手機、路由器以及帶有藍牙、WiFi等無線通訊的產(chǎn)品，都少不了天線的支持。天線起到無線信號收發(fā)的作用，路由器的天線以外置式居多，而智能手機的天線以內(nèi)置式居多，WiFi模塊或者藍牙模塊以PCB天線居多。這類天線多為駐波天線，在設計時需要考慮阻抗匹配，這一塊在設計時需要用到很多專業(yè)的設備，也需要一定的RF射頻經(jīng)驗，具有一定的技術(shù)門檻。
1-路由器外置式天線 對手機硬件比較了解的朋友，肯定聽說過4×4 MIMO天線，比較典型的事件就是華為P30手機。該手機的國外版本是4×4MIMO天線，而國內(nèi)版本是2×2MIMO天線，也使華為陷入了“偷工減料”的輿論風波。那么天線的多少有什么區(qū)別？會給用戶帶來哪些差別？
2-魅族所宣傳的4根天線 這要從基站和天線的發(fā)展史說起，A×B MIMO，這里的A是指基站天線數(shù)，B是指手機天線數(shù)。根據(jù)基站和手機天線數(shù)的不同，可以分為SISO、SIMO、MISO以及MIMO等四種類型。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)，這種情況是最簡單的，基站和手機都只有一根天線，兩者在交互數(shù)據(jù)的時候，只有一條通道。由于基站只有一根天線，所以在同一時刻只能發(fā)送一組數(shù)據(jù)給手機，在數(shù)據(jù)量大的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)堵塞情況，就像是單車道的通行情況一樣，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，那么接收端就會丟掉信息。用戶體驗就是上網(wǎng)卡頓、經(jīng)常丟數(shù)據(jù)。下圖就是SISO的拓撲示意圖。
3-SISO拓撲模型 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，但是手機接收端具有兩根天線，基站的數(shù)據(jù)可以通過兩條通道傳輸?shù)绞鞘謾C端。由于數(shù)據(jù)都是從基站的一根天線發(fā)出的，所以在同一時刻所發(fā)送的數(shù)據(jù)是相同的，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，即使一條通道上產(chǎn)生了數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，對手機端影響也不是很大，因為只要另一條數(shù)據(jù)是完整的那么手機端就不會丟數(shù)據(jù)。 與SISO相比，該種方式下手機收到完整數(shù)據(jù)包的概率提高了一倍。SIMO的拓撲示意圖如下圖所示。
4-SIMO拓撲模型 如果將SIMO的天線數(shù)量對調(diào)一下，基站有兩根天線，手機有一根天線，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，似乎在同一時刻可以發(fā)送不同的數(shù)據(jù)，但是手機端只有一根天線，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丟失數(shù)據(jù)，那么手機端就能接收到完整的數(shù)據(jù)，這種情況與SIMO其實是一樣的，只不過SIMO的情況叫做接收分集，而MISO的情況叫做發(fā)射分集。 MISO的拓撲示意圖如下圖所示。
5-MISO拓撲模型 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)，即基站和手機都具有多根天線。這樣基站就可以在同一時刻發(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)的準確率也得到大幅提升。這就像高速公路上的多車道一樣，即提高了車速，又緩解了堵塞情況。MIMO的拓撲示意圖如下圖所示。
6-MIMO拓撲模型 5 MIMO的發(fā)展趨勢以及優(yōu)勢
通信的5G時代已經(jīng)來臨，不管對于5G基站，還是5G手機，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允許在相同的無線信道上同時發(fā)送和接收多個數(shù)據(jù)，這大大提高了無線數(shù)據(jù)的信號路徑、大大提高了傳輸速率、大大提高了鏈路的可靠性。所以，MIMO會隨著5G的發(fā)展而逐漸普及，甚至更大規(guī)模的MIMO會被提出，用戶的上網(wǎng)體驗會越來越好，MIMO也會助力5G給行業(yè)帶來更大的沖擊和機遇。
7- 5G時代 最后，需要指出的是，路由器的天線數(shù)量與穿墻能力/信號強度無關(guān)，很多商家會誤導消費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)，無線信號的傳輸路徑更多、傳輸速率更快，但是路由器的信號強弱情況多數(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，如果本文對您有幫助，您可以關(guān)注本賬號，以便獲取更多與嵌入式、單片機、科技相關(guān)的內(nèi)容。感謝。 關(guān)注微信公眾號『玩轉(zhuǎn)嵌入式』，后臺回復“128”獲取干貨資料匯總，回復“256”加入技術(shù)交流群。
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