【導讀】與所有少女一樣，煩惱總是伴隨著成長，Wi-Fi的煩惱是什么？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的流量分流到Wi-Fi上。同時在企業(yè)中，BYOD的趨勢使得企業(yè)網絡日漸面對繁重的Wi-Fi流量挑戰(zhàn)。
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(yè)中，BYOD的趨勢使得企業(yè)網絡日漸面對繁重的Wi-Fi流量挑戰(zhàn)。
日前，Qualcomm創(chuàng)銳訊正式發(fā)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(yōu)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(xié)議，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(fā)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(fā)射發(fā)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(tǒng)的總吞吐量和總容量。
圖1.SU-MIMO與MU-MIMO的對比
MU-MIMO利用發(fā)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(fā)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(qū)、公寓樓、企業(yè)網絡、熱點或其他擁擠環(huán)境中來說，優(yōu)勢顯著。再者，MU-MIMO帶來的容量提升能夠允許系統(tǒng)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(tǒng)的客戶端也將從MU-MIMO中受益。
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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(fā)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(fā)用戶數量方面，Qualcomm創(chuàng)銳訊經過七年研究發(fā)現，支持三個并發(fā)用戶的4x4系統(tǒng)MU-MIMO性能和穩(wěn)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(chuàng)銳訊已開發(fā)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(tài)，優(yōu)化吞吐量，覆蓋范圍和距離
具體來講，在調度時，Qualcomm創(chuàng)銳訊采取的算法能夠根據客戶端的流量分布、服務質量（QoS）要求，以及客戶端的時間公平性來調度傳輸，以最大限度提高網絡容量；在分組時，根據每個MU客戶端的流量類型，從候選MU客戶端中合理選擇三個客戶端，以確保網絡總吞吐量維持在高水平；Qualcomm 創(chuàng)銳訊的算法還確保了探測頻率和速率選擇之間的平衡，以保證網絡總吞吐量維持在高水平。
更強大的連接、更智能的家居
802.11ac MU-MIMO為網絡容量和客戶端帶來的提升需要一個支持MU-MIMO技術的端到端生態(tài)系統(tǒng)，并且芯片解決方案和相關參考設計能夠幫助OEM輕松生產出支持MU-MIMO的產品。作為Qualcomm創(chuàng)銳訊的產品，支持Qualcomm MU I EFX的VIVE™ 802.11ac技術能夠為OEM廠商提供802.11ac完整的解決方案，產品覆蓋路由器及網關、企業(yè)AP、移動設備以及計算機設備和消費電子類產品。
除了MU-MIMO技術外，另一個提升網絡容量的重要技術是802.11ad技術，它利用60GHz頻段中的7Ghz-9Ghz的未授權Wi-Fi頻譜，帶來最高可達7Gbps的傳輸速度。Qualcomm創(chuàng)銳訊已在CES2015上演示了全球首款用于家庭聯網產品和媒體中心解決方案的三頻段無線解決方案，這一全新的參考設計支持 802.11ad和802.11ac Wi-Fi，它將為住宅網關、機頂盒以及媒體服務器提供覆蓋整個家庭的高速、大容量無線網絡，同時免受附近接入點的干擾。
另一方面，無線技術的發(fā)展使得智能家居已不再是簡單的寬帶連接，智能網關正逐漸成為智能家居的核心所在。作為開放的應用平臺，它將不僅促進開發(fā)新的網絡應用和服務，同時也能連接萬物聯網（IoE）中的其他部分，例如當汽車進入車庫后連接網關，或者通過家中的智能電表連接城市電網。Qualcomm的互聯網處理器（IPQ）將網關、路由器與媒體服務器等轉化為智能家庭平臺，使聯網家庭更智能、更人性化，也更安全。
此外，Qualcomm為實現智能家居還提供多種連接技術，除了支持Qualcomm® MU | EFX 的VIVE™ 802.11ac和三頻段解決方案以外，還提供低功耗的Wi-Fi和藍牙連接家電產品、照明、家庭自動化系統(tǒng)和傳感器以及千兆級HomePlugAV電力線和Hy-Fi。
