目前由802.11ac掀起的第二波技術浪潮——即802.11ac Wave 2——已經(jīng)來臨，而新的MU-MIMO技術(即多用戶、多輸入多輸出)則開始受到業(yè)界的廣泛關注。作為迄今為止Wi-Fi技術革新當中的最重要組成部分之一，它無疑蘊藏著能夠極大提升無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)吞吐能力的潛能，且極有可能催生出密度遠優(yōu)于當前的高容量網(wǎng)絡體系。
我們是在最近高通公司召開的一次會議上首次目睹MU-MIMO技術的。相較于提升單一Wi-Fi客戶端的傳輸速度，MU-MIMO旨在將整個網(wǎng)絡體系推向新的高峰，甚至能夠為不支持該機制的設備提供更理想的訪問效果。
上一代無線標準及技術方案在數(shù)據(jù)傳輸速率方面實現(xiàn)顯著提升，但直到目前其仍然只適用于單一用戶在單一時刻的訪問操作。舉例來說，802.11n的SU-MIMO(即單用戶MIMO)最高可支持單一用戶與接入點之間進行四數(shù)據(jù)流并行發(fā)送與接收。
然而802.11ac的MU-MIMO則允許接入點同時向多位用戶發(fā)送多數(shù)據(jù)流，這對整體網(wǎng)絡的使用感受顯然更具積極意義。
▲上圖所示為SU-MIMO如何與客戶端之間進行單獨通信，相比之下MU-MIMO則能夠同時與多個客戶端進行并發(fā)通信。
▲上圖所示為MU-MIMO如何在同一段時間內發(fā)送出三倍于SU-MIMO的數(shù)據(jù)問題，其中每臺設備接收到的數(shù)據(jù)量達到兩倍以上。
以可視化方式了解MIMO如何運作
我們可以想象自己正排隊等待進入一次擁有四個入口的會議廳或者劇場。排起的隊伍就像是一個接入點，等待的人們就像是數(shù)據(jù)，而會議廳或者劇場的門也像是接收器——也就是Wi-Fi客戶端設備。
沒有MIMO機制的存在，就會有隨機數(shù)量的人群(數(shù)據(jù))獲準同時沖入一道門(即Wi-Fi設備)。這時該門會被迫關閉，而下一隊群眾則會涌向另一個入口(其它Wi-Fi設備)。這當然不是最理想的解決方案，因為每次只有一道門(Wi-Fi設備)會開啟，這就延長了人群(數(shù)據(jù))在隊伍(接入點)中等待的時間。
在MIMO機制的支持下，通往會議廳的入口可同時排起四條隊伍(即四條數(shù)據(jù)流)，而且這些隊伍各自擁有自己指向的入口或者門戶。每條隊伍代表著一條數(shù)據(jù)流，而所有隊伍的集合體構成了整個接入點。再次強調，四道門戶代表的是數(shù)據(jù)的接收裝置，也就是Wi-Fi客戶端。
如果大家運行SU-MIMO，那么通向每道門戶(即Wi-Fi客戶端)的四條隊伍(數(shù)據(jù)流)之一容納著隨機數(shù)量的觀眾(數(shù)據(jù))，而且各門戶始終保持在開啟狀態(tài)。雖然這能在很大程度上加快隊伍進入會議廳的實際速度，但四道門戶仍然沒有得到充分利用。
而在MU-MIMO的幫助下，身處四條隊伍(數(shù)據(jù)流)中的人們(數(shù)據(jù))能夠以并行方式通過全部門戶。由于每支隊伍都能走過不同的門戶，因此人們的入場速度也要比以往更快。
請記住，就目前而言MU-MIMO還僅僅適用于下行連接：舉例來說，從接入點指向用戶的手機、筆記本電腦以及其它Wi-Fi設備。這些設備仍然需要彼此爭搶與接入點間的連接通道。這類似于允許來自各條隊伍(數(shù)據(jù)流)的人們(數(shù)據(jù))同時進入各道門戶(Wi-Fi設備)，但會交替使用當前各道門戶(發(fā)送回接入點)。
有助于提升用戶密度及傳輸容量
Wi-Fi方案一直面臨著密度與容量兩大難題，特別是在更為有限且擁擠的2.4GHz頻段之下。使用802.11n或者802.11ac的5GHz頻段能夠提供更多信道并保證數(shù)據(jù)傳輸速率更高。不過MU-MIMO的出現(xiàn)則讓并發(fā)設備容納能力得到了進一步提升。通過這種方式，數(shù)據(jù)吞吐能力將邁上新的臺階，騰出更多非占用時間并允許接入點服務數(shù)量更為龐大的聯(lián)網(wǎng)設備。
值得注意的是，MU-MIMO能夠如上所述提升數(shù)據(jù)吞吐能力，但同時又不需要進行信道結合，也就是說它能夠使用具備任意傳輸帶寬的信道。回顧802.11n，兩條20MHz信道能夠加以結合——無論是否使用SU-MIMO，從而使得同一時段內的數(shù)據(jù)傳輸能力得到強化。這些40MHz信道在5GHz頻段下亦可發(fā)揮作用，在這里其頻率空間更大，能夠具備優(yōu)于擁擠的2.4GHz頻段的傳輸余量。而在第一波802.11ac方案當中，我們能夠在5GHz頻段內使用80MHz信道，無論是否匹配SU-MIMO機制。現(xiàn)在有了Wave 2，這一數(shù)字再次實現(xiàn)倍增，這就讓我們能夠擁有160MHz信道，并將使用于實現(xiàn)SU-MIMO、MU-MIMO或者直接數(shù)據(jù)傳輸。
大家可能并不希望使用160MHz信道，因為這會大大降低5GHz頻段之下的可用信道數(shù)量。不過退一步來講，使用40或者80MHz信道已經(jīng)足以將數(shù)據(jù)吞吐能力推向新的高度。
不需要配備先進客戶端設備
SU-MIMO的實現(xiàn)要求最終用戶設備與接入點雙方皆能夠支持該技術并包含多條天線。此外，為了保證客戶端設備能夠接收到多條并行數(shù)據(jù)流，其還需要執(zhí)行信號處理任務。一臺設備能夠支持的天線以及數(shù)據(jù)流數(shù)量越高，其功耗、物理尺寸以及使用成本也就越可觀，因此很多最終用戶設備仍然只能支持單數(shù)據(jù)流。不過這一切對于MU-MIMO而言并不算什么問題，因為執(zhí)行信號處理的任務已經(jīng)不需要由客戶設備來承擔——而轉由接入點負責完成。
盡管MU-MIMO仍然要求最終用戶設備與接入點同時支持該技術，但用戶設備如今只需要最少一條天線，而且各設備所將面對的也仍然只是單一數(shù)據(jù)流。
當客戶設備支持的數(shù)據(jù)流數(shù)量比較有限時，我們不妨將此視為MU-MIMO與其它多數(shù)據(jù)量支持類方案的最大區(qū)別所在。舉例來說，一臺四數(shù)據(jù)流MU-MIMO接入點能夠以與四數(shù)據(jù)流SU-MIMO接入點相同的傳輸速率發(fā)送數(shù)據(jù)，在這種情況下使用MU-MIMO并不能直接解決問題。換言之，接入點本身此時無法支持更多其它客戶設備。
不要求客戶設備擁有多天線機制也有助于MU-MIMO更好地作為公共Wi-Fi熱點發(fā)揮作用。SU-MIMO目前仍未被廣泛作為接入點以及熱點網(wǎng)關使用，而我們顯然更傾向于選擇MU-MIMO實現(xiàn)這一效果，這是因為由于對天線數(shù)量要求較低、將有更多設備納入對這項新型技術的支持。總而言之，隨著更多設備將MU-MIMO引入自身，我們相信公共Wi-Fi網(wǎng)絡的性能表現(xiàn)也將迎來不斷改進。
陳舊客戶設備亦能迎來更高數(shù)據(jù)傳輸速率
雖然MU-MIMO要求接入點與最終用戶設備皆對其提供支持，但陳舊或者較為簡陋的客戶設備即使不具備支持能力、也同樣能夠從中獲得助益，這一點類似于該技術幫助網(wǎng)絡實現(xiàn)更高密度與容量水平。再次強調，當對應設備支持該項技術時，MU-MIMO能夠騰出更多非占用時間用于服務其它設備。這一效果既適用于多天線設備，亦可作用于單天線設備。一般情況下，當設備的數(shù)據(jù)交付效率更高時，我們也能夠獲得更理想的數(shù)據(jù)傳輸速率。有鑒于此，不支持MU-MIMO的設備同樣能夠借此實現(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐能力提升。
MU-MIMO還在間接層面上鞏固了安全性水平。由接入點被傳輸至目標設備的數(shù)據(jù)會經(jīng)過加密，這就預防了其它設備——甚至那些被連入同一接入點的設備——讀取到數(shù)據(jù)包的確切內容，包括其中的敏感數(shù)據(jù)。任何竊聽者在對MU-MIMO傳輸數(shù)據(jù)流進行數(shù)據(jù)包捕捉時，都只能查看到受限的識別信息，例如MU Group、所使用調制機制以及客戶端MAC地址等。請大家記住，MU-MIMO只作用于下行傳輸。因此竊聽者仍然能夠查看到由MU-MIMO發(fā)往接入點的非加密數(shù)據(jù)包。不過平心而論，這樣的安全性提升已經(jīng)相當值得稱道了。
即將全面來臨
我們已經(jīng)目睹到首批MU-MIMO設備正式投放市場，例如Linksys EA8500以及宏基的Aspire E系列筆記本電腦。在接下來的半年當中，我們將看到更多產品支持這項新興技術，其中包括商業(yè)級接入點設備以及智能手機。根據(jù)全球規(guī)模最大的無線芯片組制造商之一高通公司的說法，他們從2013年就已經(jīng)開始將該技術納入移動設備，如今只需要進行軟件更新即可將其激活。
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