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。

 

 

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?？梢栽黾?-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。

 

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。

 

 

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(lián)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(lián)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(lián)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(lián)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。