第六期-智能天线【WLAN从入门到精通之常用语】

随着无线通信的发展，Wi-Fi传输的物理速率也在高速提升，物理层速率的提升需要良好的无线环境的支撑。但是在实际应用中，复杂的无线环境常常会造成弱信号或者没有信号覆盖。为了提升无线环境的质量，智能天线技术被引入到了Wi-Fi系统中，用来改善无线覆盖的问题，提升无线用户的用户体验。

在WLAN领域，智能天线的实现一般分为两种：

• 芯片方式

芯片实现的方式是802.11协议的一部分，在协议中被称为波束成形。具体请参见波束成形。

• 天线阵列+天线选择算法

天线阵列实现方式是一种波束切换技术，利用具有多个硬件天线的天线阵列，通过天线选择算法智能地从中选择多个天线振子进行信号的发射和接收，不同天线的组合可以形成不同的信号发射方向，从而为处于不同位置的STA选择最佳的天线组合，提高信号接收质量，提升系统的吞吐量。

通过天线阵列实现的智能天线技术主要分为智能天线阵列和天线选择算法两个方面。

智能天线阵列

智能天线阵列，即天线阵列的硬件设计，是由一系列的天线振子排列组合而成的阵列，排列方式与天线振子本身的增益、极化方式和方向图等相关，但一般都要求天线振子之间的间距需要一定的间距要求，以满足相关性和隔离度的要求。

每个天线振子可以是全向天线，也可以是定向天线。天线振子的数量决定了最终形成的波束的数量。

AP下关联的STA可能会从任意方位进入AP的覆盖区域，所以在上行方向AP使用全向接收的方式以保证覆盖区域内STA的接入。同时，对于下行的广播报文也需要在整个覆盖区域内全向发射。当STA关联AP后，AP会通过天线选择算法选择最佳的天线组合与STA进行通信。

天线选择算法

天线选择算法，即如何选择天线阵列里的天线。

这里从三种场景来介绍不同场景下是如何选择天线阵列里的天线的。

• STA首次关联进行天线选择

a. STA关联后，使用默认天线进行速率选择。利用AP发送给STA的报文进行统计，选择发包成功数最多的速率作为初始探测速率。

b. 使用初始探测速率，探测不同的天线组合，选择当前速率下最佳的天线组合。

遍历所有天线组合，计算出不同天线组合对应的PER（误包率）和RSSI（信号强度）：找出PER最小的天线组合，如果PER相同，选择RSSI最好的天线组合。

c. 对速率进行修正，选择最佳的速率与天线组合。

当初始速率遍历得到的天线组合对应的PER能满足阈值条件，则使用更高的速率再次进行探测，直至选择到最佳的速率和天线组合。

• 事件触发进行天线选择

当无线环境发生了较大的改变时，例如干扰增加或消失、STA位置移动等，需要及时触发天线探测，选择新的天线组合。天线选择方法与STA首次关联时相同，通过重新选择，选出最佳的天线组合和速率发送数据。

• 周期触发进行天线选择

由于无线信道的随机性或者经过一段时间后无线环境发生了变化，即使PER和RSSI等没有明显的变化，但是还是有可能存在更好的天线组合，此时，可以通过周期性触发天线探测来选择更好的天线组合。

在探测时间内，AP使用每个天线组合发送探测报文，以采集不同天线组合的工作情况，从而选出一个最佳的天线组合，在接下来的探测间隔时间内使用。最佳天线组合的判断标准为PER和RSSI，当用户探测间隔到达后，AP遍历所有天线组合，并根据PER比较结果刷新最优天线组合。