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[导读]手机、路由器以及带有蓝牙、WiFi等无线通讯的产品,都少不了天线的支持。天线起到无线信号收发的作用,路由器的天线以外置式居多,而智能手机的天线以内置式居多,WiFi模块或者蓝牙模块以PCB天线居多。这类天线多为驻波天线,在设计时需要考虑阻抗匹配,这一块在设计时需要用到很多专业的设备,也需要一定的RF射频经验,具有一定的技术门槛。

手机、路由器以及带有蓝牙、WiFi等无线通讯的产品,都少不了天线的支持。天线起到无线信号收发的作用,路由器的天线以外置式居多,而智能手机的天线以内置式居多,WiFi模块或者蓝牙模块以PCB天线居多。这类天线多为驻波天线,在设计时需要考虑阻抗匹配,这一块在设计时需要用到很多专业的设备,也需要一定的RF射频经验,具有一定的技术门槛。

1-路由器外置式天线
对手机硬件比较了解的朋友,肯定听说过4×4 MIMO天线,比较典型的事件就是华为P30手机。该手机的国外版本是4×4MIMO天线,而国内版本是2×2MIMO天线,也使华为陷入了“偷工减料”的舆论风波。那么天线的多少有什么区别?会给用户带来哪些差别?

2-魅族所宣传的4根天线
这要从基站和天线的发展史说起,A×B MIMO,这里的A是指基站天线数,B是指手机天线数。根据基站和手机天线数的不同,可以分为SISO、SIMO、MISO以及MIMO等四种类型。下面分别介绍这几种情况。

1 SISO 天线模型及其传输原理

SISO的含义是单输入单输出(Single-Input Single-Output),这种情况是最简单的,基站和手机都只有一根天线,两者在交互数据的时候,只有一条通道。由于基站只有一根天线,所以在同一时刻只能发送一组数据给手机,在数据量大的时候,经常会出现堵塞情况,就像是单车道的通行情况一样,传输效率非常低。最关键的,如果出现数据丢包现象,那么接收端就会丢掉信息。用户体验就是上网卡顿、经常丢数据。下图就是SISO的拓扑示意图。

3-SISO拓扑模型
为了改善这种情况,出现了SIMO。

2 SIMO 天线模型及其传输原理

SIMO的含义是单输入多输出(Single-Input Multiple-Output),基站端还是只有一根天线,但是手机接收端具有两根天线,基站的数据可以通过两条通道传输到是手机端。由于数据都是从基站的一根天线发出的,所以在同一时刻所发送的数据是相同的,在数据传输的过程中,即使一条通道上产生了数据丢失现象,对手机端影响也不是很大,因为只要另一条数据是完整的那么手机端就不会丢数据。
与SISO相比,该种方式下手机收到完整数据包的概率提高了一倍。SIMO的拓扑示意图如下图所示。

4-SIMO拓扑模型
如果将SIMO的天线数量对调一下,基站有两根天线,手机有一根天线,天线的总体数量不增加,这种情况就是MISO。

3 MISO 天线模型及其传输原理

MISO的含义是多输入单输出(Multiple-Input Single-Output),基站有了两根天线,似乎在同一时刻可以发送不同的数据,但是手机端只有一根天线,两条数据最终还是要合成一路数据,只要两条通道不同时丢失数据,那么手机端就能接收到完整的数据,这种情况与SIMO其实是一样的,只不过SIMO的情况叫做接收分集,而MISO的情况叫做发射分集。
MISO的拓扑示意图如下图所示。

5-MISO拓扑模型

4 MIMO 天线模型及其传输原理

为了提高数据的传输效率,MIMO技术被提出,其含义是多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output),即基站和手机都具有多根天线。这样基站就可以在同一时刻发送不同的数据了,传输路径也更多了,使得数据传输效率更高、数据的准确率也得到大幅提升。这就像高速公路上的多车道一样,即提高了车速,又缓解了堵塞情况。MIMO的拓扑示意图如下图所示。

6-MIMO拓扑模型

5 MIMO的发展趋势以及优势

通信的5G时代已经来临,不管对于5G基站,还是5G手机,MIMO必定成为5G的核心组成部分,在不占用更多频谱的情况下,MIMO允许在相同的无线信道上同时发送和接收多个数据,这大大提高了无线数据的信号路径、大大提高了传输速率、大大提高了链路的可靠性。所以,MIMO会随着5G的发展而逐渐普及,甚至更大规模的MIMO会被提出,用户的上网体验会越来越好,MIMO也会助力5G给行业带来更大的冲击和机遇。

7- 5G时代
最后,需要指出的是,路由器的天线数量与穿墙能力/信号强度无关,很多商家会误导消费者把多天线的路由器叫做穿墙王。而路由器的多天线也是使用了MIMO技术,无线信号的传输路径更多、传输速率更快,但是路由器的信号强弱情况多数情况下与功率相关,而与天线数量不相关。
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