什麼是波束成形？它如何提高 Wi-Fi 速度？

已發表: 2022-12-21

了解所有可以加快 Wi-Fi 速度的知識是有意義的，對吧？

我們都在尋找覆蓋整個房子並提供我們的 ISP 保證的互聯網速度的理想 Wi-Fi。然而，為了實現這個夢想，Wi-Fi 技術對於將信號直接傳送到我們的小工具而沒有任何衰減是必不可少的。

這就是波束成形的用武之地——但它到底是什麼，它能讓您的 Wi-Fi 速度更快嗎？那我們就來一探究竟吧。

為什麼需要波束成形，它是什麼？

在討論波束成形及其優勢之前，了解傳統 Wi-Fi 路由器如何傳輸數據至關重要。

你看，傳統的路由器通過無線電波發送數據。這些波由路由器使用多個天線生成並發送到您的設備。這些天線可能隱藏在路由器內部，也可能從路由器的各個方向伸出，使路由器看起來像一個變壓器。

大多數時候，這些天線向各個方向均勻地傳播波，產生的波類似於石頭撞擊水面的圖案。由於路由器的電波，您的小工具可以連接到互聯網。然而，這些波的強度隨著距離的增加而減弱。由於波強度下降，您設備的互聯網速度會下降，而波束成形可以幫助您解決這個問題。

你看，全向波是由不提供波束成形的 Wi-Fi 路由器發送的。相比之下，波束成形將無線電波引向您的設備，而不是分散它們。這種集中策略允許波傳播得更遠，因為能量不會分散在整個空氣中，從而提高信號強度和更快的數據速率。

但是這些能量束是如何被路由器聚焦的呢？它怎麼知道你的小工具在哪裡？

如前所述，您的路由器使用天線產生無線電波。這些天線通常可以以一致的方式發射能量。因此，路由器採用乾涉的概念來產生導波束。

當兩個或多個波發生碰撞時，干擾就是由此產生的波幅的變化。根據波的相位，波幅的這種波動可能是正的也可能是負的。因此，當兩個波發生碰撞時，它們會產生兩個區域：一個信號強，另一個信號弱。

波強的這種變化使波束成形成為可能。

因此，當路由器希望向您的設備發送一束無線電能量時，它會在不同的時間或階段通過每個天線發送無線電波。由於時間和相位的差異，波被引導到您的設備，從而增強了 Wi-Fi。

這就引出了第二個問題：您的路由器如何知道您設備的位置？我們需要檢查各種波束形成類型以理解它們。

在了解 Wi-Fi 路由器如何發送無線電波後，我們現在可以檢查它如何確定其位置。您的 Wi-Fi 有兩個選項來處理當前任務。

路由器與您的設備連接，以確定其在這種波束成形中的空間位置。因此，路由器和您的設備都必須支持顯式波束成形才能發揮作用。否則，您的設備和路由器將無法交換波束成形數據，這將禁用它。

顯式波束成形通過向您的設備發送獨特的波束成形數據包來運行。小工具使用此信息來計算轉向矩陣。路由器使用此數據通過採用上述干擾思想來產生波束。

隱式波束成形與顯式波束成形相反，即使您的設備不支持它，它仍然可以正常工作。路由器向設備發送波束成形數據包以啟用這種波束成形，但設備不會向路由器發送控制矩陣。相反，路由器使用確認數據包來分析設備接收到的信號模式。

您會看到，每當連接到 Wi-Fi 網絡的設備收到數據包時，它都會發送一個確認包以表明它已經這樣做了。如果沒有收到數據，確認幀請求路由器再次發送它。基於這些請求，路由器可以確定設備的位置並使用波束成形來修改無線電波並提高傳輸效率。

由於設備會將精確的設備位置傳達給路由器，因此顯式波束成形比隱式波束成形更有效。

如前所述，波束成形通過增強到達您設備的無線電信號來增強無線連接。儘管如此，它也使 MIMO 技術成為可能。 MIMO 代表多個輸入和多個輸出，使您的路由器能夠同時向您的設備傳送多個數據流。

數據包通過傳統路由器在全向波上傳輸，因此無法同時向設備發送多個波。波束成形則相反，因為路由器可以使用多個波束成形波廣播多個數據流。

就技術而言，Wi-Fi 是無與倫比的。您可能很難理解您所獲得的 Wi-Fi 的功能，因為每年都會發佈如此多的協議和技術進步。

下面列出了各種 Wi-Fi 協議支持的 Wi-Fi 技術並進行了簡要說明：

802.11a/b/g ：這些 Wi-Fi 協議 802.11a/b/g 不提供波束成形。因此，如果您當前的路由器正在破壞這些協議，則您必須獲得支持更新協議的路由器。
802.21n： MIMO 和波束成形在 802.11n 標準中首次引入。但是，由於該協議提供了兩種實現顯式波束成形的方法，因此大多數 Wi-Fi 路由器製造商選擇使用隱式波束成形。因此，大多數 802.11n 路由器都支持隱式波束成形。波束成形和 MIMO 是 802.11n 協議的可選功能，並且由於計算上實現它們的難度很大，因此大多數製造商沒有將它們包含在他們的路由器中。
802.11ac wave 1 ：該協議僅指定了一種執行顯式波束成形的方法，並進一步改進了波束成形。這使製造商不必使用單獨的實施技術，而這使得波束成形和 MIMO 變得普遍。
802.11ac wave 2： MU-MIMO 最初是在 802.11ac wave 2 規範中引入的。
802.11ax： 802.11ax 協議（有時稱為 Wi-Fi 6）使 MU-MIMO 變得更好，它同時支持上行鏈路和下行鏈路。

通過波束成形增強信號強度，這也使 MIMO 和 MU-MIMO 成為可能。這些選項通過提高數據傳輸速率使您的路由器更快。該技術的影響在距離譜的中心最為明顯，因此波束成形並不是可以讓 Wi-Fi 覆蓋極遠距離的魔杖。