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双频路由器的诞生

2019年1月6日  来源:中科院物理所 作者: 提供人:Qiupa00......

04、双频路由器的诞生

“双频路由器”的横空出世又是为何?

既然5G加802.11ac这么好,那是不是以后的路由器和手机就都可以不支持2.4GHz了呢?单靠5Ghz和802.11ac能否打下一片全新的天地呢?

显而易见的一个原因是因为兼容性。几年前大量的手机、电脑、电视只支持2.4GHz,为了让这些老设备不至于没法上网,对于2.4GHz的支持的必须的。

另一个原因是覆盖。2.4G的频率低波长大,信号损耗小,穿透能力强,在覆盖上和5G相比具有一定优势。这个问题我们后面再详谈。

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2.4G的穿透能力强于5G

尺有所短,寸有所长。既如此,何不2.4G和5G双频合璧?平地一声雷,双频路由器横空出世。

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双频路由器

因为2.4G和5G的信号指标差别较大,一般情况下2.4G和5G的天线是独立的,如上图一样错开分布,让相同频段的天线之间相隔地尽可能远,保障性能最优。

要估算双频路由器支持的最大下载速率,方法依旧是数天线,不同之处是2.4G和5G的速率要分开计算,然后再加起来就可以了。其实,高速率这样的核心卖点,路由器厂家肯定是要赫然印在包装盒上并大肆宣传的,商家早都替我们算好了。

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双频路由器的速率

频段和速率铺垫完毕,终于到和穿墙有关的部分:WiFi的信号强度和损耗了。

05、为啥WiFi信号的总是这么差?

首先我们来看看WiFi信号在传播中遇到障碍物之后的反应:

  1. 折射:WiFi信号经过玻璃或水的时候,信号路径发生偏折,我们和路由器都在空气中,因此折射的影响可以忽略。

  2. 反射:WiFi信号经过光滑的物体表面时,信号会发生反射,和光的反射类似。

  3. 绕射:WiFi信号经过水泥墙体,因难以穿越,部分信号会向旁边散开,等遇到一个可以穿过的区域再继续向本来的方向继续直线传播。

  4. 漫射:WiFi信号遇到水泥墙,因为直线线路受阻,部分信号会散开,沿着墙壁上下左右继续延伸出去。

  5. 穿透:WiFi信号的能量一部分被障碍物吸收,剩余能量的透过障碍物继续传播。

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室内WiFi信号传播模型

一般情况下,在室内环境下,我们手机接收到的WiFi信号主要是反射、绕射、漫射和穿透这四种效应的叠加。后三种效应都和信号的频率关系很大,频率越高绕射和穿透的能力越差。

不管是2.4G还是5G频段,在无线通信里都属于较高的频段了,虽说2.4G绕射和穿透能力要比5G强一些,但毕竟是矮子里挑高个——也高不到那里去。

我们来看看2.4G信号穿墙之后损耗的经验值:

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2.4G频段穿透损耗

在射频世界里,一般用dB这个单位来表示信号变化的情况。我们只需要了解以下几个关系,就能对这些数据有一个直观的了解:

  1. 降低3dB是指信号强度降低到原先的1/2(二分之一)。

  2. 降低10dB是指信号强度降低到原先的1/10(十分之一)。

  3. 降低30dB是指信号强度降低到原先的1/1000(千分之一)。

结合上表可以得出下面的结论:

  1. 木头,玻璃这些障碍物对于WiFi信号的阻挡作用不强,只会带来一半左右的信号衰减;

  2. 砖墙,水泥墙这些障碍物堪称WiFi信号杀手,穿透的信号动辄衰减为原先的千分之一;

  3. 电梯这类金属障碍物简直就是WiFi信号的噩梦,轻轻松松衰减到原先的万分之一!

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WiFi信号差

真是让人绝望啊,这可咋办呢?

有没有所谓“大功率路由器?”

机智的你肯定很快就想到了,想要信号好穿墙能力强,增大发射功率啊!没有什么不是增大功率不能解决的,如果有,那就再增大一倍!

但是在WiFi信号这里,增大发射功率还真不行。

因为无线路由器的发射功率是有国家规定的:最大100mW,也就是0.1W。不符合这个要求的产品是不能上市的,工信部也是为了我们的身体健康着想啊。所以,想通过增强发射功率来提升WiFi信号这条路是走不通的。

“高增益天线”是否可行?

既然发射功率有限制,那如果路由器用的高增益天线到话,不是能量发射会更集中,从而覆盖地更远吗?

理论上来说是这样。但增益高能量集中的代价就是波束变窄,WiFi信号的覆盖会不均匀,有的方向信号强,有的方向信号弱。如果有多个人在不同位置同时使用的话,对覆盖的评价会褒贬不一。

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天线增益及辐射方向图

而且,一般的路由器天线增益也就9dB,面对动辄就几十dB的穿透损耗来说也是杯水车薪。

路由器 / WiFi / 2.4G / 5G

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