Was ist der Unterschied zwischen einer, zwei und drei Antennen an einem WLAN-Router?
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Das erste Missverständnis ist: Je mehr Antennen, desto größer die Reichweite und je mehr Antennen, desto stärker das Signal. MIMO (Multiple Input Multiple Output) oder Mehrantennentechnologie ist eine Technologie, die nach dem 802.11n-Protokoll eingeführt wurde. Die vorherigen 802.11a/b/g hatten es nicht. Mit anderen Worten: Die ältere Routergeneration (vor 802.11n) hatte nie mehr als eine Antenne. Wenn Sie einen neuen Router mit drei Antennen kaufen, der 802.11ac (das neueste Protokoll) unterstützt, Ihr Gerät aber ein älteres Produkt ist, wie beispielsweise ein iPhone 3, das nur 802.11a/b/g unterstützt, dann machen die zusätzlichen Antennen für Sie leider keinen Sinn. Wenn Sie darauf bestehen, mit mehreren Antennen gleichzeitig zu senden, wird dies keine gute Wirkung haben. Warum sage ich das? Zunächst einmal ist die Umgebung, in der Wi-Fi eingesetzt wird, Innenräume. Die von uns üblicherweise verwendete Protokollreihe 802.11 ist ebenfalls für diesen Fall geeignet. Das heißt, es gibt viele Gebäude oder Hindernisse und es gibt fast kein direktes Signal zwischen Sender und Empfänger. Wir nennen dies Mehrwegeübertragung. Da es sich um Mehrwegeübertragung handelt, kann die Übertragungsdistanz lang oder kurz sein. Ein Teil wird möglicherweise vom Tisch reflektiert und ein anderer Teil geht möglicherweise durch die Wand. Diese Signale, die dieselben Informationen, aber unterschiedliche Phasen enthalten, werden dann beim Empfänger zusammengeführt. Wir wissen, dass in der modernen Kommunikation Paketvermittlung und Übertragungscodes (Symbole) zum Einsatz kommen. Aufgrund der oben erwähnten unterschiedlichen Zeitverzögerungen kommt es zu Intersymbolinterferenzen (ISI). Um ISI zu vermeiden, muss die Kommunikationsbandbreite kleiner sein als der Kehrwert der tolerierbaren Verzögerung. Bei einer Bandbreite von 20 MHz gemäß 802.11a/b/g beträgt die maximale Verzögerung 50 ns und der Übertragungsradius ohne ISI unter Mehrwegebedingungen 15 m. Im IEEE802.11-Protokoll können wir sehen, dass die maximale Reichweite 35 m beträgt. Denn das Protokoll verfügt zusätzlich über verschiedene Mittel wie beispielsweise eine Fehlerrückübertragung, um die Kommunikation sicherzustellen. Dies bedeutet nicht, dass ein wenig ISI völlig aufhört zu funktionieren. Mit anderen Worten: Die Übertragungsreichweite des Routers wird tatsächlich durch das Protokoll bestimmt. Für 802.11a,b,g macht das Hinzufügen weiterer Antennen keinen Sinn. Unter der Annahme, dass diese Antennen gleichzeitig arbeiten können, wird der Mehrwegeeffekt sogar noch schlimmer sein. MIMO: Im Wikipedia-Link von eben (IEEE802.11) können wir feststellen, dass die Daten ab 802.11n erheblich verbessert wurden. Zunächst einmal verfügt 802.11n über einen 40-MHz-Modus. Nach bisherigen Theorien soll sich seine Übertragungsreichweite zwar halbieren, die Datenmenge hat sich jedoch verdoppelt (70m). Warum? Dies ist vor allem auf die Mehrantennentechnologie zurückzuführen. Alle Methoden, die wir gerade besprochen haben, zielen darauf ab, raue Mehrwegeumgebungen zu bekämpfen. Aber hat Mehrwege auch gute Seiten? Tatsächlich basiert auch die Mehrantennentechnologie auf Mehrwegeausbreitung, die wir als räumliche Diversität bezeichnen. Es gibt viele technische Möglichkeiten, mehrere Antennen einzusetzen. Hier stellen wir kurz zwei davon vor: Beamforming und Raum-Zeit-Blockcodierung (hauptsächlich eine Einführung in Alamoutis Code). Der Vorteil beider Techniken besteht darin, dass keine mehreren Empfangsantennen erforderlich sind. Insbesondere der Alamouti-Code, der nicht einmal Kanalinformationen benötigt und nur mathematische Berechnungen verwendet, um mit zwei Antennen eine 3-dB-Verstärkung zu erreichen. Alle Lehrer haben es gelobt! Der Vorteil, dass keine mehreren Empfangsantennen benötigt werden, liegt darin, dass nicht alle Geräte mit mehreren Antennen ausgestattet werden können. Um Nebenkeulenstrahlung zu vermeiden und dem Theorem der räumlichen Abtastung zu genügen, wird im Allgemeinen die halbe Wellenlänge des gesendeten Signals als physikalischer Antennenabstand verwendet. Unabhängig davon, ob es sich um das GSM-Signal mit 1,8 GHz, 1,9 GHz oder das WLAN-Signal mit 2,4 GHz handelt, gehen wir der Berechnungsvereinfachung halber vorübergehend von 2 GHz aus, und die halbe Wellenlänge beträgt 7,5 cm. Dies ist also der Abstand zwischen den Antennen der meisten Router, die wir sehen. Aus diesem Grund ist es schwierig, mehrere Antennen auf einem Mobiltelefon zu installieren (von Samsungs 7-Zoll-Telefon muss man erst gar nicht reden, danke). 1. Beamforming: Durch die Verwendung mehrerer Antennen wird ein gerichteter Strahl erzeugt, der die Energie in Richtung der gewünschten Übertragung konzentriert, die Signalqualität verbessert und Störungen anderer Benutzer verringert. Wir können die Richtwirkung einer Antenne vereinfacht und allgemein folgendermaßen verstehen: Angenommen, die Leistung einer Rundstrahlantenne beträgt 1, dann kann die Leistung einer Richtantenne mit einer Reichweite von nur 180 Grad 2 erreichen. Wir können also vier 90-Grad-Antennen verwenden, um die Leistung theoretisch um das Vierfache zu erhöhen. Eine andere Art der Strahlformung besteht darin, die Richtung des Empfängers durch Kanalschätzung zu bestimmen und dann gerichtet zu diesem Punkt zu senden, um die Sendeleistung zu erhöhen. (Ähnlich wie bei einer fokussierten Taschenlampe: Je kleiner die Reichweite, desto heller das Licht.) Ich bin jedoch nicht sicher, in welchem Protokoll dieser Modus angewendet wird. 2. Space-Time Block Code (STBC) verbessert die Datenzuverlässigkeit, indem unterschiedliche Informationen zu unterschiedlichen Zeiten über mehrere Antennen gesendet werden. Der Alamouti-Code ist die einfachste Art von Raum-Zeit-Blockcode. Zur Übertragung werden die beiden Codes d1d2, d1,-d2* und d2,d1* über die beiden Antennen 1 bzw. 2 gesendet. Aufgrund von Mehrwegeausbreitung gehen wir davon aus, dass die Kanäle der beiden Antennen jeweils h1h2 sind. Daher lautet die vom Empfänger im ersten Moment empfangene Information r1=d1h1+d2h2, und die danach empfangene Information lautet r2=-d2*h1+d1*h2. Solange die empfangene 2D-Matrix mit dem Kanal multipliziert wird, können die Informationen von d1d2 abgerufen werden ... Nun, es scheint, dass es nicht klar erklärt wird. Ohne meine Notizen kann ich es unmöglich erklären. Ich habe gesucht, konnte aber keine geeigneten Materialien finden. Kurz gesagt, Alamouti fand eine Reihe orthogonaler Coderaten als 2×2-Matrix. Auf diese Weise wird die Übertragung auf zwei Antennen nicht gegenseitig beeinflusst; Es kann mit einer Antenne empfangen werden und die übertragenen Informationen können nach mathematischen Berechnungen ermittelt werden. Was andere MIMO-Verfahren betrifft, ist das Konzept möglicherweise leichter zu verstehen. Beispielsweise senden zwei Sendeantennen t1t2 jeweils an zwei Empfangsantennen r1r2. Dies entspricht der gleichzeitigen Arbeit von zwei Personengruppen, wodurch sich die Geschwindigkeit um das Zweifache erhöht usw. Die tatsächliche Implementierung erfordert jedoch einerseits mehrere Empfangsantennen in der Hardware und andererseits Kommunikationsalgorithmen wie die Kanalschätzung, bei denen es sich um sehr komplexe, zeitaufwändige und hardwareintensive Berechnungen handelt. Der Grund, warum ich sage, dass die beiden oben genannten Methoden tatsächlich MISO sind, besteht darin, aus einem anderen Aspekt zu beweisen, dass mehr Antennen nicht bedeuten, dass sie zusammenarbeiten können. Schon vor 100 Jahren wusste man: Je mehr Antennen, desto besser, und je größer, desto besser. Der geniale Alamouti-Code wurde jedoch erst 1998 vorgeschlagen und das 802.11n-Protokoll mit Mehrantennentechnologie kam erst 2009 zum Einsatz. Vor 20 Jahren nutzte man die OFDM-Technologie, um Mehrwege-Schwund zu bekämpfen, der durch zu viele Hindernisse zwischen Städten oder in Innenräumen verursacht wurde. Jetzt haben wir begonnen, Mehrwegekommunikation zu nutzen, um die Kommunikationsqualität zu verbessern. Dies stellt einen technologischen Fortschritt dar und kann nicht einfach durch „Selbstverständlichkeit“ erreicht werden. Da ich meine Unterrichtsmitschriften nicht dabei habe, bin ich mir bei manchen Dingen immer unsicher. Ich habe auch Fragen zu „Angenommen, ein Router mit drei Antennen arbeitet im SISO-Modus 802.11a, b, g. Kann man dann davon ausgehen, dass die drei Antennen einen größeren Gewinn haben?“ und „Können die Geräte zwischen zwei Bridge-Mode-Routern gleichzeitig Daten von den beiden Routern herunterladen und wie werden sie synchronisiert?“ Schließlich ist es immer noch ein weiter Weg vom Buchwissen zur praktischen Anwendung. Sollten also Fehler vorhanden sein, weisen Sie uns bitte gerne darauf hin. Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018. |
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