撰写于2012年2月23日
作者：silex Wi-Fi专家

至今为止的系列中，我们主要讲解了从“通信距离的延申”来了解的电磁波的传递公式和天线的基础。而本期我们会稍微说明“距离”“强度”“灵敏度”以外的传播的阻碍原因。本期的题目为“多路径与盲区”。

多路径
所谓的多路径(Multipass)是电磁波通过多条路径进行多重传递的现象。“多路径”指直接波和反射波，反射波还包括“天花板反射波”“地板反射波”“墙壁反射波”等多条路径。而在接收侧，这些反射波会作为合成的信号被接收。
多路径的问题在于，由于各路径的传递路径的长度不同，接收点处的信号会以少量时间差合成波形。还记得已经成为过去用语的模拟电视中出现过“ghost”吗?这是由于向电视接收端发送的电波以多路径的时间差到达，所以具有时间差的多个影像重叠显示的现象。 在无线局域网这样的高速通信中，多路径是阻碍通信速度提高的最大障碍。单位时间所承载的信息量(信号密度)越高，就越容易出现前后信号相互重叠、模糊不清的现象。这种现象被称为信号间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI)。想象一下在像隧道这样有巨大回音的空间里，大声地、且快速地说话的样子，就很容易理解了。如果他不一字一句的说，那么只会发出“汪汪”的声音，让人听不懂他在说什么。 在802.11 b之前采用的扩频方式(DSSS)中，通过用伪随机数来扩频每小时的信号变化可以减少信号间干扰的影响，并且可以通过自相关运算来检测原信号和多路径信号间的延迟，使用一种可以同步延迟后进行逆行扩散，并进行合成的“莱克（Rake）接收”的巧妙电路。因为莱克电路过于精巧，所以想要简单说明有点困难。但是不管怎么说，现在的无线局域网已经不常用Rake技术了，所以这次就不多说了。
802.11a/g以后，在多个载波上同时承载并传输信息的多载波方式的OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频分多路调制…关于这一点，我也会尝试进行总结说明)。OFDM 在其性质上比Rake电路的实现会很难，但另一方面，即使减少每一个载波的时间信息密度，对通信速度的影响也很少，因此，在有效信息(信号)的前后配置空闲时间，为了避免通过多路径偏移到达的信号重叠下一个信号，采用了名为“保护间隔”(Guard Interval)的多路径对策。802.11a/b/g时的保护间隔时间为0.8μs，802.11n时为了提高速度缩短为0.4μs。后者通常被简称为“Short GI”。

盲区
多路径的时间差和波长的 1/2一致的时候，由于波的正极方和负极方互相抵消，所以此时的接收信号强度会明显变小。此现象用专业属于被称为“多路径衰减”现象，而一般是被称为“盲区”。
如果发生多路径衰减现象的话，原信号本身会变弱，所以无法支持Rake合成或保护间隔。室外的多路径现象虽然是受建筑物等比较大，反射要因等的强烈影响，在无线局域网使用的室内环境中，反射因素会很多、复杂得多，而且由于门的开关、人员和器材的移动等原因，反射路径也会随时发生变化，所以就会出现通信状态良好的情况突然变得不太好(反之亦然)等的现象。盲区的接收强度变化取决于环境，有时甚至达到10到20db，而且只要移动5到10cm，盲区就会出现或消失。
盲区的测量例子如下图所示。这是将一根3dbi天线连接到PC上，在室内约10m外处安置的5.2GHz接入点的信号强度在2处测试，并且以每隔3分钟(距离18cm)测量后的结果。前半段有宽度10db以上的强度变化，平均接收强度- 55db左右，后半段只移动了18cm，平均接收强度- 45db，强度变化也在10db以内。而前半段的状态就是“盲区”。
  天线分集
对于盲区的特效药，有针对盲区点的特效药是预先设置多根(一般是2根)距离远的天线，使用接收强度强的天线。这就是所谓的分集(Diversity)，准确地说是“空间天线分集(Spatial Antenna Diversity)”。
802.11n之前的WiFi设备都有两根天线，就是为了适应这种分集。有一定距离的2个天线都进入盲区的概率与一个天线进入盲区的概率相比明显更低(注)，因此可以期待稳定的接收性能。
(注) 例如天线进入盲区的概率一律视为30%的话，两根天线都进入盲区的概率会降低到3x0.3=9%。
 
802.11n之后的MIMO (Multi-In Multi-Out) 技术是为了高速化而导入的技术，但此技术对于多路径对策也是非常有效果的。虽然分集天线只需选择“条件良好的天线”，但在单流模式下使用MIMO接收时，可以将两个天线的接收信号进行相位组合。假设天线的信号强度为0.3和0.6，那么分集天线会只使用0.6强度的天线，0.3强度的天线是不使用的，而在MIMO技术中可以使用0.3加上0.6的0.9信号强度。我们把此现象称为MRC(Maximum Ratio Combining; 最大比合成)。

总结
本系列原本讲述的是偏向于远距离通信时的问题，但本期讲的内容是“即使是近距离，通信也不一定稳定”。Rake也好，分集天线也好，MRC也好，无线局域网装置虽然搭载了可以避免多路径混杂和盲点等的巧妙的机制，但即便如此，也会根据时间和场合的不同导致产品的性能变得不好，我想很多人都有过这种经历吧。那么究竟是根据什么样的“时间和场合”来判断原因，并采取适当的对策呢，也是因为对方是看不见的电波，所以判断等也会变得相当麻烦，所以在此就需要各厂商的经验和技巧来判断了。