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吃了什么药?无线路由/AP竟坐拥三妻四妾

2018-10-04

  1MU-MIMO:让无线路由/AP能力大增

  在WiFi终端如此普及的今天,无论是家用无线路由器,还是企业级无线接入点(AP),都如同“皇帝”般被众多WiFi终端爱戴着(WiFi终端心声:没办法,没有它们上不了网啊!)。但你知道吗?这仅仅是一个表面现象(或者说是个“骗局”)——看似所有的WiFi终端都同时接入了无线网络,其实背后的真实情况是,当前市面中的绝大多数无线路由/AP们“能力都不行”,同一时间只能满足1个WiFi终端的通讯需求,其它的WiFi终端只能排队候着,然后挨个“被满足”。

  还好,最近事情出现了转机,无线路由/AP们突然有了“雄起”的资本,可以同一时间满足3、4个WiFi终端的通讯需求了。究竟吃了什么药?今天我们就为大家揭开无线路由/AP坐拥“三妻四妾”的秘密!

  MIMO间隙:无线路由/AP有力使不上

  回顾推动WiFi全面普及的802.11n时代,“MIMO”一词相信不少朋友都听说过。MIMO,即MulAAAle Input MulAAAle Output(多输入多输出)的缩写,MIMO技术可简单理解为将网络资源进行多重切割,然后经过多重天线进行同步传送。其带来的好处是增加单一设备的数据传输速度,同时不用额外占用频谱范围;此外,其还能增加无线讯号接收距离。可以说,从11g时代54Mbps的传输速率,到11n时代的300Mbps,甚至是600Mbps的传输速率,MIMO技术功不可没。

  但MIMO(或SU-MIMO,即单用户多输入多输出)也有自己的缺陷——会产生MIMO间隙。简单来说就是目前我们熟悉的无线路由/AP大都有3-4根天线,但WiFi终端通常只有1-2根天线。而采用MIMO技术的无线路由/AP同一时间只能与1个WiFi终端建立连接和通讯,因此WiFi终端很难全部占用所有传输信道,即无法占满无线路由/AP的全部容量,这种差异就被称为MIMO间隙。也就是说,如果想让无线路由/AP“雄起”,就得消除MIMO间隙!

  MU-MIMO:让无线路由/AP能力大增

  还好,随着802.11ac 2.0(Wave2)标准的出现,MU-MIMO技术被引入其中,很好的解决了MIMO间隙的问题。那么什么是MU-MIMO呢?其实它是“Multi-User MulAAAle-Input MulAAAle-Output”的缩写,即多用户多入多出技术。其相比MIMO多出了“多用户”三个字,而正是基于支持多用户的优势,使得无线路由/AP的能力(容量)可以全部被用上,真正实现在同一时间坐拥“三妻四妾”!

  MIMO(SU-MIMO)和MU-MIMO对比

  具体来说,MU-MIMO技术可在同一时间让一个无线路由/AP能够同时将数据发送至多个客户端(当然,WiFi终端必须也要支持MU-MIMO技术),同时为每一个客户端建立一个独立的“空间流”。或许举个实例更容易理解:目前支持4*4(每一条流的理论传输速率为433Mbps)11ac标准的无线路由/AP的整体理论传输速率可达1.73Gbps,当它与不支持MU-MIMO技术的1*1(1天线)WiFi终端连接和传输时,最高理论传输速率仅为433Mbps,同一时间其余的1.3Gbps的容量都被闲置;而如果无线路由/AP和客户端均支持MU-MIMO技术,那么这台路由器就可在同一时间最多与4个客户端进行连接和传输,这样AP的总容量就被充分的利用了。

  2MU-MIMO技术也能让老WiFi设备受益?

  推动MU-MIMO发展的原动力

  通过刚刚的介绍,或许你会认为MU-MIMO技术的问世,仅仅是为了解决无线路由/AP容量闲置,以及无法同时服务多个WiFi终端的难题。其实并不然,对于MU-MIMO技术,无论是家庭/企业用户,还是终端设备制造商,抑或是运营商,均期盼已久!

  需求1:应对WiFi终端激增,及频谱有限带来的挑战。如今我们身边的WiFi终端已越来越多,不少用户更是在外出时至少携带两台WiFi终端。而根据预测,未来几年这一数字还将呈现成倍增长的态势,也就是说未来的WiFi网络将更加拥挤,而如何以有限的频谱来服务这些WiFi终端必将成为一个严峻的挑战。

  需求2:应对网络容量需求大幅增加的挑战。随着WiFi速度的不断提升,通过WiFi终端观看视频,进行视频通话、视频会议等应用已经非常常见;同时用户对于视频的需求也在从高清向超清,甚至是4K过渡,而传输这些视频内容就需要高带宽的支持,即提升WiFi带宽。

  需求3:应对WiFi终端降低成本和内部空间的挑战。虽然以手机、平板为代表的移动终端希望提升WiFi传输速率,但考虑到成本和内部空间的限制,1天线的传统设计仍是最佳选择,因此提升WiFi传输效率就成为了新的诉求。

  需求4:应对运营商WiFi热点激增带来的挑战。有数据显示,未来三年,全球移动数据流量将增长数倍,而移动数据流量的增长,正在推动全球运营商将广域网流量转移至WiFi上,即运营商所建的WiFi公共热点将面临更多接入终端,更大流量的压力。

  需求5:应对BYOD带来的设备、流量激增的挑战。自2014年开始,BYOD(自带设备办公)已经成为企业市场的大趋势,而随着员工手中大量WiFi终端接入企业无线网络,原有AP已难以满足需求。

  应对重重挑战:MU-MIMO来啦!

  可以看到,上述挑战中,大多由WiFi终端引起,而搭配1天线或2天线的WiFi终端,将挖掘出MU-MIMO的最大价值。下面就具体来说说:

  相比MIMO技术,MU-MIMO技术可为每台终端提高约2.5倍吞吐

  1、提升网络容量和频谱利用率。如前文所介绍的,通过MU-MIMO技术可有效提升无线路由/AP的网络总容量,通常会比MIMO时代增加2-3倍。而更为重要的是,其还进一步提升了频谱的利用率,这对于提升闹市区、人口密集区等环境中的WiFi体验非常有益。

  2、满足视频等应用的大流量需求。通过MU-MIMO消除MU-MIMO间隙,让网络中数据传输的效率更高,因此可以更好地满足视频、音频和其它大流量应用的需求。

  3、让WiFi终端更便宜、更精巧。例如在一个3*3 11ac无线网络环境下,有3个支持SU-MIMO技术的终端和3个支持MU-MIMO技术的终端,而想要实现相同的吞吐量(数据传输),前者需要WiFi终端配备3根天线,后者仅需配备1根天线,这就大幅降低了WiFi终端的空间要求(不用考虑更多天线的布局和功耗),也进一步降低了WiFi终端的成本。

  借助MI-MIMO技术,传统WiFi终端也能收益

  4、传统WiFi终端也能收益。由于MU-MIMO带来的整体效率的提升,使得网络上有更多的空闲时间或容量来服务传统的WiFi终端(仅支持SU-MIMO),也就是说,传统WiFi终端的应用体验也能随之提升。

  3难题:如何精准定位WiFi终端位置?

  难题:如何精准定位WiFi终端位置?

  刚刚已经介绍到,借助MU-MIMO技术,无线路由/AP在同一时间可与4个WiFi终端进行通信。但在现实中,这4个WiFi终端很难集中在同一位置,而且它们还可能处于移动状态,因此如何在同一时间精准定位到这4个WiFi终端,并实现通信,就成为了MU-MIMO技术面临的新难题。

  波束成形技术示意图

  而想要解决这一难题,就离不开波束成形技术(该技术自802.11n时代就已出现)。简单来说,这是一种从AP向WiFi终端发射MIMO流的能量技术——通过精确的信道估算,在电磁波发射过程中产生相位和幅度差(可以理解为波峰和波谷的叠加),从而让AP可以向WiFi终端所在的方向集中发射信号。这样,WiFi终端不仅能接收到更强的无线信号,还能提升无线传输速率。

  然而在802.11n时代,由于缺乏统一的标准,因此出现了多种波束成形的方式,而且这些方式还不属于802.11n的强制认证项目,这就为各芯片供应商、设备厂商间的互操作性验证带来了难题,最终导致在802.11n时代,波束成形技术未能真正普及。

  802.11ac时代:标准化的波束成形技术

  进入802.11ac时代,波束成形技术终于形成了一个闭环模式。即通过无线路由/AP发送一个特殊的探测信号给周边所有的WiFi终端,然后将估算信道的报告反馈给无线路由/AP,由于该反馈报告是标准化的,因此任何基于波束成形技术的11ac终端均可与其它11ac终端实现互操作。

  MU-MIMO技术与波束成形技术的融合

  有了标准化的波束成形技术,基于MU-MIMO技术的无线路由/AP就能更好地实现同时建立四个定向射频链路。即当无线路由/AP工作时,能准确的向目标终端发射最大的信号强度,同时调小非目标终端方向的信号强度,这与在蜂窝网络中频谱复用技术相似。也正是基于此,MU-MIMO技术才能真正实现向4个WiFi终端同时提供其专属的全带宽信道!

  4揭秘三妻四妾:究竟是3好还是4好?

  揭秘三妻四妾:究竟是3个好还是4个好?

  虽然波束成形技术可以帮助支持MU-MIMO的无线路由/AP实现同时与4个WiFi终端进行通信。但不得不说的是,波束成形的过程尚不完美,在其传输的主方向两侧会出现一些旁瓣(可理解为较小的波束成形)。这些旁瓣的出现在SU-MIMO中并不是什么大问题,但在MU-MIMO中,一旦两个相邻的MU-MIMO流的旁瓣发生重叠,就会形成相互干扰,从而影响整个无线路由/AP的传输效果。

  针对此问题,高通公司特别做了分析研究。其分析结果表明:一个支持MU-MIMO无线路由/AP如果同时与4个WiFi终端进行通信,将会增大相互间的干扰,特别是在拥有众多WiFi热点,且信道环境复杂的室内环境下,还会导致无线路由/AP的整体吞吐量下降。

  MU-MIMO技术更适合三个并发用户

  因此高通认为,支持三个并发用户(三个WiFi终端)的4*4 MU-MIMO系统的性能和稳定性最佳;而在一些情况下,第四个用户的加入会降低整个系统的可用容量及无线传输速率。也就是说,虽然理论上支持MU-MIMO的无线路由/AP在同一时间可与4个WiFi终端通信,但实际应用效果来看,还是3个最好!

  2015年:MU-MIMO将真正走进我们的生活

  随着芯片厂商积极推动MU-MIMO技术的发展,目前基于该技术的网络设备已经开始问世,例如业界第一款基于MU-MIMO技术的企业级AP产品——Ruckus ZoneFlex R710已于今年4月正式问世;而在家用无线路由器领域,基于MU-MIMO技术的产品问世更早,包括华硕、NETGEAR、Linksys等知名品牌都已推出相关的旗舰级无线路由器新品。

  业界第一款基于MU-MIMO技术的企业级AP产品——Ruckus ZoneFlex R710

  当然,想要真正体验到MU-MIMO技术带来的改变,还需要WiFi终端的支持。还好目前小米、中兴、三星、HTC等品牌的手机已支持MU-MIMO技术,而在今年秋季,智能电视、甚至是游戏主机,也有望支持MU-MIMO技术。因此可以预计,2015年MU-MIMO将真正走进我们的生活,我们也将享受到更快速、更稳定、更高效的“新WiFi”!

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