碧玉年華的Wi-Fi如何解決成長的煩惱

　　不經意間，Wi-Fi誕生至今已經接近16年，會不會有些吃驚?但事實就是如此。如果將Wi-Fi比作一位女子，按照中國文化的表述，她已經到了最美的“碧玉之年”。Wi-Fi誕生之初時，網絡數據傳輸速率僅為11Mbps，而現在這一速率已經達到1Gbps以上，遠遠超出了最初的速率，而這一數字也即將被我們再次刷新。

　　與所有少女一樣，煩惱總是伴隨著成長，Wi-Fi的煩惱是什么?——全球移動數據流量在2013年增長高達83%，并且預計從2013年到2018年將增長近11倍。另外，對比起蜂窩數據，用戶更偏向使用Wi-Fi消費流媒體音樂和視頻等內容，這也使得移動運營商盡可能將廣域網(WAN)的流量分流到Wi-Fi上。同時在企業中，BYOD的趨勢使得企業網絡日漸面對繁重的Wi-Fi流量挑戰。

　　日前，Qualcomm創銳訊正式發布MU-MIMO白皮書《802.11ac MU-MIMO: 橋接Wi-Fi中的間隙》，全面詳細講解了MU-MIMO技術在Wi-Fi網絡中的實際需求、技術特性和優勢、設計注意事項等內容。

MU-MIMO如何工作?

　　目前市面上大多數Wi-Fi路由器和AP是采用單用戶多輸入多輸出(SU-MIMO)，這種技術采用低效時間槽協議，為多個客戶端提供單一時刻專用全速率Wi-Fi無線連接。通常，AP有3-4個天線，而大部分客戶端只有1-2個天線。因此，采用SU-MIMO時，客戶端不能支持全系列MIMO信道運行，而且很少用到AP的全部容量，因此造成了AP的極限性能浪費。多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)技術則可以賦予AP更多選擇以服務終端，使其有效利用總的可用容量，從而有效地橋接MIMO間隙。

　　與上一代無線網絡802.11n相比，802.11ac在發射波束成形和MU-MIMO功能上得到大幅改進，使其在性能和靈活性方面為無線局域網(WLAN)用戶帶來了巨大突破。如圖1所示，當采用SU-MIMO時，設備一次只向一個終端發射發送多個空間流;而 MU-MIMO允許將多個空間流同時分配給不同客戶端，增加了WLAN系統的總吞吐量和總容量。

　　圖1.SU-MIMO與MU-MIMO的對比

　　MU-MIMO利用發射波束成形，建立最多四個定向射頻(RF)鏈路。當MU-MIMO工作時，AP使用增強的波束成形技術，以最大能量向目標終端進行傳輸;同時通過調零來調小非目標終端方向的傳輸。這便是空間復用(Spatial Reuse)技術，它能夠為四個用戶中的每一位用戶提供專屬的全帶寬信道。

　　圖2.SU-MIMO和MU-MIMO運行方式

　　在圖2所示的例子中，有四個天線的802.11ac MU-MIMO AP能夠同時向一臺筆記本電腦、一部手機和兩部平板電腦各發送一個空間流。由于MU-MIMO網絡不要求其客戶端設備與該網絡上的其他客戶終端進行分時連接，減少每個終端的等待時間，從而大大提高網絡和客戶終端的反應速度。

　　MU-MIMO為最終用戶帶來了其他諸多益處。首先體現在網絡總容量的有效提高，通常可以增加2-3倍，從而實現對可用頻譜的高效利用。這對于鬧市區、公寓樓、企業網絡、熱點或其他擁擠環境中來說，優勢顯著。再者，MU-MIMO帶來的容量提升能夠允許系統支持更高流量，并橋接MIMO的間隙，使得Wi-Fi網絡能滿足高清視頻流、音頻和其他數據密集型應用所帶來的數據需求增加。另外，隨著MU客戶端效率提升2-3倍，網絡上將有更多空閑時間或容量來服務其他客戶端，這意味著傳統的客戶端也將從MU-MIMO中受益。

　　如何設計MU-MIMO解決方案?

　　根據白皮書內容，MU-MIMO的設計選擇和權衡集中在空間流數量和并發用戶數量兩個層面。從空間流數量角度看，802.11ac將SAT接收MIMO流的最大數目增加至8個，與802.11n標準相比，有效地將網絡吞吐量提高一倍。在并發用戶數量方面，Qualcomm創銳訊經過七年研究發現，支持三個并發用戶的4x4系統MU-MIMO性能和穩定性最佳。

　　因此，為MU-MIMO應用設計出一套實用芯片解決方案需要嚴謹的衡量和選擇。例如，當準備探測時，需要考慮如何從諸多候選終端中選擇，以及如何選擇MU的數據傳輸速率。而Qualcomm創銳訊已開發出了一套獨特的適用于調度，探測，分組與速率控制的算法。

　　圖3.MU-MIMO動態，優化吞吐量，覆蓋范圍和距離