【PConline 杂谈】WiFi是我们现在接触最多的无线连接技术,实际上我们认识的WiFi是一个标准与广泛的概念。可能很多朋友都听过802.11ac,其是有一个演进的过程,从a/g/n/ac/ad等等,此外如5GHz频段、MIMO也会有所接触。这里要说的是,虽然现在我们大部分手机和路由器都支持11ac,不过基本都是缺少了MU-MIMO技术,因此11ac的效能还不能完全释放。

手机mimo技术是wifi信号更好吗(2.0:你家路由器需要换了)(1)

高通在2015年台北电脑展期间宣布了MU-MIMO Wave 2的技术(可以理解为2.0),它与Wave 1的最大差别在于其提高了1对多的能力,从以往的三串流提升到四串流,此外其带宽相比较以往提高了一倍,达到了160MHz,同时支持4x4的传输。

MU-MIMO是什么?

MU-MIMO是“Multi-User Multiple-Input Multiple-Output”的缩写,即多用户多入多出技术。从名字来看,其与自11n时代出现的MIMO(多入多出技术)有着关联,多出MU多用户这个关键性词语,表示其从以往的SU-MIMO(Single-User Multiple-Input Multiple-Output)单用户多入多出发展,令11ac标准的产品传输效率提高。

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再详细说说,MU-MIMO(多用户MIMO)的基本理念便是一个11ac接入点能够同时将数据发送至四个客户端(客户端必须要也支持MU-MIMO),同时为每一个客户端建立一个独立的“空间流”。这意味着一个WiFi接入点能够同时向四个1x1天线的设备传送数据。对比只有SU-MIMO的产品,虽然其也能把信号分为三个空间流,不过它并没有能同时通过三个空间流与三台设备进行数据传输,每次只能够与一个客户端对话,三个客户端需要"排队"。

我们为什么需要MU-MIMO?

这里有一个数据,预计2020年美国的每一家平均会有20个联网的装置,这个联网的装置不只是PC,还有手机、电视、平板、可穿戴等等,我们可以称为未来物联网的发展。庞大的设备数量促使我们要把无线WiFi变得更有效率,显然SU-MIMO是比较低效率的。此外预计今年利用WiFi进行互联网连接的设备也会达到50亿,这个数字是十分恐怖的。

不知道大家会否遇到一个情况,在公共场合里面的WiFi热点,虽然我们拼命地连接上,不过实际我们并不能流畅地上网,其会出现高延时、速率低的状况,这都大大降低网络体验。出现这样的状况,原因便是WiFi热点的设备只是SU-MIMO,只能逐个与设备进行数据交换,当与热点连接的设备数量增多的时候,排队的人龙变会十分长,这就意味着你的延时会增大,出现上网不畅顺的感觉。暂时这个情况会在公共场所出现比较多,在家庭里面并没有那么明显严重,不过随着家庭个人设备的增多,始终这一问题也终将会影响我们WiFi上网。

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目前我们使用的大部分路由器都是11g或者11n的设备,即使是11ac也还是不支持MU-MIMO,同时基本全是1x1的单天线设备,因此如果加入MU-MIMO技术,这样设备就能在保持单天线低功耗的状态下提升设备的传输效能,数据多流同时传输令效率提升。

MU-MIMO Wave 2提升了哪些方面?

从2014年4月开始,高通已经推出相关MU-MIMO的解决方案,这次11ac Wave2的技术有两个新的芯片,分别是QCA9984,还有QCA9994。前者主要是支持路由器和家庭网关,后者是针对企业AP的部分。这两者都能提供更先进的MU-MIMO功能,它包括显性和隐性的波束成型,支持4×4的四个串流,最高达1.7Gbps速率。

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这里我们所说的串流可以理解高速公路,而20\40\80\160 MHz是带宽,也就是高速公路的宽度。其最高支持4串流的80MHz宽度,此外也能灵活变为支持2串流的160MHz宽度。因为我们在频谱上,很难找到一个连续的160MHz的信道,所以我们可以通过聚合两个不连续的80MHz信道来提升传输效率。信道宽度越高,便是其单位可吞吐的数据量也越多,传输速度会得到提高。每个信道带宽可以是20、40、80MHz,Wave 2.0把单信道带宽更是提高到160MHz,其中160MHz的带宽可以是连续的160MHz或者80 80MHz的组合。

四串流MU-MIMO具体是怎样分发数据的?

我们现在使用的智能手机,大部分都是1x1单串流MU-MIMO设备,其能够支持最高160MHz的串流,当然向下也支持80、40、20MHz。通过下图我们可以看到,QCA9984和QCA9994都是四串流的MU-MIMO。图中左显示出现了2x2双串流的平板,可以实现2x2双串流平板 1x1单串流手机 1x1单串流手机的组合,路由器能同时向平板和两部手机传输数据。

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组合是多变的,同样可以是2x2双串流平板 2x2双串流平板的组合,路由器能同时向这两平板传输数据,随后再对1x1单串流手机 1x1单串流手机的组合传输。对比SU-MIMO模式,由于每次只能与一个设备通信,需要等待时间,同时会共享带宽。

可能会有人疑问,MU-MIMO暂时能做到1对4,也就是4串流能力,那么是否第5或者以上的设备就不能用MU-MIMO?它的解决办法还是会回到结合SU-MIMO,也就是把第5个设备与已有的设备进行分组,组与组之间或者组内可以按照需求合理利用MU-MIMO或者SU-MIMO。

蝴蝶MU-MIMO智能解决覆盖问题

蝴蝶MU-MIMO的概念是用来解决路由器与设备之间的远近问题,如果你有一个比较近的客户端,它是1×1串流的设备,可用2×2的天线160MHz来传输,实现速度最大化。

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不过如果客户端比较远,比如在房间的角落,我们就要考虑到覆盖率和传输范围,来保证它能够收到信号。这个时候我们就是需要采用4×4天线80MHz来传输。灵活解决覆盖与传输之间的矛盾。

MU-MIMO效率更高

通过下图我们看到,左边是支持MU-MIMO技术的路由器,设备是1×1的11ac,支持MU-MIMO;右边博通SU技术,设备是2×2的11ac,不支持MU-MIMO。

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如果只比较设备,左图设备终端明显要比右边的设备终端的WiFi规格要低,不过实际上左边的测试结果是更佳的,原因在于左边有MU-MIMO技术,能在同一时间点实现1对多的传输,而纵使后者是2x2的天线配置,不过由于是SU-MIMO,在设备数量多的情况下,效率降低。左边的总吞吐量要比右边大约高22%左右。

实际上现在大部分移动终端,尤其是手机,它们都更喜欢1x1的单串流的MU-MIMO配置,天线更少便能有效降低功耗,同时MU-MIMO也能有效提高效率,其性能表现更加优秀。

家里路由器需要换了?

从笔者角度来看,MU-MIMO技术实际比11ac-11ad的演进更具吸引力和实用性,现阶段11ac的传输速度我们还没有能完全发掘,而MU-MIMO是有效提高用户体验的重要技术。可以预见未来有更多WiFi无线连接的设备会实现互通互联,MU-MIMO会比SU-MIMO有重大的进步,而且搭载这个技术的产品也已经是逐步上市。

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现阶段MU-MIMO路由器比较昂贵

当然高通MU-MIMO是从去年开始有相关芯片出来,厂商跟进需要时间。现在市面上路由器AP端的产品还是比较匮乏,出现的基本是千元以上的旗舰级产品,不过预计随着技术的成熟和芯片成本下降,我们将会在今年下半年开始陆续见到更多平民化的MU-MIMO路由器产品上市,普及预计还需要一段时间。

前面已经提到,MU-MIMO的技术需要路由器AP端和设备终端都支持才能发挥作用,而现阶段搭载高通骁龙芯片801、805、808、810等芯片的手机终端均已经能支持MU-MIMO,逐步整合进中低端芯片系列里面,因此大部分用户只是缺乏一台路由器设备。

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高通的MU-MIMO已经是一个完整的生态系统,包括AP、路由器、网关、PC、手机、媒体播放等,它们都已经支持MU-MIMO。相关厂商也已经有产品出来,如宏碁的PC、LINKSYS、NEC、BUFFALO的路由器、中兴手机、以及D-LINK、三星等。

如果你有众多WiFi无线设备,即使用着11ac的路由器仍然感觉到网络不畅,并不能获得良好的网络体验,那么MU-MIMO在向你招手。纵使现阶段一般家庭对MU-MIMO的路由器需求并没有很多(公共场合WiFi热点和企业AP更需要MU-MIMO),不过这必然是WiFi无线连接的发展趋势。

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