智能天線系統(tǒng)的基本原理及如何改善WiFi性能

Wi-Fi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。Wi-Fi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）所持有。目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。現(xiàn)時(shí)一般人會(huì)把Wi-Fi及IEEE 802.11混為一談。甚至把Wi-Fi等同于無(wú)線網(wǎng)際網(wǎng)路。Wi-Fi 原先是無(wú)線保真的縮寫(xiě)，Wi-Fi 的英文全稱(chēng)為wireless fidelity,在無(wú)線局域網(wǎng)的范疇是指"無(wú)線相容性認(rèn)證",實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，同時(shí)也是一種無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，以前通過(guò)網(wǎng)線連接電腦，而現(xiàn)在則是通過(guò)無(wú)線電波來(lái)連網(wǎng)；常見(jiàn)的就是一個(gè)無(wú)線路由器，那么在這個(gè)無(wú)線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用WIFI連接方式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，如果無(wú)線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網(wǎng)線路，則又被稱(chēng)為"熱點(diǎn)".

當(dāng)我們進(jìn)入到擁擠的星巴克咖啡廳后，接收到的WiFi信號(hào)都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。引起這個(gè)問(wèn)題的主要原因可能是AP接入點(diǎn)太少和最終用戶(hù)太多。但是，如果WiFi天線擅于檢測(cè)在特定的房間里有多少臺(tái)設(shè)備并且迅速地把數(shù)據(jù)發(fā)送給每一個(gè)設(shè)備，那會(huì)怎么樣呢？這正是"智能天線"技術(shù)所要解決的問(wèn)題。

我們都遇到過(guò)這樣的問(wèn)題：當(dāng)我們進(jìn)入到擁擠的星巴克咖啡廳后，接收到的WiFi信號(hào)都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。引起這個(gè)問(wèn)題的主要原因可能是接入點(diǎn)太少和最終用戶(hù)太多。但是，如果WiFi天線擅于檢測(cè)在特定的房間里有多少臺(tái)設(shè)備并且迅速地把數(shù)據(jù)發(fā)送給每一個(gè)設(shè)備，那會(huì)怎么樣呢？這正是貢薩格大學(xué)（Gonzaga University）的研究人員在他們的新實(shí)驗(yàn)室里試驗(yàn)"智能天線"技術(shù)所要解決的問(wèn)題。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室剛剛得到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供的近120萬(wàn)美元的研究資金。

在這次采訪中，我們請(qǐng)貢薩格大學(xué)電氣工程副教授Steve Schennum簡(jiǎn)單介紹了智能天線系統(tǒng)的基本原理，智能天線如何改善WiFi性能以及智能天線實(shí)驗(yàn)室是如何幫助小型無(wú)線公司的。

無(wú)線技術(shù)研究要解決干擾問(wèn)題

現(xiàn)在，許多人在2.4GHz頻段進(jìn)行通訊。這個(gè)頻段是WiFi網(wǎng)絡(luò)使用的。我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種智能天線，這種天線能夠?qū)?zhǔn)一個(gè)想要接收的信號(hào)而拒絕其它信號(hào)。我們正在設(shè)計(jì)軟件無(wú)線電，它能夠與接入點(diǎn)天線一起使用以?xún)?yōu)化信噪比。

因此，這種軟件將設(shè)法優(yōu)化你的計(jì)算機(jī)和無(wú)論位于哪里的接入點(diǎn)之間的信號(hào)傳輸，同時(shí)最大限度地減少你從其它計(jì)算機(jī)接收的信號(hào)。接入點(diǎn)每次會(huì)把自己對(duì)準(zhǔn)一個(gè)無(wú)線電。接入點(diǎn)通常是"啞"的，它們會(huì)同時(shí)向所有方向發(fā)射功率。因此，當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)有一個(gè)微弱的信號(hào)，也就是不同極化的時(shí)候，智能天線就可以調(diào)整信號(hào)的極化，形成一個(gè)波束，直接發(fā)送到它要聯(lián)絡(luò)的筆記本電腦。

這樣是否會(huì)降低發(fā)送給這個(gè)區(qū)域中的其它筆記本電腦的信號(hào)質(zhì)量？

接入點(diǎn)會(huì)非?？斓刈鲞@件事。實(shí)際上，一次處理一個(gè)無(wú)線電信號(hào)要比同時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送給所有設(shè)備需要的時(shí)間更少。如果你這樣做的話(huà)，你幾乎不可能需要重新傳送信號(hào)或者在傳送信號(hào)過(guò)程中出現(xiàn)幀差錯(cuò)。

智能天線實(shí)驗(yàn)室的工作

首先我想澄清一下，雖然我們把它叫做智能天線實(shí)驗(yàn)室，但是，它實(shí)際上是一個(gè)智能天線和無(wú)線電實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樗粌H僅是研究天線。至于實(shí)驗(yàn)室本身，我們有一個(gè)消聲室，用于測(cè)試無(wú)線電波。消聲室墻壁布滿(mǎn)了圓錐形的泡沫材料，里面含有碳纖維，用于吸收電磁波。因此，當(dāng)你把天線放在這個(gè)房間里的時(shí)候，你可以旋轉(zhuǎn)天線指向所有可能的方向。另一端的接收天線能夠測(cè)量這個(gè)天線產(chǎn)生的功率。

這算不上什么獨(dú)特的裝備。但是，要建一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)室是很貴的，許多公司都沒(méi)有這個(gè)能力。因此，如果他們有想要測(cè)試的產(chǎn)品，就可以到我們這里進(jìn)行測(cè)試。我們能夠提供一些思路，告訴他們必須做些什么才能使其產(chǎn)品滿(mǎn)足聯(lián)邦通訊委員會(huì)的要求。

智能天線實(shí)驗(yàn)室預(yù)計(jì)明年春季建成并投入使用

希望在明年春季。我們現(xiàn)在正在裝修房間和最終確定購(gòu)買(mǎi)什么設(shè)備。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室將向希望進(jìn)行研究合作的本地公司和附近的大學(xué)開(kāi)放。他們可以利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備，不用自己購(gòu)買(mǎi)設(shè)備。我們得到了本地行業(yè)的大力支持。如果沒(méi)有他們，我們就不能完成這個(gè)事情。

智能天線拓展Wi-Fi覆蓋范圍

第一、二代企業(yè)網(wǎng)Wi-Fi設(shè)備激起了人們對(duì)工作場(chǎng)所不受線纜束縛的極大興趣，但是沒(méi)有帶來(lái)許多廠商預(yù)期的高收入。最近幾家廠商希望用智能天線擴(kuò)大企業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)的覆蓋范圍，改善信號(hào)質(zhì)量，從而減少覆蓋工作區(qū)域的接入點(diǎn)數(shù)量。

多數(shù)Wi-Fi交換機(jī)和路由器的天線是"啞"天線，除了捕捉電子信號(hào)的能力外沒(méi)有其他智能。而智能天線能主動(dòng)搜索一個(gè)區(qū)域的Wi-Fi信號(hào)，可以把幾個(gè)弱信號(hào)混合成一個(gè)強(qiáng)信號(hào)。廣州飛瑞敖電子科技有限公司自主研發(fā)的WCS2410A系列光載無(wú)線交換機(jī)，融合了光纖通信及無(wú)線通信兩大技術(shù)是第三代WiFi企業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品，也是一新一代WLAN無(wú)線交換機(jī)。它采用模擬光纖通信技術(shù)及射頻交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了WiFi無(wú)線信號(hào)源的分布、交換、控制、遠(yuǎn)距離傳輸，覆蓋范圍可達(dá)5000米，而且它所有信號(hào)源都在本地產(chǎn)生。光載無(wú)線交換機(jī)它主要以企業(yè)級(jí)WiFi接入點(diǎn)作為無(wú)線互聯(lián)節(jié)點(diǎn)，以模擬光纖鏈路作為網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，以射頻開(kāi)關(guān)作為網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，將交互式寬帶無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，極大地拓寬了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的服務(wù)內(nèi)容。

由于WiFi的頻段在世界范圍內(nèi)是無(wú)需任何電信運(yùn)營(yíng)執(zhí)照的免費(fèi)頻段，因此WLAN無(wú)線設(shè)備提供了一個(gè)世界范圍內(nèi)可以使用的，費(fèi)用極其低廉且數(shù)據(jù)帶寬極高的無(wú)線空中接口。用戶(hù)可以在WiFi覆蓋區(qū)域內(nèi)快速瀏覽網(wǎng)頁(yè)，隨時(shí)隨地接聽(tīng)撥打電話(huà)。而其它一些基于WLAN的寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用，如流媒體、網(wǎng)絡(luò)游戲等功 能更是值得用戶(hù)期待。有了WiFi功能我們打長(zhǎng)途電話(huà)（包括國(guó)際長(zhǎng)途），瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)電子郵件、音樂(lè)下載、數(shù)碼照片傳遞等，再無(wú)需擔(dān)心速度慢和花費(fèi)高的問(wèn)題 WiFi是目前無(wú)線接入的主流標(biāo)準(zhǔn)，但是，WiFi會(huì)走多遠(yuǎn)呢？在Intel的強(qiáng)力支持下，WiFi已經(jīng)有了接班人。它就是全面兼容現(xiàn)有WiFi的WiMAX,對(duì)比于WiFi的802.11X標(biāo)準(zhǔn)，WiMAX就是802.16x.與前者相比，WiMAX具有更遠(yuǎn)的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度等等，預(yù)計(jì)會(huì)在未來(lái)幾年間成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主流標(biāo)準(zhǔn)，Intel計(jì)劃將來(lái)采用該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建設(shè)無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)。這相比于現(xiàn)時(shí)的無(wú)線局域網(wǎng)或城域網(wǎng)，是質(zhì)的變革，而且現(xiàn)有設(shè)備仍能得到支持，保護(hù)人們的每一分錢(qián)投資。 總而言之，家庭和小型辦公網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)對(duì)移動(dòng)連接的需求是無(wú)線局域網(wǎng)市場(chǎng)增長(zhǎng)的動(dòng)力，雖然到目前為止，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家仍然是目前WiFi用戶(hù)最多的地區(qū)，但隨著電子商務(wù)和移動(dòng)辦公的進(jìn)一步普及，廉價(jià)的WiFi,必將成為那些隨時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接用戶(hù)的必然之選。