路由器穿墙能力的技术真相

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在移动互联网时代，每个家庭都少不了路由器，路由器已经成为家庭互联网的中心，为手机电视等提供网络接入，其性能好坏直接影响到了我们的生活质量。

现在市场上的路由器的基本功能都没问题，但信号的穿墙能力却有较大差异。无论把路由器放在哪个房间，都会存在隔墙房间信号不好的问题，信号的断续卡顿会严重影响使用体验。

有些路由器厂家瞄准了这个痛点，打出了多天线和穿墙王的宣传口号，天线从一根到两根，现在已经增加到了八根，好像一只躺着的螃蟹，给人以信号很强的感觉。

​其实，天线的多少跟信号强弱并没有直接关系，跟穿墙能力也没有直接关系，这更多地是一种宣传的噱头，这个说法可能会令您吃惊，不妨听我慢慢道来。

1、路由器的功率限制

高剂量的电磁辐射有可能会影响到人体健康，因此全球各个国家都有电磁辐射限值的标准，我国遵循的是《电磁辐射控制限值》（GB8702-2014）。

​路由器的频段属于30MHz-3000MHz，根据国标要求，对人体辐射限制的等效平面波功率密度为0.4瓦/平方米。

​考察电磁辐射对人体的作用，不能使用设备本身的功率指标，因为即使再高功率的设备，只要人体距离它足够远就会安全，而即使功率不高的设备，如果紧贴人体也可能不安全，所以用单位面积的功率密度单位是科学的，这也是国际通用的指标方法。

但是，使用功率密度标准也给了路由器厂家一个借口，当***监察部门核查设备的辐射强度时，厂家可以借口说用户距离路由器很远呢，虽然设备的辐射功率很大，但作用到人体的功率密度并没有超过0.4瓦/平方米。

​路由器的电磁波基本是全向辐射的，可以理解其能量散布在一定半径的球面上，球表面积与半径的平方成正比，所以单位面积的功率密度值会随着半径的平方率而快速衰减。如果***部门不对人体与路由器的距离做出官方解读，那厂家的借口还真说的通。

于是工信部对路由器等设备的辐射功率值作出了明确限定，因为路由器基本是全向辐射的，天线增益比较小，所以适用于第一种情况，即辐射功率不得超过100毫瓦。

​按照100毫瓦和0.4瓦/平方米这两个限值倒推，可以算出***认定人体与路由器的距离是0.2米之内，这说明***制定的安全标准是非常保守谨慎的。

有些路由器具有“穿墙模式”，其真相就是平时工作在50毫瓦，当用户启动穿墙模式时，就将功率提升到100毫瓦，其效果并不比其它工作在100毫瓦的路由器更强。

***限定了路由器的辐射功率，因此设置再多的天线也没有意义，好比是水管的总流量已经被限定了，即使你装了8个水龙头，总出水量也不会有丝毫的增加。

有人会质疑，即使多天线的辐射并没有明显优势，那多根天线同时接收信号，那接收效果不是成倍提高吗？这其实也是误解。

真相是接收信号的关键在于“信噪比”，即信号功率与噪声功率的比值越大越好，而由于多根天线的距离很近，每根接收的信号和噪声基本都一样，累加起来并不会有效提高信噪比。

​2、穿墙能力取决于“接收”

上节说到的“穿墙模式”是把辐射功率提高到顶格的100毫瓦，但加大辐射功率就能提高穿墙能力吗？答案依然是否定的。

工信部对路由器与人体距离的设定是0.2米之内，而手机却是紧贴人体的，在手机在与路由器通信过程中，手机的辐射功率通常会小于路由器。

假设路由器工作在100毫瓦，其辐射信号穿透两堵混凝土墙到达了手机，但手机的信号相对较弱，并没有传回给路由器，因此同样会出现卡顿的情况。

​所以说，路由器穿墙能力并不取决于其辐射功率，更多地取决于路由器对低信噪比弱信号的接收能力，这才是信号穿墙能力的真相。

3、检错重发与前向纠错

这个小标题的两个术语可能令您发懵，但其含义非常简单，几句话就能让您明白，而且这两个术语的区别是路由器解决卡顿问题的关键。

路由器与手机之间的通信，由于墙体对信号的衰减和杂波的干扰，不可避免地会出现接收错误的情况。当接收方检查出错误后怎么办？通常的办法是把这一大段再重发一遍，这就是“检错重发”，一般路由器就是这样工作的，这也是信号不好导致网络卡顿的原因。

如果您只是玩微博微信，检错重发导致的卡顿没啥关系，但看视频卡顿就会影响体验了，影响最大的是网络游戏，微小的卡顿都可能葬送大好局面，从而成为朋友眼中的猪队友。

既然接收错误的不可避免的，那网络卡顿就没办法了吗？其实是有办法的，那就是“前向纠错”。

​请看上图的红色监督码元，它们与信息码元有什么规律？如果您仔细观察，就会发现由于红色码元的出现，使得每一行和每一列的"1"的个数都是偶数。

那这又有什么用呢？当信息码元在传输中出现了一位错误，接收方在逐行逐列检查“1”个数时，会发现第二行和第五列的“1”个数变成奇数了，这就说明是第二行和第五列的交叉点码元错了。然后把“1”“0”互换，这就实现了前向纠错。

​这种前向纠错模式是奇偶校验，当遇到个别错误时，不需要停下来重新发送，而是在接收端通过算法进行快速的纠错，这就可以避免了因接收错码而产生的网络卡顿现象。

路由器的技术和形态不断进步，像螃蟹腿那样的多天线已经落伍了，最近发布的荣耀路由X1系列引领了技术潮流，它摒弃了过时的多天线设计，采用了强调弱信号接收能力的内置天线，并使用LDPC码实现了前向纠错。

内行人都知道，设计像螃蟹腿那样的外置天线很容易，而设计内置天线则比较困难，内置天线代替外置天线是技术发展趋势，例如当年的手机天线就是外置的，现在已经绝迹了。

​特别是技术人员在设计射频部分时使用了干扰仿真技术，对射频干扰进行了预先主动抑制，从而成倍地提高了接收信号的信噪比，使用这种技术的企业在全球范围内不超过两家。

前面分析了奇偶校验码可以有效避免了卡顿，而LDPC就是低密度奇偶校验码，而且是公认的接近香农限的好码。香农限又是个什么东西呢？香农是信息论之父，他用数学构建了众多通信原理的极限，如果实际工程能接近这些极限，就说明工程已经做到了极致。

​您可能要问，既然通信界都知道LDPC码是顶级好码，为什么别的厂家不用呢？这是个好问题，也是我从事通信专业20多年来感触最深的问题。

以我的经验为例，我可以在课堂上分析LDPC码的原理，计算其优越的性能，而且保证讲的都对，但这终归是纸上谈兵，若让我搞具体工程的话就不行了，甚至起步都很艰难。

LDPC码的原理很清楚，但工程实现非常艰难，而且它还有个特点，要想发挥其优势则必须有卓越的工程设计能力，如果工程设计能力不足，那效果就会不如普通码。好比是82斤的青龙偃月刀是个顶级武器，但如果你的力量和武艺不够，那反而会被其所害，不如使用一柄匕首更合适。

荣耀的背后是华为技术团队，华为是全球通信技术领军者，去年底华为主推的Polar码入选5G标准，得到了短码控制信道，他们这次率先将LDPC码用在了路由器，在很大程度上解决了路由器卡顿现象，鉴于他们全球领先的通信工程能力，这并不令人奇怪。值得说下，荣耀将这些技术普及到百元路由器档位，无疑将引领路由器行业的革新。

​路由器的价格很便宜，但在家庭互联网中的作用却很重要，它涉及到的技术也不简单，荣耀路由X1所采用的内置天线和LDPC码，引领了路由器设计的新趋势。

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