你一定想不到！路由器穿墻能力的技術(shù)真相

jhddxb · 發(fā)表于 2017-6-2 18:56

在移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每個(gè)家庭都少不了路由器，路由器已經(jīng)成為家庭互聯(lián)網(wǎng)的中心，為手機(jī)電視等提供網(wǎng)絡(luò)接入，其性能好壞直接影響到了我們的生活質(zhì)量。

現(xiàn)在市場上的路由器的基本功能都沒問題，但信號的穿墻能力卻有較大差異。無論把路由器放在哪個(gè)房間，都會存在隔墻房間信號不好的問題，信號的斷續(xù)卡頓會嚴(yán)重影響使用體驗(yàn)。

有些路由器廠家瞄準(zhǔn)了這個(gè)痛點(diǎn)，打出了多天線和穿墻王的宣傳口號，天線從一根到兩根，現(xiàn)在已經(jīng)增加到了八根，好像一只躺著的螃蟹，給人以信號很強(qiáng)的感覺。

其實(shí)，天線的多少跟信號強(qiáng)弱并沒有直接關(guān)系，跟穿墻能力也沒有直接關(guān)系，這更多地是一種宣傳的噱頭，這個(gè)說法可能會令您吃驚，不妨聽我慢慢道來。

1、路由器的功率限制

高劑量的電磁輻射有可能會影響到人體健康，因此全球各個(gè)國家都有電磁輻射限值的標(biāo)準(zhǔn)，我國遵循的是《電磁輻射控制限值》（GB8702-2014）。

路由器的頻段屬于30MHz-3000MHz，根據(jù)國標(biāo)要求，對人體輻射限制的等效平面波功率密度為0.4瓦/平方米。

考察電磁輻射對人體的作用，不能使用設(shè)備本身的功率指標(biāo)，因?yàn)榧词乖俑吖β实脑O(shè)備，只要人體距離它足夠遠(yuǎn)就會安全，而即使功率不高的設(shè)備，如果緊貼人體也可能不安全，所以用單位面積的功率密度單位是科學(xué)的，這也是國際通用的指標(biāo)方法。

但是，使用功率密度標(biāo)準(zhǔn)也給了路由器廠家一個(gè)借口，當(dāng)政府監(jiān)察部門核查設(shè)備的輻射強(qiáng)度時(shí)，廠家可以借口說用戶距離路由器很遠(yuǎn)呢，雖然設(shè)備的輻射功率很大，但作用到人體的功率密度并沒有超過0.4瓦/平方米。

路由器的電磁波基本是全向輻射的，可以理解其能量散布在一定半徑的球面上，球表面積與半徑的平方成正比，所以單位面積的功率密度值會隨著半徑的平方率而快速衰減。如果政府部門不對人體與路由器的距離做出官方解讀，那廠家的借口還真說的通。

于是工信部對路由器等設(shè)備的輻射功率值作出了明確限定，因?yàn)槁酚善骰臼侨蜉椛涞?，天線增益比較小，所以適用于第一種情況，即輻射功率不得超過100毫瓦。

按照100毫瓦和0.4瓦/平方米這兩個(gè)限值倒推，可以算出政府認(rèn)定人體與路由器的距離是0.2米之內(nèi)，這說明政府制定的安全標(biāo)準(zhǔn)是非常保守謹(jǐn)慎的。

有些路由器具有“穿墻模式”，其真相就是平時(shí)工作在50毫瓦，當(dāng)用戶啟動穿墻模式時(shí)，就將功率提升到100毫瓦，其效果并不比其它工作在100毫瓦的路由器更強(qiáng)。

政府限定了路由器的輻射功率，因此設(shè)置再多的天線也沒有意義，好比是水管的總流量已經(jīng)被限定了，即使你裝了8個(gè)水龍頭，總出水量也不會有絲毫的增加。

有人會質(zhì)疑，即使多天線的輻射并沒有明顯優(yōu)勢，那多根天線同時(shí)接收信號，那接收效果不是成倍提高嗎？這其實(shí)也是誤解，

真相是接收信號的關(guān)鍵在于“信噪比”，即信號功率與噪聲功率的比值越大越好，而由于多根天線的距離很近，每根接收的信號和噪聲基本都一樣，累加起來并不會有效提高信噪比。

2、穿墻能力取決于“接收”

上節(jié)說到的“穿墻模式”是把輻射功率提高到頂格的100毫瓦，但加大輻射功率就能提高穿墻能力嗎？答案依然是否定的。

工信部對路由器與人體距離的設(shè)定是0.2米之內(nèi)，而手機(jī)卻是緊貼人體的，在手機(jī)在與路由器通信過程中，手機(jī)的輻射功率通常會小于路由器。

假設(shè)路由器工作在100毫瓦，其輻射信號穿透兩堵混凝土墻到達(dá)了手機(jī)，但手機(jī)的信號相對較弱，并沒有傳回給路由器，因此同樣會出現(xiàn)卡頓的情況。

所以說，路由器穿墻能力并不取決于其輻射功率，更多地取決于路由器對低信噪比弱信號的接收能力，這才是信號穿墻能力的真相。

3、檢錯(cuò)重發(fā)與前向糾錯(cuò)

這個(gè)小標(biāo)題的兩個(gè)術(shù)語可能令您發(fā)懵，但其含義非常簡單，幾句話就能讓您明白，而且這兩個(gè)術(shù)語的區(qū)別是路由器解決卡頓問題的關(guān)鍵。

路由器與手機(jī)之間的通信，由于墻體對信號的衰減和雜波的干擾，不可避免地會出現(xiàn)接收錯(cuò)誤的情況。當(dāng)接收方檢查出錯(cuò)誤后怎么辦？通常的辦法是把這一大段再重發(fā)一遍，這就是“檢錯(cuò)重發(fā)”，一般路由器就是這樣工作的，這也是信號不好導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)卡頓的原因。

如果您只是玩微博微信，檢錯(cuò)重發(fā)導(dǎo)致的卡頓沒啥關(guān)系，但看視頻卡頓就會影響體驗(yàn)了，影響最大的是網(wǎng)絡(luò)游戲，微小的卡頓都可能葬送大好局面，從而成為朋友眼中的豬隊(duì)友。

既然接收錯(cuò)誤的不可避免的，那網(wǎng)絡(luò)卡頓就沒辦法了嗎？其實(shí)是有辦法的，那就是“前向糾錯(cuò)”。

請看上圖的紅色監(jiān)督碼元，它們與信息碼元有什么規(guī)律？如果您仔細(xì)觀察，就會發(fā)現(xiàn)由于紅色碼元的出現(xiàn)，使得每一行和每一列的"1"的個(gè)數(shù)都是偶數(shù)。

那這又有什么用呢？當(dāng)信息碼元在傳輸中出現(xiàn)了一位錯(cuò)誤，接收方在逐行逐列檢查“1”個(gè)數(shù)時(shí)，會發(fā)現(xiàn)第二行和第五列的“1”個(gè)數(shù)變成奇數(shù)了，這就說明是第二行和第五列的交叉點(diǎn)碼元錯(cuò)了。然后把“1”“0”互換，這就實(shí)現(xiàn)了前向糾錯(cuò)。

這種前向糾錯(cuò)模式是奇偶校驗(yàn)，當(dāng)遇到個(gè)別錯(cuò)誤時(shí)，不需要停下來重新發(fā)送，而是在接收端通過算法進(jìn)行快速的糾錯(cuò)，這就可以避免了因接收錯(cuò)碼而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)卡頓現(xiàn)象。

路由器的技術(shù)和形態(tài)不斷進(jìn)步，像螃蟹腿那樣的多天線已經(jīng)落伍了，最近發(fā)布的榮耀路由X1系列引領(lǐng)了技術(shù)潮流，它摒棄了過時(shí)的多天線設(shè)計(jì)，采用了強(qiáng)調(diào)弱信號接收能力的內(nèi)置天線，并使用LDPC碼實(shí)現(xiàn)了前向糾錯(cuò)。

內(nèi)行人都知道，設(shè)計(jì)像螃蟹腿那樣的外置天線很容易，而設(shè)計(jì)內(nèi)置天線則比較困難，內(nèi)置天線代替外置天線是技術(shù)發(fā)展趨勢，例如當(dāng)年的手機(jī)天線就是外置的，現(xiàn)在已經(jīng)絕跡了。

特別是技術(shù)人員在設(shè)計(jì)射頻部分時(shí)使用了干擾仿真技術(shù)，對射頻干擾進(jìn)行了預(yù)先主動抑制，從而成倍地提高了接收信號的信噪比，使用這種技術(shù)的企業(yè)在全球范圍內(nèi)不超過兩家。

前面分析了奇偶校驗(yàn)碼可以有效避免了卡頓，而LDPC就是低密度奇偶校驗(yàn)碼，而且是公認(rèn)的接近香農(nóng)限的好碼。香農(nóng)限又是個(gè)什么東西呢？香農(nóng)是信息論之父，他用數(shù)學(xué)構(gòu)建了眾多通信原理的極限，如果實(shí)際工程能接近這些極限，就說明工程已經(jīng)做到了極致。

您可能要問，既然通信界都知道LDPC碼是頂級好碼，為什么別的廠家不用呢？這是個(gè)好問題，也是我從事通信專業(yè)20多年來感觸最深的問題。

以我的經(jīng)驗(yàn)為例，我可以在課堂上分析LDPC碼的原理，計(jì)算其優(yōu)越的性能，而且保證講的都對，但這終歸是紙上談兵，若讓我搞具體工程的話就不行了，甚至起步都很艱難。

LDPC碼的原理很清楚，但工程實(shí)現(xiàn)非常艱難，而且它還有個(gè)特點(diǎn)，要想發(fā)揮其優(yōu)勢則必須有卓越的工程設(shè)計(jì)能力，如果工程設(shè)計(jì)能力不足，那效果就會不如普通碼。好比是82斤的青龍偃月刀是個(gè)頂級武器，但如果你的力量和武藝不夠，那反而會被其所害，不如使用一柄匕首更合適。

榮耀的背后是華為技術(shù)團(tuán)隊(duì)，華為是全球通信技術(shù)領(lǐng)軍者，去年底華為主推的Polar碼入選5G標(biāo)準(zhǔn)，得到了短碼控制信道，他們這次率先將LDPC碼用在了路由器，在很大程度上解決了路由器卡頓現(xiàn)象，鑒于他們?nèi)蝾I(lǐng)先的通信工程能力，這并不令人奇怪。值得說下，榮耀將這些技術(shù)普及到百元路由器檔位，無疑將引領(lǐng)路由器行業(yè)的革新。

路由器的價(jià)格很便宜，但在家庭互聯(lián)網(wǎng)中的作用卻很重要，它涉及到的技術(shù)也不簡單，榮耀路由X1所采用的內(nèi)置天線和LDPC碼，引領(lǐng)了路由器設(shè)計(jì)的新趨勢。

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『本文摘自于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有！』

lopeztang · 發(fā)表于 2017-6-2 19:27

感謝樓主分享，這個(gè)看起來不錯(cuò)哦

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