在WiFi終端如此普及的今天，無論是家用無線路由器，還是企業(yè)級無線接入點（AP），都如同“皇帝”般被眾多WiFi終端愛戴著（WiFi終端心聲：沒辦法，沒有它們上不了網(wǎng)啊！）。但你知道嗎？這僅僅是一個表面現(xiàn)象（或者說是個“騙局”）——看似所有的WiFi終端都同時接入了無線網(wǎng)絡(luò)，其實背后的真實情況是，當(dāng)前市面中的絕大多數(shù)無線路由/AP們“能力都不行”，同一時間只能滿足1個WiFi終端的通訊需求，其它的WiFi終端只能排隊候著，然后挨個“被滿足”。
還好，最近事情出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機，無線路由/AP們突然有了“雄起”的資本，可以同一時間滿足3、4個WiFi終端的通訊需求了。究竟吃了什么藥？今天我們就為大家揭開無線路由/AP坐擁“三妻四妾”的秘密！
MIMO間隙：無線路由/AP有力使不上
回顧推動WiFi全面普及的802.11n時代，“MIMO”一詞相信不少朋友都聽說過。MIMO，即Multiple Input Multiple Output（多輸入多輸出）的縮寫，MIMO技術(shù)可簡單理解為將網(wǎng)絡(luò)資源進行多重切割，然后經(jīng)過多重天線進行同步傳送。其帶來的好處是增加單一設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速度，同時不用額外占用頻譜范圍；此外，其還能增加無線訊號接收距離。可以說，從11g時代54Mbps的傳輸速率，到11n時代的300Mbps，甚至是600Mbps的傳輸速率，MIMO技術(shù)功不可沒。
但MIMO（或SU-MIMO，即單用戶多輸入多輸出）也有自己的缺陷——會產(chǎn)生MIMO間隙。簡單來說就是目前我們熟悉的無線路由/AP大都有3-4根天線，但WiFi終端通常只有1-2根天線。而采用MIMO技術(shù)的無線路由/AP同一時間只能與1個WiFi終端建立連接和通訊，因此WiFi終端很難全部占用所有傳輸信道，即無法占滿無線路由/AP的全部容量，這種差異就被稱為MIMO間隙。也就是說，如果想讓無線路由/AP“雄起”，就得消除MIMO間隙！
MU-MIMO：讓無線路由/AP能力大增
還好，隨著802.11ac 2.0（Wave2）標(biāo)準的出現(xiàn)，MU-MIMO技術(shù)被引入其中，很好的解決了MIMO間隙的問題。那么什么是MU-MIMO呢？其實它是“Multi-User Multiple-Input Multiple-Output”的縮寫，即多用戶多入多出技術(shù)。其相比MIMO多出了“多用戶”三個字，而正是基于支持多用戶的優(yōu)勢，使得無線路由/AP的能力（容量）可以全部被用上，真正實現(xiàn)在同一時間坐擁“三妻四妾”！
MIMO（SU-MIMO）和MU-MIMO對比
具體來說，MU-MIMO技術(shù)可在同一時間讓一個無線路由/AP能夠同時將數(shù)據(jù)發(fā)送至多個客戶端(當(dāng)然，WiFi終端必須也要支持MU-MIMO技術(shù))，同時為每一個客戶端建立一個獨立的“空間流”。或許舉個實例更容易理解：目前支持4*4（每一條流的理論傳輸速率為433Mbps）11ac標(biāo)準的無線路由/AP的整體理論傳輸速率可達1.73Gbps，當(dāng)它與不支持MU-MIMO技術(shù)的1*1（1天線）WiFi終端連接和傳輸時，最高理論傳輸速率僅為433Mbps，同一時間其余的1.3Gbps的容量都被閑置；而如果無線路由/AP和客戶端均支持MU-MIMO技術(shù)，那么這臺路由器就可在同一時間最多與4個客戶端進行連接和傳輸，這樣AP的總?cè)萘烤捅怀浞值睦昧恕?/p>
推動MU-MIMO發(fā)展的原動力
通過剛剛的介紹，或許你會認為MU-MIMO技術(shù)的問世，僅僅是為了解決無線路由/AP容量閑置，以及無法同時服務(wù)多個WiFi終端的難題。其實并不然，對于MU-MIMO技術(shù)，無論是家庭/企業(yè)用戶，還是終端設(shè)備制造商，抑或是運營商，均期盼已久！
需求1：應(yīng)對WiFi終端激增，及頻譜有限帶來的挑戰(zhàn)。如今我們身邊的WiFi終端已越來越多，不少用戶更是在外出時至少攜帶兩臺WiFi終端。而根據(jù)預(yù)測，未來幾年這一數(shù)字還將呈現(xiàn)成倍增長的態(tài)勢，也就是說未來的WiFi網(wǎng)絡(luò)將更加擁擠，而如何以有限的頻譜來服務(wù)這些WiFi終端必將成為一個嚴峻的挑戰(zhàn)。
需求2：應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)容量需求大幅增加的挑戰(zhàn)。隨著WiFi速度的不斷提升，通過WiFi終端觀看視頻，進行視頻通話、視頻會議等應(yīng)用已經(jīng)非常常見；同時用戶對于視頻的需求也在從高清向超清，甚至是4K過渡，而傳輸這些視頻內(nèi)容就需要高帶寬的支持，即提升WiFi帶寬。
需求3：應(yīng)對WiFi終端降低成本和內(nèi)部空間的挑戰(zhàn)。雖然以手機、平板為代表的移動終端希望提升WiFi傳輸速率，但考慮到成本和內(nèi)部空間的限制，1天線的傳統(tǒng)設(shè)計仍是最佳選擇，因此提升WiFi傳輸效率就成為了新的訴求。
需求4：應(yīng)對運營商WiFi熱點激增帶來的挑戰(zhàn)。有數(shù)據(jù)顯示，未來三年，全球移動數(shù)據(jù)流量將增長數(shù)倍，而移動數(shù)據(jù)流量的增長，正在推動全球運營商將廣域網(wǎng)流量轉(zhuǎn)移至WiFi上，即運營商所建的WiFi公共熱點將面臨更多接入終端，更大流量的壓力。
需求5：應(yīng)對BYOD帶來的設(shè)備、流量激增的挑戰(zhàn)。自2014年開始，BYOD（自帶設(shè)備辦公）已經(jīng)成為企業(yè)市場的大趨勢，而隨著員工手中大量WiFi終端接入企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，原有AP已難以滿足需求。
應(yīng)對重重挑戰(zhàn)：MU-MIMO來啦！
可以看到，上述挑戰(zhàn)中，大多由WiFi終端引起，而搭配1天線或2天線的WiFi終端，將挖掘出MU-MIMO的最大價值。下面就具體來說說：
相比MIMO技術(shù)，MU-MIMO技術(shù)可為每臺終端提高約2.5倍吞吐
1、提升網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜利用率。如前文所介紹的，通過MU-MIMO技術(shù)可有效提升無線路由/AP的網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘浚ǔ萂IMO時代增加2-3倍。而更為重要的是，其還進一步提升了頻譜的利用率，這對于提升鬧市區(qū)、人口密集區(qū)等環(huán)境中的WiFi體驗非常有益。
2、滿足視頻等應(yīng)用的大流量需求。通過MU-MIMO消除MU-MIMO間隙，讓網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男矢撸虼丝梢愿玫貪M足視頻、音頻和其它大流量應(yīng)用的需求。
3、讓W(xué)iFi終端更便宜、更精巧。例如在一個3*3 11ac無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，有3個支持SU-MIMO技術(shù)的終端和3個支持MU-MIMO技術(shù)的終端，而想要實現(xiàn)相同的吞吐量（數(shù)據(jù)傳輸），前者需要WiFi終端配備3根天線，后者僅需配備1根天線，這就大幅降低了WiFi終端的空間要求（不用考慮更多天線的布局和功耗），也進一步降低了WiFi終端的成本。
借助MI-MIMO技術(shù)，傳統(tǒng)WiFi終端也能收益
4、傳統(tǒng)WiFi終端也能收益。由于MU-MIMO帶來的整體效率的提升，使得網(wǎng)絡(luò)上有更多的空閑時間或容量來服務(wù)傳統(tǒng)的WiFi終端（僅支持SU-MIMO），也就是說，傳統(tǒng)WiFi終端的應(yīng)用體驗也能隨之提升。
難題：如何精準定位WiFi終端位置？
剛剛已經(jīng)介紹到，借助MU-MIMO技術(shù)，無線路由/AP在同一時間可與4個WiFi終端進行通信。但在現(xiàn)實中，這4個WiFi終端很難集中在同一位置，而且它們還可能處于移動狀態(tài)，因此如何在同一時間精準定位到這4個WiFi終端，并實現(xiàn)通信，就成為了MU-MIMO技術(shù)面臨的新難題。
波束成形技術(shù)示意圖
而想要解決這一難題，就離不開波束成形技術(shù)（該技術(shù)自802.11n時代就已出現(xiàn)）。簡單來說，這是一種從AP向WiFi終端發(fā)射MIMO流的能量技術(shù)——通過精確的信道估算，在電磁波發(fā)射過程中產(chǎn)生相位和幅度差（可以理解為波峰和波谷的疊加），從而讓AP可以向WiFi終端所在的方向集中發(fā)射信號。這樣，WiFi終端不僅能接收到更強的無線信號，還能提升無線傳輸速率。
然而在802.11n時代，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準，因此出現(xiàn)了多種波束成形的方式，而且這些方式還不屬于802.11n的強制認證項目，這就為各芯片供應(yīng)商、設(shè)備廠商間的互操作性驗證帶來了難題，最終導(dǎo)致在802.11n時代，波束成形技術(shù)未能真正普及。
802.11ac時代：標(biāo)準化的波束成形技術(shù)
進入802.11ac時代，波束成形技術(shù)終于形成了一個閉環(huán)模式。即通過無線路由/AP發(fā)送一個特殊的探測信號給周邊所有的WiFi終端，然后將估算信道的報告反饋給無線路由/AP，由于該反饋報告是標(biāo)準化的，因此任何基于波束成形技術(shù)的11ac終端均可與其它11ac終端實現(xiàn)互操作。
MU-MIMO技術(shù)與波束成形技術(shù)的融合
有了標(biāo)準化的波束成形技術(shù)，基于MU-MIMO技術(shù)的無線路由/AP就能更好地實現(xiàn)同時建立四個定向射頻鏈路。即當(dāng)無線路由/AP工作時，能準確的向目標(biāo)終端發(fā)射最大的信號強度，同時調(diào)小非目標(biāo)終端方向的信號強度，這與在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中頻譜復(fù)用技術(shù)相似。也正是基于此，MU-MIMO技術(shù)才能真正實現(xiàn)向4個WiFi終端同時提供其專屬的全帶寬信道！
揭秘三妻四妾：究竟是3個好還是4個好？
雖然波束成形技術(shù)可以幫助支持MU-MIMO的無線路由/AP實現(xiàn)同時與4個WiFi終端進行通信。但不得不說的是，波束成形的過程尚不完美，在其傳輸?shù)闹鞣较騼蓚?cè)會出現(xiàn)一些旁瓣（可理解為較小的波束成形）。這些旁瓣的出現(xiàn)在SU-MIMO中并不是什么大問題，但在MU-MIMO中，一旦兩個相鄰的MU-MIMO流的旁瓣發(fā)生重疊，就會形成相互干擾，從而影響整個無線路由/AP的傳輸效果。
針對此問題，高通公司特別做了分析研究。其分析結(jié)果表明：一個支持MU-MIMO無線路由/AP如果同時與4個WiFi終端進行通信，將會增大相互間的干擾，特別是在擁有眾多WiFi熱點，且信道環(huán)境復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境下，還會導(dǎo)致無線路由/AP的整體吞吐量下降。
MU-MIMO技術(shù)更適合三個并發(fā)用戶
因此高通認為，支持三個并發(fā)用戶（三個WiFi終端）的4*4 MU-MIMO系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性最佳；而在一些情況下，第四個用戶的加入會降低整個系統(tǒng)的可用容量及無線傳輸速率。也就是說，雖然理論上支持MU-MIMO的無線路由/AP在同一時間可與4個WiFi終端通信，但實際應(yīng)用效果來看，還是3個最好！
2015年：MU-MIMO將真正走進我們的生活
隨著芯片廠商積極推動MU-MIMO技術(shù)的發(fā)展，目前基于該技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已經(jīng)開始問世，例如業(yè)界第一款基于MU-MIMO技術(shù)的企業(yè)級AP產(chǎn)品——Ruckus ZoneFlex R710已于今年4月正式問世；而在家用無線路由器領(lǐng)域，基于MU-MIMO技術(shù)的產(chǎn)品問世更早，包括華碩、NETGEAR、Linksys等知名品牌都已推出相關(guān)的旗艦級無線路由器新品。
業(yè)界第一款基于MU-MIMO技術(shù)的企業(yè)級AP產(chǎn)品——Ruckus ZoneFlex R710
當(dāng)然，想要真正體驗到MU-MIMO技術(shù)帶來的改變，還需要WiFi終端的支持。還好目前小米、中興、三星、HTC等品牌的手機已支持MU-MIMO技術(shù)，而在今年秋季，智能電視、甚至是游戲主機，也有望支持MU-MIMO技術(shù)。因此可以預(yù)計，2015年MU-MIMO將真正走進我們的生活，我們也將享受到更快速、更穩(wěn)定、更高效的“新WiFi”！
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