手機(jī)、路由器以及帶有藍(lán)牙、WiFi等無(wú)線通訊的產(chǎn)品，都少不了天線的支持。天線起到無(wú)線信號(hào)收發(fā)的作用，路由器的天線以外置式居多，而智能手機(jī)的天線以?xún)?nèi)置式居多，WiFi模塊或者藍(lán)牙模塊以PCB天線居多。這類(lèi)天線多為駐波天線，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮阻抗匹配，這一塊在設(shè)計(jì)時(shí)需要用到很多專(zhuān)業(yè)的設(shè)備，也需要一定的RF射頻經(jīng)驗(yàn)，具有一定的技術(shù)門(mén)檻。
1-路由器外置式天線 對(duì)手機(jī)硬件比較了解的朋友，肯定聽(tīng)說(shuō)過(guò)4×4 MIMO天線，比較典型的事件就是華為P30手機(jī)。該手機(jī)的國(guó)外版本是4×4MIMO天線，而國(guó)內(nèi)版本是2×2MIMO天線，也使華為陷入了“偷工減料”的輿論風(fēng)波。那么天線的多少有什么區(qū)別？會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)哪些差別？
2-魅族所宣傳的4根天線 這要從基站和天線的發(fā)展史說(shuō)起，A×B MIMO，這里的A是指基站天線數(shù)，B是指手機(jī)天線數(shù)。根據(jù)基站和手機(jī)天線數(shù)的不同，可以分為SISO、SIMO、MISO以及MIMO等四種類(lèi)型。下面分別介紹這幾種情況。 1 SISO 天線模型及其傳輸原理
SISO的含義是單輸入單輸出(Single-Input Single-Output)，這種情況是最簡(jiǎn)單的，基站和手機(jī)都只有一根天線，兩者在交互數(shù)據(jù)的時(shí)候，只有一條通道。由于基站只有一根天線，所以在同一時(shí)刻只能發(fā)送一組數(shù)據(jù)給手機(jī)，在數(shù)據(jù)量大的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堵塞情況，就像是單車(chē)道的通行情況一樣，傳輸效率非常低。最關(guān)鍵的，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象，那么接收端就會(huì)丟掉信息。用戶(hù)體驗(yàn)就是上網(wǎng)卡頓、經(jīng)常丟數(shù)據(jù)。下圖就是SISO的拓?fù)涫疽鈭D。
3-SISO拓?fù)淠Ｐ?/span> 為了改善這種情況，出現(xiàn)了SIMO。 2 SIMO 天線模型及其傳輸原理
SIMO的含義是單輸入多輸出(Single-Input Multiple-Output)，基站端還是只有一根天線，但是手機(jī)接收端具有兩根天線，基站的數(shù)據(jù)可以通過(guò)兩條通道傳輸?shù)绞鞘謾C(jī)端。由于數(shù)據(jù)都是從基站的一根天線發(fā)出的，所以在同一時(shí)刻所發(fā)送的數(shù)據(jù)是相同的，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，即使一條通道上產(chǎn)生了數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，對(duì)手機(jī)端影響也不是很大，因?yàn)橹灰硪粭l數(shù)據(jù)是完整的那么手機(jī)端就不會(huì)丟數(shù)據(jù)。 與SISO相比，該種方式下手機(jī)收到完整數(shù)據(jù)包的概率提高了一倍。SIMO的拓?fù)涫疽鈭D如下圖所示。
4-SIMO拓?fù)淠Ｐ?/span> 如果將SIMO的天線數(shù)量對(duì)調(diào)一下，基站有兩根天線，手機(jī)有一根天線，天線的總體數(shù)量不增加，這種情況就是MISO。 3 MISO 天線模型及其傳輸原理
MISO的含義是多輸入單輸出(Multiple-Input Single-Output)，基站有了兩根天線，似乎在同一時(shí)刻可以發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，但是手機(jī)端只有一根天線，兩條數(shù)據(jù)最終還是要合成一路數(shù)據(jù)，只要兩條通道不同時(shí)丟失數(shù)據(jù)，那么手機(jī)端就能接收到完整的數(shù)據(jù)，這種情況與SIMO其實(shí)是一樣的，只不過(guò)SIMO的情況叫做接收分集，而MISO的情況叫做發(fā)射分集。 MISO的拓?fù)涫疽鈭D如下圖所示。
5-MISO拓?fù)淠Ｐ?/span> 4 MIMO 天線模型及其傳輸原理
為了提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，MIMO技術(shù)被提出，其含義是多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output)，即基站和手機(jī)都具有多根天線。這樣基站就可以在同一時(shí)刻發(fā)送不同的數(shù)據(jù)了，傳輸路徑也更多了，使得數(shù)據(jù)傳輸效率更高、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率也得到大幅提升。這就像高速公路上的多車(chē)道一樣，即提高了車(chē)速，又緩解了堵塞情況。MIMO的拓?fù)涫疽鈭D如下圖所示。
6-MIMO拓?fù)淠Ｐ?/span> 5 MIMO的發(fā)展趨勢(shì)以及優(yōu)勢(shì)
通信的5G時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，不管對(duì)于5G基站，還是5G手機(jī)，MIMO必定成為5G的核心組成部分，在不占用更多頻譜的情況下，MIMO允許在相同的無(wú)線信道上同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)數(shù)據(jù)，這大大提高了無(wú)線數(shù)據(jù)的信號(hào)路徑、大大提高了傳輸速率、大大提高了鏈路的可靠性。所以，MIMO會(huì)隨著5G的發(fā)展而逐漸普及，甚至更大規(guī)模的MIMO會(huì)被提出，用戶(hù)的上網(wǎng)體驗(yàn)會(huì)越來(lái)越好，MIMO也會(huì)助力5G給行業(yè)帶來(lái)更大的沖擊和機(jī)遇。
7- 5G時(shí)代 最后，需要指出的是，路由器的天線數(shù)量與穿墻能力/信號(hào)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，很多商家會(huì)誤導(dǎo)消費(fèi)者把多天線的路由器叫做穿墻王。而路由器的多天線也是使用了MIMO技術(shù)，無(wú)線信號(hào)的傳輸路徑更多、傳輸速率更快，但是路由器的信號(hào)強(qiáng)弱情況多數(shù)情況下與功率相關(guān)，而與天線數(shù)量不相關(guān)。 本文為“玩轉(zhuǎn)嵌入式”原創(chuàng)文章，如果本文對(duì)您有幫助，您可以關(guān)注本賬號(hào)，以便獲取更多與嵌入式、單片機(jī)、科技相關(guān)的內(nèi)容。感謝。 關(guān)注微信公眾號(hào)『玩轉(zhuǎn)嵌入式』，后臺(tái)回復(fù)“128”獲取干貨資料匯總，回復(fù)“256”加入技術(shù)交流群。
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