種路由及安全防護(hù)功能。為了熊孩子的未來(lái)，上面還可以配置多種上網(wǎng)管控策略，如IP地址，網(wǎng)址，應(yīng)用訪問(wèn)的限制等。對(duì)應(yīng)地，路由器的無(wú)線接入功能則負(fù)責(zé)發(fā)射Wi-Fi信號(hào)組成無(wú)線局域網(wǎng)WLAN，進(jìn)行全屋無(wú)線信號(hào)覆蓋。接入WLAN和連接有線LAN口的多個(gè)設(shè)備位于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，擁有相同的網(wǎng)段，可以直接進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)通信。路由模式示意此外，還可以把路由器用WAN口和上級(jí)路由器的LAN口連接起來(lái)，形成二級(jí)路由，就可以配置兩個(gè)網(wǎng)段的內(nèi)網(wǎng)，以及兩個(gè)不同的Wi-Fi名稱（配成一樣的也行）。這種組網(wǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)路由器之間的無(wú)縫漫游，一個(gè)Wi-Fi信號(hào)減弱并切換到另一個(gè)過(guò)程伴隨IP地址的變化，網(wǎng)絡(luò)中斷感覺(jué)明顯。4.2.2? AP模式AP就是指接入點(diǎn)（Access Point）。顧名思義，工作在這種模式下的路由器只有接入功能，并沒(méi)有用到路由功能，因此就不提路由二字了，直接叫做接入點(diǎn)。接入點(diǎn)沒(méi)有路由功能，并不代表路由功能就不存在，只是由另一臺(tái)路由器來(lái)承擔(dān)了而已。也就是說(shuō)，AP模式下的路由器無(wú)法獨(dú)立完成上網(wǎng)重任，需要跟另外一臺(tái)路由器協(xié)作，多用于覆蓋的擴(kuò)展。AP模式有3個(gè)子模式：AP模式（套娃），中繼模式，橋接模式。? ??AP模式啟用AP模式的路由器通過(guò)網(wǎng)線和上級(jí)路由器連接，僅有接入功能作為無(wú)線覆蓋擴(kuò)展（用作主力覆蓋也可以），路由和DHCP等功能由上級(jí)路由器完成。因此接入AP的手機(jī)或者電腦和上級(jí)路由器處于同一網(wǎng)段，可直接互通。AP的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)名稱（SSID）和密碼可以獨(dú)立設(shè)置，跟上級(jí)路由器的相同或者不同都行。如果Wi-Fi名稱的設(shè)置不同，兩個(gè)設(shè)備之間肯定是沒(méi)法無(wú)縫漫游的，只能是一個(gè)信號(hào)太弱斷開(kāi)之后再連另一個(gè)，或者手動(dòng)連接。就算把這些AP設(shè)置為相同的SSID，看似家里只有一個(gè)Wi-Fi信號(hào)，但實(shí)際上AP和主路由的無(wú)線信號(hào)缺乏交互，配置和管理比較麻煩，也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游的。AP模式示意這種組網(wǎng)下的AP功能完善，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要分別配置，相互獨(dú)立工作，因此叫做“胖AP（Fat AP）”。胖AP們虎踞龍盤(pán)，沒(méi)有統(tǒng)一的管理，各自的覆蓋之間也無(wú)法漫游，在家里數(shù)量少了還能湊合用，在商場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)這些超大空間，需要的AP數(shù)量極其龐大，就只能另請(qǐng)高明了。? ??AP+AC組網(wǎng)既然胖AP不好管理，我們可以把它再進(jìn)行拆分，只保留最基本的接入功能，將配置管理功能獨(dú)立出來(lái)，組建為一個(gè)全新的設(shè)備：接入控制器（Access Controller，AC），普遍簡(jiǎn)稱作AC。AP+AC組網(wǎng)示意AC負(fù)責(zé)管理所有的AP，只要在AC上進(jìn)行統(tǒng)一配置，就可以自動(dòng)同步到所有的AP節(jié)點(diǎn)，并且所有AP的工作狀態(tài)都可以在AC上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，維護(hù)起來(lái)也非常方便。這種狀態(tài)的AP只需要好好干活就行，其他啥都不用管，當(dāng)然也就沒(méi)啥花花腸子了，因此叫做“瘦AP（Fit AP）”。更重要的是，通過(guò)讓AP們支持802.11k/v/r協(xié)議，就可以實(shí)現(xiàn)AP間的無(wú)縫漫游了。802.11k：無(wú)線資源測(cè)量協(xié)議，可幫助終端快速搜索附近可作為漫游目標(biāo)的AP。802.11v：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，用來(lái)解決AP之間的負(fù)荷均衡，以及終端節(jié)電等功能。802.11r：快速漫游協(xié)議，用于加速手機(jī)或者電腦在漫游時(shí)的認(rèn)證流程。上述漫游協(xié)議需要路由器和手機(jī)同時(shí)支持才能正常工作。在各廠家的實(shí)際AP產(chǎn)品中，大多支持802.11k/v協(xié)議，對(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠用了。這個(gè)方案簡(jiǎn)直完美啊，還有沒(méi)有改進(jìn)空間呢？我們考慮下，大量的AP要跟AC連接，除了要提前鋪設(shè)大量的網(wǎng)線之外，還要準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)的電源給AP供電，這工作量就大了去了。網(wǎng)線本身也是電線么，AP的功耗一般也不高，網(wǎng)線能不能在傳數(shù)據(jù)的同時(shí)也把供電的活給干了呢？還真可以。這種供電方式有專門(mén)的協(xié)議，叫做PoE（Power over Ethernet，以太網(wǎng)供電），需要交換機(jī)等連接設(shè)備和AP雙方都支持才能正常供電。AP+AC+PoE供電組網(wǎng)示意這樣一來(lái)，我們?cè)贏C的后面再接上一個(gè)PoE交換機(jī)，再把所有等AP換成可以支持PoE的型號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)PoE供電了，省去了多處拉電源線的煩惱，頓時(shí)感覺(jué)網(wǎng)絡(luò)清爽了許多。然而有人可能要說(shuō)了，我家就2個(gè)房間再加1個(gè)客廳，一共3個(gè)AP就夠了，結(jié)果不但要搭上接入主路由器，AC，再來(lái)個(gè)PoE交換機(jī)，不但成本高，連弱電箱都沒(méi)空間放了！確實(shí)如此，AC+AP方案主要用于大面積的商業(yè)場(chǎng)所，再不濟(jì)也是別墅這種多層樓且房間多的情況，對(duì)于普通住宅有些殺雞焉用宰牛刀的意思，確實(shí)不大合適。路由/AC/PoE一體機(jī)+AP組網(wǎng)示意不過(guò)商家也針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了精簡(jiǎn)的方案，把路由器，AC和PoE交換機(jī)合而為一，稱之為“路由/AC/PoE一體機(jī)”，跟普通的家用交換機(jī)大小仿佛，成本也大幅降低。與此同時(shí)，上述方案也將AP也集成在傳統(tǒng)的86型網(wǎng)線插座面板內(nèi)，完全隱藏于無(wú)形，卻達(dá)成了Wi-Fi無(wú)縫覆蓋，信號(hào)強(qiáng)勁的最佳狀態(tài)。面板式AP組網(wǎng)示意圖AC+AP的優(yōu)點(diǎn)顯著，但也有缺點(diǎn)。那就是所有的AP都需要使用網(wǎng)線和AC連接，這就要求在裝修時(shí)就考慮好Wi-Fi組網(wǎng)，并布好網(wǎng)線。如果沒(méi)有網(wǎng)線可達(dá)，就必須考慮其他方案了。4.2.3? 中繼模式
   跟AP模式不同，在中繼模式下的路由器和上級(jí)路由器之間并沒(méi)有網(wǎng)線連接，只是單純地接收上級(jí)路由器的無(wú)線信號(hào)，進(jìn)行放大后再發(fā)出去，不做任何處理。中繼模式組網(wǎng)示意因此中繼模式下AP信號(hào)的Wi-Fi名稱和密碼都跟上級(jí)路由是一樣的，所有的設(shè)備也都位于同一網(wǎng)段。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，接入中繼AP和主路由的效果是完全一樣的，中繼AP僅相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)展覆蓋的管道，一切的處理都由主路由進(jìn)行。4.2.4? 橋接模式橋接模式和中繼模式比較類似，也是在沒(méi)有網(wǎng)線的情況下，通過(guò)無(wú)線來(lái)連接兩個(gè)路由器。兩者的差異在于：中繼模式工作于物理層，不能做任何設(shè)置，而橋接模式則工作于數(shù)據(jù)鏈路層，可以配置獨(dú)立的SSID。橋接模式組網(wǎng)示意雖說(shuō)SSID可以不同（也可以配成相同的），但處于橋接模式下的路由器和主路由器的網(wǎng)段是相同的，設(shè)備連接之后可以互相訪問(wèn)。工作中繼或者橋接模式的路由器，必須在主路由的覆蓋范圍內(nèi)才能放大信號(hào)來(lái)進(jìn)行上網(wǎng)。如果在主路由的信號(hào)很差的位置，放大之后雖然手機(jī)看到的Wi-Fi信號(hào)是滿格的，但是網(wǎng)速依然很慢甚至可能很不穩(wěn)定。并且，主路由是不知道下級(jí)中繼或者橋接節(jié)點(diǎn)的存在的，它們之間也不存在管理和交互的關(guān)系，沒(méi)法進(jìn)行漫游，只能等待信號(hào)過(guò)差斷開(kāi)之后手機(jī)再重新連接另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。有沒(méi)有方法能綜合AC+AP這樣的有線組網(wǎng)，以及中繼或者橋接這樣的無(wú)線組網(wǎng)，并能智能管理這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化配置，無(wú)縫漫游的效果呢？這就要用到Mesh組網(wǎng)技術(shù)了。4.3? Mesh組網(wǎng)Mesh又叫多跳網(wǎng)絡(luò)，由多個(gè)地位相同的節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線或者無(wú)線的方式相互連接，組成多條路徑，最終連接到跟互聯(lián)網(wǎng)相連網(wǎng)關(guān)。這樣的網(wǎng)絡(luò)存在一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和配置數(shù)據(jù)下發(fā)。
   下圖是一個(gè)實(shí)際組網(wǎng)的案例，由主路由作為網(wǎng)關(guān)和控制節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)通過(guò)有線或者無(wú)線連到主路由，或者通過(guò)無(wú)線來(lái)相互連接。這樣一來(lái)，弱覆蓋的區(qū)域不論有沒(méi)有網(wǎng)線，網(wǎng)絡(luò)都可以靈活地按需擴(kuò)展。Mesh組網(wǎng)示意路由器之間的有線連接叫做“有線回程”，對(duì)應(yīng)地，無(wú)線連接就叫做“無(wú)線回程”。Mesh組網(wǎng)非常適合于家庭Wi-Fi覆蓋使用。想象一下這樣的場(chǎng)景：第一步：小明買(mǎi)了套房子，起初只有小兩口住，于是就先買(mǎi)了個(gè)路由器放在客廳，離得近的主臥也覆蓋良好，夫妻倆覺(jué)得這就夠用了。第二步：小孩出生后，老媽和丈母娘也來(lái)幫忙照顧，但其他房間的Wi-Fi信號(hào)不佳，直接再買(mǎi)個(gè)路由器，通過(guò)有線的方式Mesh組網(wǎng)，無(wú)縫漫游效果好。第三步：大家一致反映衛(wèi)生間上網(wǎng)困難，那就再買(mǎi)個(gè)路由器掛墻上，通過(guò)無(wú)線的方式和前兩個(gè)Mesh組網(wǎng)，這下大家都很滿意，就是如廁的時(shí)間變長(zhǎng)了。雖說(shuō)這些路由器的型號(hào)不同，但只要都支持Mesh組網(wǎng)就可以配合使用，不像AC+AP那樣還要搭上個(gè)AC和PoE交換機(jī)，還有網(wǎng)線的限制。最主要的是，普通的家用路由器已經(jīng)普遍支持了最新的Wi-Fi協(xié)議，價(jià)格還低。目前各個(gè)廠家對(duì)于Mesh組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)各不相同，起的名字自然也不同。一般情況下，不同廠家的路由器之間是不能組Mesh的，這可能會(huì)限制路由器的購(gòu)買(mǎi)選擇。為了解決不同廠家的路由器的互聯(lián)互通問(wèn)題，Wi-Fi聯(lián)盟推出了EasyMesh技術(shù)，可以讓不同廠家的路由器之間也支持Mesh組網(wǎng)。Wi-Fi聯(lián)盟的EasyMesh組網(wǎng)但是廠家都各有自己的算盤(pán)，本來(lái)用互不兼容的Mesh技術(shù)就可以圈住用戶了，支持了這EasyMesh讓用戶選別家的產(chǎn)品，這明顯對(duì)自己不利啊。因此EasyMesh目前的支持率并不高。為了更好地支持Mesh組網(wǎng)，讓用戶獲得更高的網(wǎng)速，廠家就專門(mén)拿出一個(gè)5GHz頻段來(lái)做路由器之間的無(wú)線回程，這樣路由器就需要同時(shí)支持一個(gè)2.4GHz和兩個(gè)5GHz頻段，因此叫做“三頻路由器”。三頻Mesh路由器示意
   網(wǎng)上經(jīng)常有家用組網(wǎng)到底Mesh和AC+AP哪個(gè)方案好的疑問(wèn)，在此給出蜉蝣君的一些看法。首先，無(wú)論是Mesh組網(wǎng)還是AC+AP，都可以達(dá)到全屋覆蓋和無(wú)線漫游的效果。Mesh組網(wǎng)在全部使用有線回程的情況下，基本上等同于AC+AP。Mesh組網(wǎng)更為靈活，可用無(wú)線回程，也可用有線回程，還可以混合使用，而AC+AP則只能使用有線連接，需要提前規(guī)劃布線。另外，AC+AP方案中的AC可以置于弱電箱，AP使用面板式也不占空間，所有設(shè)備沒(méi)有任何的網(wǎng)線和電源線外露，非常清爽美觀。而Mesh方案則需拖著拉網(wǎng)線和電源線，美觀性上要差得多。最后，AC+AP需要購(gòu)置至少一臺(tái)路由/AC/PoE一體機(jī)和兩臺(tái)AP才有意義，如果要支持千兆網(wǎng)口和Wi-Fi6，這些設(shè)備都不便宜；而Mesh組網(wǎng)則親民多了，兩臺(tái)路由的價(jià)格遠(yuǎn)低于AC+AP。在選擇組網(wǎng)方案時(shí)，可以根據(jù)上述兩方案的特點(diǎn)綜合考慮。

5. 無(wú)線路由器的其他功能簡(jiǎn)介

對(duì)于無(wú)線路由器而言，除了前面幾期說(shuō)到的無(wú)線接入功能之外，路由功能也非常關(guān)鍵，它解決的是你怎么上網(wǎng)的問(wèn)題。? ???上網(wǎng)撥號(hào)?一般情況下，你在辦理家庭寬帶時(shí)，運(yùn)營(yíng)商會(huì)為你分配一個(gè)賬戶，具體表現(xiàn)就是一個(gè)用戶名和密碼，這就是你接入互聯(lián)網(wǎng)的通行證。路由器上的WAN口用于連接光貓，之后就可以在WAN口配置里，選擇上網(wǎng)接入方式。絕大多數(shù)情況下，需要選擇PPPoE撥號(hào)，再輸入用戶名和密碼之后，運(yùn)營(yíng)商會(huì)給你分配一個(gè)IP地址，路由器就成功聯(lián)網(wǎng)了。Wi-Fi撥號(hào)上網(wǎng)示意圖
WAN口的聯(lián)網(wǎng)方式還有動(dòng)態(tài)IP和靜態(tài)IP這兩種方式，不過(guò)國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商基本上是不用的。如果家里有兩個(gè)以上的路由器組成多級(jí)路由的話，就需要設(shè)置上述兩種方式。?????NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）運(yùn)營(yíng)商分配只會(huì)給你分配一個(gè)公網(wǎng)IP地址，理論上只允許一個(gè)設(shè)備上網(wǎng)。但現(xiàn)在家家都有多部手機(jī)，多臺(tái)電腦，以及各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)，這可怎么辦？我們知道，路由器的LAN口及WLAN（Wi-Fi）組成了一個(gè)局域網(wǎng)，路由器同樣會(huì)給接入的每一個(gè)設(shè)備分配一個(gè)不同的IP地址。這些IP地址一般以192.168.x.x開(kāi)頭，他們屬于私有地址，只能在局域網(wǎng)內(nèi)部使用。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換示意圖?這些設(shè)備要上網(wǎng)，就必須把私有IP轉(zhuǎn)換成對(duì)外的公有IP才行，這就要用到NAT協(xié)議。NAT可以把多個(gè)私有地址轉(zhuǎn)換為公有地址，這樣一來(lái)多個(gè)設(shè)備就可以共享同一個(gè)公有IP來(lái)上網(wǎng)了。? ???安全管理路由器作為家庭網(wǎng)關(guān)，防火墻的功能一般都是必備的，可抵抗網(wǎng)絡(luò)攻擊。防火墻最常見(jiàn)的功能是DoS（Denial of Service）攻擊保護(hù)。DoS攻擊，俗稱拒絕服務(wù)攻擊，通過(guò)發(fā)送大量的無(wú)用請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，從而耗盡路由器的CPU和內(nèi)存等資源，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行正常的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)攻擊除了防火墻之外，安全管理還有很多實(shí)用的功能。很多人想限制孩子上某些網(wǎng)站，限制使用某些APP，或者限制上網(wǎng)時(shí)間段，都可以通過(guò)防火墻功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。IP地址過(guò)濾：限制接入路由器的用戶訪問(wèn)某些IP地址，或者限制局域網(wǎng)內(nèi)的某個(gè)IP地址訪問(wèn)外網(wǎng)。MAC地址過(guò)濾：根據(jù)MAC地址來(lái)限制局域網(wǎng)內(nèi)的某個(gè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。MAC地址一般是固定不變的，結(jié)合時(shí)間段的配置，該功能可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的設(shè)備管理。網(wǎng)址/域名過(guò)濾：限制聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)某些網(wǎng)址，或者域名的訪問(wèn)。如果家里有小孩，可有效管理小孩對(duì)某些網(wǎng)站的瀏覽。應(yīng)用程序過(guò)濾：限制某些應(yīng)用程序的聯(lián)網(wǎng)，可以精細(xì)設(shè)置使能時(shí)間段。比如，可以根據(jù)需要設(shè)置周內(nèi)禁止玩游戲，周末可限時(shí)玩等規(guī)則。? ???其他功能QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)：對(duì)某設(shè)備進(jìn)行限速控制，也可以針對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級(jí)控制，比如：游戲優(yōu)先，網(wǎng)頁(yè)優(yōu)先，視頻優(yōu)先等智能控制。DDNS（Dynamic DNS，動(dòng)態(tài)域名服務(wù)）：可以用來(lái)在自己的或家里架設(shè)WEB\MAIL\FTP等服務(wù)器，借助路由器DDNS綁定域名，可以將我們電腦作為服務(wù)器功能來(lái)使用，供外部用戶訪問(wèn)。遠(yuǎn)程下載：可以設(shè)置下載地址，并自動(dòng)從指定的服務(wù)器地址下載文件到路由器的存儲(chǔ)空間（通過(guò)USB接口外接移動(dòng)硬盤(pán)）內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)資源共享。路由器除了撥號(hào)上網(wǎng)和NAT之外的其他功能，雖然我們一般情況下用得不多，但對(duì)此有個(gè)大概了解，說(shuō)不定哪天就用到了。你說(shuō)呢？

6. 無(wú)線路由器的硬件簡(jiǎn)介

到路由器的硬件，很多人可能會(huì)說(shuō)，我就是要買(mǎi)個(gè)路由器而已，又不是造個(gè)路由器，知道這么多細(xì)節(jié)又能做啥？
這種想法，其實(shí)……也對(duì)。路由器其實(shí)跟我們常用的電腦或者手機(jī)類似，內(nèi)部也包含了CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)等等對(duì)應(yīng)的配置，這些硬件能力越強(qiáng)，想必路由器的性能也就越強(qiáng)悍。但當(dāng)你在購(gòu)物網(wǎng)站打開(kāi)某款路由器的介紹時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)廠家的各種牛逼閃閃的亮點(diǎn)宣傳，其實(shí)都是顧左右而言它，就是不想告訴你這玩意兒內(nèi)部到底配了啥。反正絕大多數(shù)人對(duì)此也沒(méi)有太多要求。如果優(yōu)秀的你想要詳細(xì)了解一款路由器的肚子里到底有多少貨，做工到底扎不扎實(shí)，就只能去看拆機(jī)視頻了。到了這一步，事先了解下路由器的硬件組成和作用就是有必要的了。好，那我們這就開(kāi)始。? ???CPU說(shuō)是CPU，其實(shí)叫做SoC（System On Chip，片上系統(tǒng)）更為精確，因?yàn)橐话愕奶幚硇酒技闪薈PU和很多其他的重要功能，形成了一個(gè)片上系統(tǒng)。無(wú)論是中端還是高端路由器，CPU都是當(dāng)仁不讓的計(jì)算核心，所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)都會(huì)經(jīng)過(guò)CPU。因此CPU決定了路由器的負(fù)載能力，能夠承受多少的數(shù)據(jù)吞吐量，其性能、功耗、散熱措施等都是非常重要的。在低端家用路由器中，CPU負(fù)責(zé)路由表查詢和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。在中高端家用路由器中，CPU主要負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)和其他附加功能的運(yùn)行，包轉(zhuǎn)發(fā)和路由表查詢則主要由ASIC芯片完成。目前常見(jiàn)的家用無(wú)線路由器CPU廠商主要是這么幾個(gè)：博通（Broadcom），高通（Qualcomm），MTK（聯(lián)發(fā)科），瑞昱（Realtek）。對(duì)于動(dòng)手能力強(qiáng)，想要刷新第三方固件的用戶來(lái)說(shuō)，就需要考慮CPU的品牌和型號(hào)了，我們通常認(rèn)為博通>高通>其它。此外集成了CPU的SoC芯片還決定了對(duì)外網(wǎng)口接口的數(shù)量，USB接口類型等等。當(dāng)然，有些路由器使用外置接口的擴(kuò)展，而不使用SoC集成的配置。? ???內(nèi)存（RAM）這里的內(nèi)存（RAM）和我們通常所說(shuō)的電腦內(nèi)存的含義相同，在手機(jī)上也叫做運(yùn)存。無(wú)線路由器中的內(nèi)存主要用來(lái)儲(chǔ)存操作系統(tǒng)指令，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、緩沖報(bào)文等數(shù)據(jù)。通常來(lái)說(shuō)，路由器內(nèi)存越大越好。路由器廠家的軟件算法優(yōu)化地好的話，可以節(jié)省大量?jī)?nèi)存，硬件使用效率更優(yōu)。相對(duì)智能手機(jī)動(dòng)輒6G到8G的內(nèi)存來(lái)說(shuō)，路由器的功能比較少，對(duì)內(nèi)存的需求沒(méi)有那么大。一般來(lái)說(shuō)，千兆路由器使用128M內(nèi)存就夠用了，256M已經(jīng)屬于高配大內(nèi)存了。? ???閃存（Flash）閃存相當(dāng)于路由器的硬盤(pán)，用來(lái)存儲(chǔ)路由器的固件，也就是操作系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，容量16M或者32M就夠用了，附加功能或者魔改較多的路由器可能要128M乃至256M，如果不太想刷固件折騰的話不用特別關(guān)注。?????無(wú)線管理芯片顧名思義，無(wú)線管理芯片是用來(lái)支撐路由器的無(wú)線功能的。也就是說(shuō)，路由器支持Wi-Fi 5還是Wi-Fi 6，幾個(gè)發(fā)射天線，MIMO功能到底如何，都是由無(wú)線管理芯片決定。該芯片可以獨(dú)立部署，也可以集成在SoC芯片中。? ???功放芯片功放芯片也就是射頻前端模塊（FEM），由功率放大器（PA）、濾波器、雙工器、射頻開(kāi)關(guān)、低噪聲放大器（LNA）、接收機(jī)和發(fā)射機(jī)等子模塊組成，也都封裝在射頻芯片中。射頻前端是無(wú)線信號(hào)處理距離天線最近的一步，其性能直接和Wi-Fi信號(hào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性相關(guān)。無(wú)線管理芯片一般都集成了內(nèi)置的射頻前端，但廠家也可以棄之不用，而使用性能更強(qiáng)的外置獨(dú)立射頻前端。一般認(rèn)為，每根天線都擁有獨(dú)立的射頻前端時(shí)路由器才能達(dá)到最佳的無(wú)線性能，因此有很多路由器以此作為賣(mài)點(diǎn)宣傳。? ???網(wǎng)絡(luò)端口網(wǎng)口是路由器上所必備的，分為連接光貓或者上級(jí)路由器的WAN口和具有內(nèi)部交換功能的LAN口。絕大多數(shù)的家用無(wú)線路由器都具備一個(gè)WAN口和四個(gè)LAN口，組網(wǎng)一般都是夠用的。考慮到目前無(wú)線組網(wǎng)已成為絕對(duì)的主流，很多路由器已經(jīng)把LAN口減配為一個(gè)或者兩個(gè)，甚至不再?gòu)挠布蠀^(qū)分WAN口和LAN口，而靠軟件去自適應(yīng)識(shí)別。在Wi-Fi6和超過(guò)100M以上的寬帶已普及的時(shí)代，網(wǎng)口速率至少需要選擇千兆的。當(dāng)心不要被配備百兆網(wǎng)口的千兆路由器欺騙，這類路由器的價(jià)格一般非常低，購(gòu)買(mǎi)的時(shí)候需要注意。隨著光纖入室（FTTR）技術(shù)的發(fā)展，家庭全光組網(wǎng)方案也已上市。光纖這種介質(zhì)能提供幾乎不受限的傳輸容量，有超高帶寬需求或者考慮未來(lái)帶寬升級(jí)的同學(xué)可以考慮。? ???路由器架構(gòu)及實(shí)物拆解蜉蝣君找到了一張TP-Link某款路由器的架構(gòu)圖，我們可以一起來(lái)簡(jiǎn)單看看這款產(chǎn)品（非廣告，這玩意普聯(lián)也不在國(guó)內(nèi)賣(mài)）的里面到底配了些啥。TP-Link路由器首先，最中間的是高通的SoC芯片，內(nèi)部集成了主頻為700MHz的CPU，以及2.4GHz頻段的無(wú)線管理模塊，可支持802.11g（Wi-Fi 3），并連接到了3路外置的射頻前端模塊，也就是說(shuō)2.4GHz支持3根天線。
路由器設(shè)計(jì)架構(gòu)圖從SoC的PCIe總線延伸出去，可以看到另一塊支持5GHz頻段的無(wú)線管理芯片，可支持802.11ac（Wi-Fi 5），也連接到了3路外置的射頻前端模塊，也就是說(shuō)5GHz也支持3根天線。
由此可以得出，這是一款支持Wi-Fi 5的雙頻路由器，兩個(gè)頻段共配置有6根天線，分別都可以支持3x3MIMO，用料還是不錯(cuò)的。可是，路由器的外部?jī)H僅赫然挺立著3根天線，剩余的3根去了哪里？其實(shí)是集成在路由器內(nèi)部的，人家就是這么低調(diào)。路由器實(shí)物拆解由此可見(jiàn)，靠外置天線數(shù)量來(lái)推測(cè)路由器的能力是很不靠譜的，不迷信八爪魚(yú)看似牛逼的外表，具體性能如何還是要看參數(shù)，拆硬件。
好了，關(guān)于無(wú)線路由器及Wi-Fi的介紹就到這里，希望對(duì)大家有所幫助。歡迎點(diǎn)贊，收藏，轉(zhuǎn)發(fā)。

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任何一項(xiàng)新生的通信技術(shù)，從誕生到成熟，都要經(jīng)歷制定標(biāo)準(zhǔn)、研制試用、商用推廣幾個(gè)階段。從5G問(wèn)世以來(lái)，伴隨著5G的另一個(gè)熱詞——5G超級(jí)上行也成了大家的關(guān)注焦點(diǎn)。經(jīng)歷了三年多時(shí)間，5G超級(jí)上行的規(guī)模商用終于來(lái)了。

據(jù)華為消息，業(yè)界首次5G超級(jí)上行“跨站”靈活配對(duì)技術(shù)，在近日終于實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)商用。廣州聯(lián)通聯(lián)合華為一起，累積將近3000個(gè)站點(diǎn)開(kāi)通了5G超級(jí)上行，這樣一來(lái)，5G超級(jí)上行的生效用戶比起傳統(tǒng)方式又增加了一倍。

那么，什么是5G上行呢？

想理解這個(gè)問(wèn)題，必須先明白什么是上行。大家都知道，從2G到4G，我們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求，更多的是從網(wǎng)站下載內(nèi)容，這就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)下行的需求。但是從2019年末，受一些原因影響，大家長(zhǎng)時(shí)間居家，網(wǎng)絡(luò)成了聯(lián)絡(luò)人際關(guān)系的主要途徑，在線網(wǎng)課、線上會(huì)議、高清直播都成了人們的迫切需求，而這些都需要能夠?qū)崟r(shí)上傳高清視頻。有數(shù)據(jù)顯示，在那段時(shí)間里，全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)了40%的上行流量。

如果說(shuō)，這是上行流量需求剛剛嶄露頭角，那接下來(lái)的一段時(shí)間里，沉浸式視頻、交互式視頻的流行，把人們對(duì)上行流量的需求推到了一個(gè)新的高峰。這也是上行流量第一次在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)核心位置。

然而，5G比2G、3G、4G的頻段更高，小區(qū)覆蓋范圍更小。不過(guò)，網(wǎng)絡(luò)下行可以通過(guò)增加基站的發(fā)射功率，或者采用波束賦形的技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)；但是網(wǎng)絡(luò)上行就沒(méi)那么簡(jiǎn)單了，手機(jī)發(fā)射的功率和天線的數(shù)量都成了制約上行的絆腳石。舉個(gè)例子，基站就好比是個(gè)大喇叭在廣播，而手機(jī)好比我們?nèi)税l(fā)聲，一旦手機(jī)和基站離得太遠(yuǎn)，就算人喊破喉嚨，基站也很難聽(tīng)見(jiàn)。

所以，5G超級(jí)上行順勢(shì)而生。回到剛開(kāi)始的問(wèn)題，什么是5G超級(jí)上行？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，5G的雙工模式有兩種：一種是上行和下行綁定在同一個(gè)頻段上，我們把這種模式稱作是FDD，也叫雙頻分工，這種模式下，上行下行分別在獨(dú)立的信道上傳輸，就像我們的雙向車(chē)道，兩個(gè)方向來(lái)車(chē)各跑各的，互不干擾。還有一種是上行和下行在同一個(gè)頻率信道上傳輸信號(hào)，只不過(guò)兩者傳送信號(hào)的時(shí)間不同，這種模式我們稱作是TDD模式。這種模式下，上行和下行就像潮汐車(chē)道，大家分時(shí)間跑。

而5G超級(jí)上行，就是TDD和PDD協(xié)同的情況下，低頻高頻互補(bǔ)，充分發(fā)揮3.5G大帶寬能力，不僅能夠提高上行的帶寬，還能提升上行的覆蓋范圍。5G超級(jí)上行“跨站”靈活配對(duì)技術(shù)，能夠讓TDD小區(qū)和FDD小區(qū)的超級(jí)上行配對(duì)最優(yōu)化，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是提高了5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋和用戶體驗(yàn)感，讓上行用戶的視頻體驗(yàn)達(dá)到1080p和4K水平。

以上就是關(guān)于華為5G在業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)“跨站”規(guī)模商用的相關(guān)內(nèi)容。對(duì)于華為5G超級(jí)上行，大家有什么想說(shuō)的？歡迎在評(píng)論區(qū)留言交流。我是柏柏說(shuō)科技，資深半導(dǎo)體科技愛(ài)好者。關(guān)注我，帶你了解更多最新的半導(dǎo)體資訊，學(xué)習(xí)更多有用的半導(dǎo)體知識(shí)。

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在航空器、導(dǎo)彈等高速飛行器上，全球定位系統(tǒng)GPS是不可或缺的組件，它廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、測(cè)繪、監(jiān)測(cè)、授時(shí)、通信等多種領(lǐng)域。而在GPS系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中,天線成為必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。這些飛行器要求天線既不影響其空氣動(dòng)力性能，又不破壞其機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。所以，具有低剖面、易集成等突出性能優(yōu)點(diǎn)的共形天線陣在飛行器上得到廣泛應(yīng)用。

目前，對(duì)于錐面共形天線陣的研究報(bào)道非常多。提出了一種錐面共形天線陣的分析方法，研究了一種毫米波段錐面共形天線陣。對(duì)于上述錐面共形天線陣，工作頻率較高，尺寸上基本不受限制，相鄰單元的弧面間距大于或者接近天線工作頻率的半波長(zhǎng)。但是在天線尺寸受限的情況下，相鄰單元的弧面間距如果小于半波長(zhǎng)，單元間的耦合加劇，天線陣的電壓駐波比就會(huì)急劇惡化，輻射特性也會(huì)有劇烈的起伏，極不穩(wěn)定。所以在GPS頻段，天線尺寸受到共形體錐面表面積的限制，天線的小型化成為設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題。眾所周之，GPS天線是右旋圓極化天線，但是考慮到小型化的要求，為了滿足輻射特性，采用線極化天線可以減小3dB的損耗。所以本文設(shè)計(jì)出了一種采用線極化方式的小型化GPS錐面共形天線陣，在減小天線尺寸的同時(shí)提高了天線的性能。

2 ?設(shè)計(jì)要求

天線要求共形安裝在如圖1所示的錐臺(tái)上，錐臺(tái)上底面圓周長(zhǎng)約為0.26λ0（λ0為天線中心頻率的波長(zhǎng)），下底面圓周長(zhǎng)約為0.67λ0，錐臺(tái)母線長(zhǎng)H約為0.24λ0，工作頻率為f0=1.575GHz，天線輻射的H面方向圖要求全向。

經(jīng)分析，由于天線安裝面面積極小，天線陣只能采用2單元微帶共形結(jié)構(gòu)，陣元弧面間距僅為0.25λ0，遠(yuǎn)小于天線工作頻率的半波長(zhǎng)，陣元間耦合強(qiáng)烈，并且天線要求水平全向輻射，這使得天線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小型化，保證中心頻率并穩(wěn)定天線輻射性能成為首要設(shè)計(jì)要求。

圖1 ?天線安裝錐臺(tái)示意圖

3 ?理論分析與設(shè)計(jì)

本文先利用一般微帶天線的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)天線單元，并對(duì)饋電方式進(jìn)行改進(jìn)，利用Ansoft HFSS軟件對(duì)天線單元進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大降低了天線陣的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

3.1 ?天線單元的分析與設(shè)計(jì)

在天線的設(shè)計(jì)中考慮到安裝平臺(tái)的尺寸限制，本文采用er=10.2的高介電常數(shù)柔性介質(zhì)基片，介質(zhì)厚度為h=0.6mm，矩形微帶天線的尺寸公式為[5]：

（1）

（2）

式中f0為天線工作的中心頻率，c為光速(3×108m/s) 。而al為微帶傳輸線的等效伸長(zhǎng)量，可由下式求得:

（3）

er為介質(zhì)基片的有效介電常數(shù)，由邊緣效應(yīng)決定，可由下式求得:

（4）

圖2 ?天線單元結(jié)構(gòu)示意圖 考慮到天線需要共形在錐面上，饋線如果太細(xì)，那么在實(shí)際加工及調(diào)試過(guò)程中就會(huì)比較容易被折斷，所以考慮到這些問(wèn)題，根據(jù)微帶線特性阻抗設(shè)計(jì)公式計(jì)算，在er=10.2，基片厚度為0.6mm的情況下，輸入阻抗為50Ω的饋線寬度為0.6mm;輸入阻抗為20Ω的饋線寬度為2.5mm。顯然在20Ω時(shí)的饋線就比較不容易被折斷，所以本文設(shè)計(jì)單元的輸入阻抗為20Ω。

通過(guò)在天線單元邊緣開(kāi)槽使微帶饋線深入單元內(nèi)部的方法，能夠很好的調(diào)節(jié)單元的阻抗特性，實(shí)現(xiàn)天線單元的匹配，并能有效降低單元的尺寸。 天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中Wf為單元饋線的寬度，Ws為槽寬度，Ls為槽深。

3.2 ?饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

微帶天線陣的饋電方式主要包括串饋、并饋、反射陣面饋電等，并聯(lián)饋電方式中的T型結(jié)功分器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占據(jù)空間小、容易實(shí)現(xiàn)寬頻帶等突出優(yōu)點(diǎn)[6]，因此，設(shè)計(jì)中采用由T型結(jié)功分器構(gòu)成的并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，使用等幅同相饋電方式。天線單元的輸入阻抗為20Ω，陣列總端口的輸入阻抗為50Ω，所以首先要利用λ/4阻抗變換線，使20Ω與100Ω阻抗相匹配，通過(guò)計(jì)算得出λ/4阻抗變換傳輸線的特性阻抗約等于45Ω，寬度為0.7mm。

通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)的有效彎折和總體合理布局可大大減小天線陣的大小，圖3給出了天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖3 ?天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)示意圖

4 ?天線陣實(shí)測(cè)結(jié)果

本文根據(jù)天線的設(shè)計(jì)和仿真，研制出小型化GPS錐面共形天線陣的試驗(yàn)樣機(jī)，并用金屬椎體模擬了真實(shí)彈頭，對(duì)研制的天線進(jìn)行了電特性測(cè)量[7]。圖4所示的是天線陣樣機(jī)平面圖。

圖4 ?天線陣樣機(jī)平面圖

在微波暗室、遠(yuǎn)區(qū)條件下，用自制的天線遠(yuǎn)場(chǎng)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在f0=1.575GHz時(shí)對(duì)該天線的E面和H面方向圖進(jìn)行了實(shí)測(cè)，如圖5所示。

a 天線陣的E面方向圖

b 天線陣的H面方向圖

圖5 ?天線的實(shí)測(cè)方向圖

從圖5a和5b中可以看出，天線陣的E面方向圖近似為偏向于共形體底部的一個(gè)“8”字形，H面方向圖近似全向，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

圖6 ?天線陣實(shí)測(cè)駐波曲線

圖6所示的是使用HP8753D矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)天線進(jìn)行駐波系數(shù)(VSWR)測(cè)量的結(jié)果。由圖6可以看出天線陣的駐波系數(shù)小于2的帶寬為9MHz，在工作頻率f0=1.575GHz時(shí)，天線陣駐波系數(shù)為1.1。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

本文研究了小型化GPS錐面共形天線陣，文中通過(guò)調(diào)整單元的輸入阻抗解決了天線饋線由于過(guò)細(xì)易折斷的問(wèn)題，并進(jìn)一步縮小了單元尺寸且在陣元耦合強(qiáng)烈的情況下保證了中心頻率，而且穩(wěn)定了天線的輻射性能，實(shí)現(xiàn)了水平全向輻射的工程要求。我們研制出了共形在彈頭錐體上的小型化GPS共形天線陣實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)測(cè)，其測(cè)量結(jié)果研究成果可應(yīng)用于工程實(shí)際，且具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

皇捷通訊的gsm天線、wifi天線、uhf天線、vhf天線、電視天線、電子連接器生產(chǎn)線引進(jìn)日本、中國(guó)臺(tái)灣高端生產(chǎn)設(shè)備，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定、優(yōu)良的品質(zhì)。公司生產(chǎn)設(shè)備包括注塑成型設(shè)備、五金沖壓設(shè)備、自動(dòng)組裝設(shè)備、模具制造設(shè)備、RF剝線設(shè)備及品質(zhì)檢驗(yàn)設(shè)備等。我們擁有高端的技術(shù)研發(fā)和制造能力，可以根據(jù)客戶需求定制產(chǎn)品，并調(diào)整和提高生產(chǎn)效率。保證穩(wěn)定、精確的交貨期和快速的樣品確認(rèn)。

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這種概念要求基站部署極大規(guī)模的天線陣列，可能包含成百上千的收發(fā)器。此概念稱為大規(guī)模MIMO。的確，大規(guī)模MIMO 脫離了當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)，可能是解決我們所面對(duì)的無(wú)線數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵；然而，在認(rèn)知大規(guī)模MIMO 廣泛部署的效能和/ 或可行性的過(guò)程中，出現(xiàn)了一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，有人會(huì)創(chuàng)建一個(gè)原型，只為確定它是否真正行之有效嗎？畢竟，創(chuàng)建一個(gè)具有上千天線的原型會(huì)帶來(lái)若干工程上的挑戰(zhàn)，另外還有其他不可忽視的問(wèn)題，即成本和時(shí)間。

圖1. 2 天線MIMO 收發(fā)器。

MIMO背景

MIMO 依賴多路來(lái)提高無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路的可靠性以及有效數(shù)據(jù)率，通常使用數(shù)根獨(dú)立天線獲得多個(gè)數(shù)據(jù)流。多路傳播是通信系統(tǒng)面臨的巨大挑戰(zhàn)，實(shí)踐中采用MIMO，運(yùn)用空間- 時(shí)間編碼和/ 或空間分集等多種技術(shù)。4G 移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)LTE-A 規(guī)定MIMO 組態(tài)最多使用8 根天線。IEEE 802.11n/ac 標(biāo)準(zhǔn)以及這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際商業(yè)化均普遍使用MIMO。

基本上，更多天線會(huì)給傳播通道帶來(lái)更高的自由度，從而在數(shù)據(jù)率和/ 或鏈路可靠性方面擁有更高的性能。然而，總體數(shù)據(jù)率仍然受到香農(nóng)理論的限制。在多個(gè)用戶組成的網(wǎng)絡(luò)中，增大總體網(wǎng)絡(luò)吞吐量的一種方法是多用戶MIMO（MU-MIMO），其中，多個(gè)用戶可以同時(shí)訪問(wèn)同一時(shí)頻資源，但是通過(guò)多根天線產(chǎn)生的多“空間維度”實(shí)現(xiàn)隔離。

更多天線，更大容量，更高的可靠性

增大MU-MIMO 的規(guī)模， 稱為大規(guī)模MIMO，可以提供更大的網(wǎng)絡(luò)容量、更高的可靠性，并通過(guò)降低一個(gè)蜂窩或服務(wù)地區(qū)的總發(fā)射功率而提高大規(guī)模MIMO 基站的能量效率。理論上，每根天線的發(fā)射功率能夠低于以相同數(shù)據(jù)率為指定蜂窩或者地區(qū)服務(wù)的單根天線的發(fā)射功率。即，總功率為：

PTotMM ~ PT NT

其中，PTotMM 是每個(gè)地區(qū)的總傳輸功率，PT 是每根天線的功率，NT 是發(fā)射天線的數(shù)目。其中，PTotMM 低于單天線系統(tǒng)的PTot。與單天線系統(tǒng)相比，為了達(dá)到相同的可靠性和/ 或吞吐量，由于大規(guī)模MIMO 基站能夠憑借其更高的自由度而將發(fā)射的能量聚焦于目標(biāo)用戶，所以大規(guī)模MIMO 蜂窩拓補(bǔ)能夠降低分區(qū)地域的總發(fā)射功率。另外，當(dāng)使用多根天線時(shí)，從發(fā)射器至接收器的正確位發(fā)射概率會(huì)增大，因?yàn)殒溌分袛喔怕蕕 1 / SNR NT NR。

其中，SNR 是信噪比，NR 是接收天線的數(shù)目，NT 是發(fā)射天線的數(shù)目。由于此關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)中的天線數(shù)目增加時(shí)，鏈路中斷概率會(huì)降低，從而提高了通信鏈路可靠性。[1]

大規(guī)模MIMO 天線陣列基于這里所述的基本概念，按照理論，數(shù)百倍規(guī)模的天線部署將獲得比當(dāng)前MIMO 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)部署更高的效率。具體來(lái)說(shuō)，憑借數(shù)百根天線，天線孔徑和部署網(wǎng)格均有精細(xì)的多的分辨率。配合波束成形，能夠更加精細(xì)地控制天線波瓣，以降低通道中的能量。

大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)也有其挑戰(zhàn)。一個(gè)挑戰(zhàn)是尋找從接收器到發(fā)射器的通道狀態(tài)信息通信方法，以進(jìn)行預(yù)編碼。鑒于有數(shù)百根天線，通過(guò)導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)推論通道狀態(tài)在實(shí)踐中是不可行的。因此，目前實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模MIMO只能實(shí)際使用依賴于通道互易的時(shí)分雙工（TDD）系統(tǒng)，然而要確定此方法的可行性，還需要進(jìn)行更多研究。另外，一些初步研究提出，系統(tǒng)中的熱噪聲對(duì)于如此之多的天線來(lái)說(shuō)不必過(guò)于關(guān)注，并且干擾器的影響成為更大的問(wèn)題。這些挑戰(zhàn)以及其他挑戰(zhàn)，可以在開(kāi)發(fā)出有效的原型之后使用實(shí)際波形來(lái)進(jìn)行研究。

2. M 用戶N 天線大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)。

圖3. 典型1×1 軟件定義無(wú)線電體系結(jié)構(gòu)。

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的原型制作

制作大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)的原型需要預(yù)先進(jìn)行許多工作，以便仔細(xì)、恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)實(shí)際運(yùn)作系統(tǒng)。大多數(shù)研究人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，甚至制作只有2 天線的最低組態(tài)MIMO 收發(fā)器系統(tǒng)也是極具挑戰(zhàn)性的（參見(jiàn)圖1）。為設(shè)計(jì)大規(guī)模MIMO 原型，首先繪制系統(tǒng)草圖（參見(jiàn)圖2）。在本練習(xí)中，基站處的天線數(shù)目N 為128，從而獲得128×128 MIMO 組態(tài)。組態(tài)假設(shè)M個(gè)移動(dòng)用戶使用SISO 天線。

在設(shè)計(jì)大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)時(shí)，需要考慮許多事項(xiàng)，包括發(fā)射功率、相鄰?fù)ǖ栏蓴_、頻譜罩等RF 系統(tǒng)參數(shù)。然而，大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)需要考慮的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是每根天線的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)吞吐量。從圖中可知，系統(tǒng)最具挑戰(zhàn)性的一個(gè)方面是將所有接收到的樣本聚合到公共處理子系統(tǒng)內(nèi)。與使用SISO 無(wú)線電的簡(jiǎn)單發(fā)射和接收通信不同，大規(guī)模MIMO 要求發(fā)射和接收元件之間擁有高速數(shù)據(jù)吞吐，以及高基帶，并且其數(shù)量級(jí)高于目前部署的系統(tǒng)。

可以選擇在靠近天線處的節(jié)點(diǎn)，以分布方式處理數(shù)據(jù)流，但是為了恢復(fù)從不同用戶處收到的信號(hào)，或者有效地為不同用戶進(jìn)行信號(hào)預(yù)編碼，必須將從各個(gè)天線接收到的數(shù)據(jù)流聚集在一個(gè)公共位置，以獲得最優(yōu)性能。通過(guò)仔細(xì)觀察吞吐量和數(shù)據(jù)要求，我們將系統(tǒng)分成基本元件。這樣，我們就可以在原型的實(shí)際構(gòu)建中量化數(shù)據(jù)率，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成、功率和成本之間取得平衡。

基線系統(tǒng)參數(shù)

典型SISO 無(wú)線電如圖3 所示。在該圖中，RF 信號(hào)下變頻或混合，濾波，放大，然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。發(fā)射過(guò)程的次序則相反。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)包含數(shù)百個(gè)這種基本SISO 元。為了使用現(xiàn)貨供應(yīng)設(shè)備，以降低成本和加快原型開(kāi)發(fā)，假設(shè)每個(gè)同相正交樣本均為16 位。位數(shù)決定了動(dòng)態(tài)范圍，實(shí)際上對(duì)于原型來(lái)說(shuō)過(guò)好了。減少分辨率位數(shù)會(huì)顯著降低數(shù)據(jù)吞吐量，特別是在聚集極多通道的時(shí)候。雖然16 位會(huì)增加數(shù)據(jù)路徑，并最終增加數(shù)據(jù)吞吐量要求——位數(shù)更多會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)路徑加寬和數(shù)據(jù)吞吐量要求增加——然而，現(xiàn)貨供應(yīng)組件和編程體系結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行自定義就能夠輕

松處理16 位樣本。

接下來(lái)考慮采樣率。接收鏈中的每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）均必須以高于尼奎斯特通道帶寬的速率對(duì)下變頻波形進(jìn)行采樣。本例以LTE 作為基線，普通移動(dòng)通信場(chǎng)景，每個(gè)轉(zhuǎn)換器均以30.72 MS/s 的采樣率對(duì)接收到的波形進(jìn)行采樣。實(shí)際上，轉(zhuǎn)換器可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣，以提高分辨率，但是這會(huì)增加信號(hào)處理量，以便將數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)處理模塊可以接受的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)吞吐量使用下述方程得到：（2 個(gè)樣本）（16 位/ 樣本或者2字節(jié)/ 秒）（采樣率）

對(duì)于上例：

（2 個(gè)樣本）（2 字節(jié)/ 秒）（30.72）= 122.88 MB/s對(duì)于上例系統(tǒng)，一個(gè)通道的聚集數(shù)據(jù)吞吐量等于122.88 MB/s。為擴(kuò)大到大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)，可以按照下文所述計(jì)算有效速率：總系統(tǒng)吞吐量（TST）=（吞吐率/ 通道）（天線數(shù)目）TST =（122.88 MB/s）（128）TST = 15.7 GB/s

這樣，如果所有通道均同時(shí)發(fā)射或接收，那么中央處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量將為15.7 GB/s。另外，將所有這些數(shù)據(jù)聚集到中央處理系統(tǒng)中，還要求處理引擎能夠接受此龐大的數(shù)據(jù)量，并且能夠進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)，以便生成通信鏈路。上述簡(jiǎn)要分析揭示了兩個(gè)挑戰(zhàn)。首先，極少（如果有的話）低成本市售技術(shù)能夠滿足這些要求。其次，原型的數(shù)據(jù)量要求開(kāi)發(fā)備選信號(hào)處理鏈分割技術(shù)，包括分布式實(shí)現(xiàn)和并行實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)審查可用的原型制作技術(shù)，我們提出了一種可以用作大規(guī)模MIMO 原型構(gòu)建數(shù)據(jù)框架的高速串行總線的簡(jiǎn)要研究。

表1 概述了目前的一些市售高速總線技術(shù)。當(dāng)然還有其他總線，然而上表提供的是目前常用的許多標(biāo)準(zhǔn)而非專有總線技術(shù)的指南。另外，這些總線技術(shù)已經(jīng)用于許多模塊化體系結(jié)構(gòu)，例如PXIe，基本上基于PCIe 標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該考慮的一個(gè)規(guī)格是潛伏時(shí)間。潛伏時(shí)間是指發(fā)射與接收操作之間的周轉(zhuǎn)時(shí)間。如果原型是用于單向鏈路，那么潛伏時(shí)間不是特別重要。然而，對(duì)于真正的TDD 大規(guī)模MIMO 原型，必須考慮潛伏時(shí)間，因?yàn)橹芷跁r(shí)間比無(wú)線通道的相干時(shí)間更短，從而下行鏈路預(yù)編碼不是基于已經(jīng)過(guò)時(shí)的通道信息，這是至關(guān)重要的。上文給出的潛伏時(shí)間規(guī)格為近似值。然而，一般來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)的潛伏時(shí)間并非決定性的，可能會(huì)發(fā)生極大的變化。另一方面，以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)一般成本較低。

應(yīng)該指出，PCIe Gen 3 實(shí)現(xiàn)剛剛在市場(chǎng)上出現(xiàn)，實(shí)際吞吐數(shù)據(jù)測(cè)量值并不可用。另外應(yīng)該指出，雖然基本提供了最大/ 峰值數(shù)據(jù)率，然而由于成本、IP 核的尺寸，以及功率等原因，實(shí)際實(shí)現(xiàn)了總線的典型實(shí)現(xiàn)是不同的。所提供的典型數(shù)目?jī)H供參考，因?yàn)闃O少的（如果有的話）實(shí)現(xiàn)達(dá)到了所發(fā)布的最大速率。

圖4 所示是一個(gè)使用PXIe 的系統(tǒng)配置實(shí)例。在此組態(tài)中，總共使用了10 塊底板來(lái)實(shí)現(xiàn)128 根天線的大規(guī)模MIMO 系統(tǒng)。系統(tǒng)用2 塊“主”底板來(lái)聚集數(shù)據(jù)，用8 塊底板來(lái)安裝128 個(gè)能夠在蜂窩帶進(jìn)行發(fā)射和接收的收發(fā)器（NI 5791 RF 收發(fā)器）。數(shù)據(jù)基干使用PCI Express Gen 2 ×8，通過(guò)合適的分割輕松采集和發(fā)射20MHz RF 帶寬數(shù)據(jù)。[2,3]

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成品如圖1。

圖1

國(guó)外資料推薦使用直徑10mm紫銅管彎成直徑為85-90cm環(huán)形作為初級(jí)線圈，考慮到重量，操作方便等因素，從銅鋁材商店購(gòu)進(jìn)直徑為13mm的紫銅管2.8m，彎成直徑為87cm的銅環(huán)。同時(shí)，采用1m的50塑料管支撐銅環(huán)。這是銅環(huán)上部的固定點(diǎn)（圖2）

圖2

銅環(huán)下部的固定點(diǎn)（圖3）。這里要注意的是要在銅管的兩端鉆好小洞，小洞可以擰上螺絲并可固定小焊片。銅環(huán)兩端固定完畢后，固定好焊接好引線的焊片，并將引線引出塑料管。

圖3

制作一個(gè)木板支架（圖4），注意要非常牢靠。

圖4

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本文將介紹一種FM收音機(jī)接收機(jī)解決方案，它將天線集成或嵌入在便攜式設(shè)備內(nèi)部，使得耳機(jī)線成為可選件。我們首先從最大化接收靈敏度講起，然后介紹取得最大化靈敏度的方法，包括最大化諧振頻率的效率，最大化天線尺寸，以及利用可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)最大化整個(gè)調(diào)頻帶寬上的效率。最后，本文還將給出可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法。

最大化靈敏度

靈敏度可以被定義為調(diào)頻接收系統(tǒng)可以接收到的、同時(shí)能達(dá)到一定程度信噪比（SNR）的最小信號(hào)。這是調(diào)頻接收系統(tǒng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，它與信號(hào)和噪聲都有關(guān)系。接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI）只是指出了特定調(diào)諧頻率點(diǎn)的射頻信號(hào)強(qiáng)度，它并不提供有關(guān)噪聲或信號(hào)質(zhì)量的任何信息。在比較不同天線下接收機(jī)性能時(shí)，音頻信噪比（SNR）也許是一個(gè)更好的參數(shù)。因此，想為聆聽(tīng)者帶來(lái)高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)，使SNR最大化非常重要。

天線是連接射頻電路與電磁波的橋梁。就調(diào)頻接收而言，天線就是一個(gè)變換器，即將能量從電磁波轉(zhuǎn)換成電子電路（如低噪聲放大器（LNA））可以使用的電壓。調(diào)頻接收系統(tǒng)的靈敏度直接與內(nèi)部LNA接收的電壓相關(guān)。為了最大化靈敏度，必須盡量提高這個(gè)電壓。

市場(chǎng)上有各種各樣的天線，包括耳機(jī)、短鞭、環(huán)路和芯片型天線等，但所有天線都可以用等效電路進(jìn)行分析。圖1給出了一種通用的等效天線電路模型：

在圖1中，X可以是一個(gè)電容或一個(gè)電感。X的選擇取決于天線拓?fù)洌潆姃q（感抗或容抗）值與天線幾何形狀有關(guān)。損耗電阻Rloss與天線中以熱能形式散發(fā)的功耗有關(guān)。幅射電阻Rrad與從電磁波產(chǎn)生的電壓有關(guān)。為了便于說(shuō)明，后文將以環(huán)路天線模型作為分析對(duì)象，同樣的計(jì)算也可以用于其他類型的天線，如短的單極天線和耳機(jī)天線。

圖1：天線等效電路模型。

使諧振頻率點(diǎn)的效率最大化

為了盡量提高天線轉(zhuǎn)換出來(lái)的能量，可以使用一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)來(lái)抵消天線的電抗性阻抗，而這種阻抗會(huì)衰減天線傳導(dǎo)到內(nèi)部LNA的電壓值。對(duì)電感性環(huán)路天線來(lái)說(shuō)，電容Cres用來(lái)使天線在想要的頻率點(diǎn)發(fā)生諧振：

（1）

諧振頻率是指天線將電磁波轉(zhuǎn)換成電壓的效率最高的頻率點(diǎn)。天線效率是Rrad上的功率與天線收到的總功率的比值，可以表示為Rrad/Zant，其中Zant是帶天線諧振網(wǎng)絡(luò)的天線阻抗。Zant表示為：

（2）

當(dāng)天線處于諧振狀態(tài)時(shí)，效率η可以表示為：

（3）

在其他頻率點(diǎn)時(shí)效率為：

（4）

非諧振頻率點(diǎn)的天線效率η要低于最大效率ηres，因?yàn)榇藭r(shí)的天線輸入阻抗Zant要么是容性的，要么是感性的。

最大化天線尺寸

為了恢復(fù)所傳輸?shù)纳漕l信號(hào)，天線必須從電磁波里收集到盡可能多的能量，并高效地將電磁波能量轉(zhuǎn)換成通過(guò)Rrad的電壓。收集到的能量多少受制于便攜式設(shè)備所使用天線的可用空間和大小。對(duì)于傳統(tǒng)的耳機(jī)天線來(lái)說(shuō)，它的長(zhǎng)度可達(dá)到調(diào)頻信號(hào)的四分之一波長(zhǎng)，能收集到足夠的能量并轉(zhuǎn)換成內(nèi)部LNA可用的電壓。在這種情況下，最大化天線效率就不那么重要。

不過(guò)，由于便攜式設(shè)備正變得更小更薄，留給嵌入式調(diào)頻天線的空間已變得非常有限。雖然已盡量增加天線尺寸，但嵌入式天線收集到的能量仍非常小。因此在既不犧牲性能、又要使用較小的天線的情況下，提高天線效率η就變得非常重要。

利用可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)，使調(diào)頻頻段上的效率最大化

大多數(shù)國(guó)家的調(diào)頻廣播頻段的頻率范圍是87.5MHz到108.0MHz。日本的調(diào)頻廣播頻段是76MHz到90MHz。在一些東歐國(guó)家，調(diào)頻廣播頻段是65.8MHz到74MHz。為了適應(yīng)全球所有的調(diào)頻頻段，調(diào)頻接收系統(tǒng)需要有40MHz的帶寬。傳統(tǒng)解決方案通常是將天線調(diào)諧在調(diào)頻頻段的中心頻率。然而就如上述公式表明的那樣，天線系統(tǒng)的效率是頻率的函數(shù)。效率在諧振點(diǎn)達(dá)到最大值，當(dāng)頻率偏離諧振頻率時(shí)，效率將下降。值得注意的是，由于全球調(diào)頻頻段的帶寬達(dá)40MHz，當(dāng)頻率遠(yuǎn)離諧振頻率點(diǎn)時(shí)天線效率將有顯著下降。

例如，設(shè)定一個(gè)固定諧振頻率98MHz，那么在該頻率點(diǎn)可取得很高的效率，但其他頻率點(diǎn)的效率將有顯著下降，從而劣化了遠(yuǎn)離諧振頻率點(diǎn)時(shí)的調(diào)頻性能。

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常用的微帶天線是在一個(gè)薄介質(zhì)基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法做出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線、同軸探針或電磁耦合對(duì)貼片饋電，這構(gòu)成了微帶天線。如圖1。

圖1 矩形微帶天線

微帶天線的性能:微帶天線一般應(yīng)用在1GHz–50GHz，特殊的微帶天線也可用在幾十兆赫。

2．微帶天線優(yōu)缺點(diǎn)

微帶天線是二十世紀(jì)中后期逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新型天線，由于其具有尺寸小、成本低、結(jié)構(gòu)牢固和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可方便的實(shí)現(xiàn)線極化或圓極化以及雙頻工作，因而被廣泛應(yīng)用于通信、廣播和航空航天等領(lǐng)域。

和常用的天線相比，它有如下一些優(yōu)點(diǎn)：

體積小，重量輕，低剖面，能有與載體共形，并且除了在饋電點(diǎn)處要開(kāi)出引線孔外，不破壞載體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這對(duì)于高速飛行器特別有利。電性能多樣化。不同設(shè)計(jì)微帶元，其最大輻射方向可以從邊射到端射范圍內(nèi)調(diào)整，易于得到各種極化，特殊設(shè)計(jì)的微帶元還可以在雙頻或多頻工作。能和有源器件，電路集成為統(tǒng)一的組件，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)，簡(jiǎn)化了整機(jī)的制作和調(diào)試，大大降低了成本。

缺點(diǎn)是：

頻帶窄，主要是諧振式微帶天線。損耗較大，因此效率較低，這類似于微帶電路。特別是行波型微帶天線，在匹配負(fù)載上有較大的損耗。單個(gè)微帶天線的功率容量較小。介質(zhì)基片對(duì)性能影響大。由于工藝條件的限制，批量生產(chǎn)的介質(zhì)基片的均勻和一致性還有欠缺。

3．微帶天線應(yīng)用

近幾年來(lái)，人們研究和設(shè)計(jì)了許多改進(jìn)型的微帶天線，如在微帶貼片和接地金屬板間加入一根很細(xì)的金屬連接針，或在介質(zhì)板或接地板上蝕刻出周期性結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生出電磁帶隙等等。

由于微帶天線有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而缺點(diǎn)隨著科技的進(jìn)步正在研究克服，因此它有廣闊的應(yīng)用前景。一般說(shuō)來(lái)，它在飛行器上的應(yīng)用處于優(yōu)越地位，可用于衛(wèi)星通訊、天線電高度表、導(dǎo)彈測(cè)控設(shè)備、導(dǎo)引頭、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、共形相控陣等。微帶天線在地面設(shè)備上應(yīng)用也有其優(yōu)勢(shì)方面。特別是較低功率的各種民用設(shè)備，例如醫(yī)用徽波探頭， 直播衛(wèi)星的接收陣以及當(dāng)前的藍(lán)牙設(shè)備的收發(fā)天線等，由于 微帶天線能集成化，它在毫米波段的優(yōu)勢(shì)是明顯的。

皇捷通訊的gsm天線、wifi天線、uhf天線、vhf天線、電視天線、電子連接器生產(chǎn)線引進(jìn)日本、中國(guó)臺(tái)灣高端生產(chǎn)設(shè)備，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定、優(yōu)良的品質(zhì)。公司生產(chǎn)設(shè)備包括注塑成型設(shè)備、五金沖壓設(shè)備、自動(dòng)組裝設(shè)備、模具制造設(shè)備、RF剝線設(shè)備及品質(zhì)檢驗(yàn)設(shè)備等。我們擁有高端的技術(shù)研發(fā)和制造能力，可以根據(jù)客戶需求定制產(chǎn)品，并調(diào)整和提高生產(chǎn)效率。保證穩(wěn)定、精確的交貨期和快速的樣品確認(rèn)。

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