碧玉年华的Wi-Fi如何解决成长的烦恼

　　不经意间，Wi-Fi诞生至今已经接近16年，会不会有些吃惊?但事实就是如此。如果将Wi-Fi比作一位女子，按照中国文化的表述，她已经到了最美的“碧玉之年”。Wi-Fi诞生之初时，网络数据传输速率仅为11Mbps，而现在这一速率已经达到1Gbps以上，远远超出了最初的速率，而这一数字也即将被我们再次刷新。

　　与所有少女一样，烦恼总是伴随着成长，Wi-Fi的烦恼是什么?——全球移动数据流量在2013年增长高达83%，并且预计从2013年到2018年将增长近11倍。另外，对比起蜂窝数据，用户更偏向使用Wi-Fi消费流媒体音乐和视频等内容，这也使得移动运营商尽可能将广域网(WAN)的流量分流到Wi-Fi上。同时在企业中，BYOD的趋势使得企业网络日渐面对繁重的Wi-Fi流量挑战。

　　日前，Qualcomm创锐讯正式发布MU-MIMO白皮书《802.11ac MU-MIMO: 桥接Wi-Fi中的间隙》，全面详细讲解了MU-MIMO技术在Wi-Fi网络中的实际需求、技术特性和优势、设计注意事项等内容。

MU-MIMO如何工作?

　　目前市面上大多数Wi-Fi路由器和AP是采用单用户多输入多输出(SU-MIMO)，这种技术采用低效时间槽协议，为多个客户端提供单一时刻专用全速率Wi-Fi无线连接。通常，AP有3-4个天线，而大部分客户端只有1-2个天线。因此，采用SU-MIMO时，客户端不能支持全系列MIMO信道运行，而且很少用到AP的全部容量，因此造成了AP的极限性能浪费。多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术则可以赋予AP更多选择以服务终端，使其有效利用总的可用容量，从而有效地桥接MIMO间隙。

　　与上一代无线网络802.11n相比，802.11ac在发射波束成形和MU-MIMO功能上得到大幅改进，使其在性能和灵活性方面为无线局域网(WLAN)用户带来了巨大突破。如图1所示，当采用SU-MIMO时，设备一次只向一个终端发射发送多个空间流;而 MU-MIMO允许将多个空间流同时分配给不同客户端，增加了WLAN系统的总吞吐量和总容量。

　　图1.SU-MIMO与MU-MIMO的对比

　　MU-MIMO利用发射波束成形，建立最多四个定向射频(RF)链路。当MU-MIMO工作时，AP使用增强的波束成形技术，以最大能量向目标终端进行传输;同时通过调零来调小非目标终端方向的传输。这便是空间复用(Spatial Reuse)技术，它能够为四个用户中的每一位用户提供专属的全带宽信道。

　　图2.SU-MIMO和MU-MIMO运行方式

　　在图2所示的例子中，有四个天线的802.11ac MU-MIMO AP能够同时向一台笔记本电脑、一部手机和两部平板电脑各发送一个空间流。由于MU-MIMO网络不要求其客户端设备与该网络上的其他客户终端进行分时连接，减少每个终端的等待时间，从而大大提高网络和客户终端的反应速度。

　　MU-MIMO为最终用户带来了其他诸多益处。首先体现在网络总容量的有效提高，通常可以增加2-3倍，从而实现对可用频谱的高效利用。这对于闹市区、公寓楼、企业网络、热点或其他拥挤环境中来说，优势显着。再者，MU-MIMO带来的容量提升能够允许系统支持更高流量，并桥接MIMO的间隙，使得Wi-Fi网络能满足高清视频流、音频和其他数据密集型应用所带来的数据需求增加。另外，随着MU客户端效率提升2-3倍，网络上将有更多空闲时间或容量来服务其他客户端，这意味着传统的客户端也将从MU-MIMO中受益。

　　如何设计MU-MIMO解决方案?

　　根据白皮书内容，MU-MIMO的设计选择和权衡集中在空间流数量和并发用户数量两个层面。从空间流数量角度看，802.11ac将SAT接收MIMO流的最大数目增加至8个，与802.11n标准相比，有效地将网络吞吐量提高一倍。在并发用户数量方面，Qualcomm创锐讯经过七年研究发现，支持三个并发用户的4x4系统MU-MIMO性能和稳定性最佳。

　　因此，为MU-MIMO应用设计出一套实用芯片解决方案需要严谨的衡量和选择。例如，当准备探测时，需要考虑如何从诸多候选终端中选择，以及如何选择MU的数据传输速率。而Qualcomm创锐讯已开发出了一套独特的适用于调度，探测，分组与速率控制的算法。

　　图3.MU-MIMO动态，优化吞吐量，覆盖范围和距离