【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(shù)據(jù)，用戶更偏向使用Wi-Fi消費流媒體音樂和視頻等內(nèi)容，這也使得移動運營商盡可能將廣域網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)日漸面對繁重的Wi-Fi流量挑戰(zhàn)。
不經(jīng)意間，Wi-Fi誕生至今已經(jīng)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(jīng)到了最美的“碧玉之年”。Wi-Fi誕生之初時，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率僅為11Mbps，而現(xiàn)在這一速率已經(jīng)達到1Gbps以上，遠遠超出了最初的速率，而這一數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，用戶更偏向使用Wi-Fi消費流媒體音樂和視頻等內(nèi)容，這也使得移動運營商盡可能將廣域網(wǎng)（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(wǎng)絡(luò)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(shù)在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中的實際需求、技術(shù)特性和優(yōu)勢、設(shè)計注意事項等內(nèi)容。
MU-MIMO如何工作？
目前市面上大多數(shù)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(shù)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(shù)則可以賦予AP更多選擇以服務(wù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)（WLAN）用戶帶來了巨大突破。如圖1所示，當采用SU-MIMO時，設(shè)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?cè)萘俊?/div>
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(shù)，以最大能量向目標終端進行傳輸；同時通過調(diào)零來調(diào)小非目標終端方向的傳輸。這便是空間復用（Spatial Reuse）技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)不要求其客戶端設(shè)備與該網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)和客戶終端的反應(yīng)速度。
MU-MIMO為最終用戶帶來了其他諸多益處。首先體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘康挠行岣?，通常可以增?-3倍，從而實現(xiàn)對可用頻譜的高效利用。這對于鬧市區(qū)、公寓樓、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、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(wǎng)絡(luò)能滿足高清視頻流、音頻和其他數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用所帶來的數(shù)據(jù)需求增加。另外，隨著MU客戶端效率提升2-3倍，網(wǎng)絡(luò)上將有更多空閑時間或容量來服務(wù)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(shè)計MU-MIMO解決方案？
根據(jù)白皮書內(nèi)容，MU-MIMO的設(shè)計選擇和權(quán)衡集中在空間流數(shù)量和并發(fā)用戶數(shù)量兩個層面。從空間流數(shù)量角度看，802.11ac將SAT接收MIMO流的最大數(shù)目增加至8個，與802.11n標準相比，有效地將網(wǎng)絡(luò)吞吐量提高一倍。在并發(fā)用戶數(shù)量方面，Qualcomm創(chuàng)銳訊經(jīng)過七年研究發(fā)現(xiàn)，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(yīng)用設(shè)計出一套實用芯片解決方案需要嚴謹?shù)暮饬亢瓦x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(shù)據(jù)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(diào)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(diào)度時，Qualcomm創(chuàng)銳訊采取的算法能夠根據(jù)客戶端的流量分布、服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求，以及客戶端的時間公平性來調(diào)度傳輸，以最大限度提高網(wǎng)絡(luò)容量；在分組時，根據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)容量和客戶端帶來的提升需要一個支持MU-MIMO技術(shù)的端到端生態(tài)系統(tǒng)，并且芯片解決方案和相關(guān)參考設(shè)計能夠幫助OEM輕松生產(chǎn)出支持MU-MIMO的產(chǎn)品。作為Qualcomm創(chuàng)銳訊的產(chǎn)品，支持Qualcomm MU I EFX的VIVE™ 802.11ac技術(shù)能夠為OEM廠商提供802.11ac完整的解決方案，產(chǎn)品覆蓋路由器及網(wǎng)關(guān)、企業(yè)AP、移動設(shè)備以及計算機設(shè)備和消費電子類產(chǎn)品。
除了MU-MIMO技術(shù)外，另一個提升網(wǎng)絡(luò)容量的重要技術(shù)是802.11ad技術(shù)，它利用60GHz頻段中的7Ghz-9Ghz的未授權(quán)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)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(shè)計支持 802.11ad和802.11ac Wi-Fi，它將為住宅網(wǎng)關(guān)、機頂盒以及媒體服務(wù)器提供覆蓋整個家庭的高速、大容量無線網(wǎng)絡(luò)，同時免受附近接入點的干擾。
另一方面，無線技術(shù)的發(fā)展使得智能家居已不再是簡單的寬帶連接，智能網(wǎng)關(guān)正逐漸成為智能家居的核心所在。作為開放的應(yīng)用平臺，它將不僅促進開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)，同時也能連接萬物聯(lián)網(wǎng)（IoE）中的其他部分，例如當汽車進入車庫后連接網(wǎng)關(guān)，或者通過家中的智能電表連接城市電網(wǎng)。Qualcomm的互聯(lián)網(wǎng)處理器（IPQ）將網(wǎng)關(guān)、路由器與媒體服務(wù)器等轉(zhuǎn)化為智能家庭平臺，使聯(lián)網(wǎng)家庭更智能、更人性化，也更安全。
此外，Qualcomm為實現(xiàn)智能家居還提供多種連接技術(shù)，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(chǎn)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。
