碧玉年华的Wi-Fi如何解决成长的烦恼

　　不经意间，Wi-Fi诞生至今已经接近16年，会不会有些吃惊？但事实就是如此。如果将Wi-Fi比作一位女子，按照中国文化的表述，她已经到了最美的“碧玉之年”。Wi-Fi诞生之初时，网络数据传输速率仅为11Mbps，而现在这一速率已经达到1Gbps以上，远远超出了最初的速率，而这一数字也即将被我们再次刷新。

　　与所有少女一样，烦恼总是伴随着成长，Wi-Fi的烦恼是什么？——全球移动数据流量在2013年增长高达83%，并且预计从2013年到2018年将增长近11倍。另外，对比起蜂窝数据，用户更偏向使用Wi-Fi消费流媒体音乐和视频等内容，这也使得移动运营商尽可能将广域网（WAN）的流量分流到Wi-Fi上。同时在企业中，BYOD的趋势使得企业网络日渐面对繁重的Wi-Fi流量挑战。

　　日前，Qualcomm创锐讯正式发布MU-MIMO白皮书《802.11ac MU-MIMO： 桥接Wi-Fi中的间隙》，全面详细讲解了MU-MIMO技术在Wi-Fi网络中的实际需求、技术特性和优势、设计注意事项等内容。

　　MU-MIMO如何工作？

　　目前市面上大多数Wi-Fi路由器和AP是采用单用户多输入多输出（SU-MIMO），这种技术采用低效时间槽协议，为多个客户端提供单一时刻专用全速率Wi-Fi无线连接。通常，AP有3-4个天线，而大部分客户端只有1-2个天线。因此，采用SU-MIMO时，客户端不能支持全系列MIMO信道运行，而且很少用到AP的全部容量，因此造成了AP的极限性能浪费。多用户多输入多输出（MU-MIMO）技术则可以赋予AP更多选择以服务终端，使其有效利用总的可用容量，从而有效地桥接MIMO间隙。

　　与上一代无线网络802.11n相比，802.11ac在发射波束成形和MU-MIMO功能上得到大幅改进，使其在性能和灵活性方面为无线局域网（WLAN）用户带来了巨大突破。如图1所示，当采用SU-MIMO时，设备一次只向一个终端发射发送多个空间流；而 MU-MIMO允许将多个空间流同时分配给不同客户端，增加了WLAN系统的总吞吐量和总容量。

　　图1.SU-MIMO与MU-MIMO的对比

　　MU-MIMO利用发射波束成形，建立最多四个定向射频（RF）链路。当MU-MIMO工作时，AP使用增强的波束成形技术，以最大能量向目标终端进行传输；同时通过调零来调小非目标终端方向的传输。这便是空间复用（SpaTIal Reuse）技术，它能够为四个用户中的每一位用户提供专属的全带宽信道。

　　图2.SU-MIMO和MU-MIMO运行方式

　　在图2所示的例子中，有四个天线的802.11ac MU-MIMO AP能够同时向一台笔记本电脑、一部手机和两部平板电脑各发送一个空间流。由于MU-MIMO网络不要求其客户端设备与该网络上的其他客户终端进行分时连接，减少每个终端的等待时间，从而大大提高网络和客户终端的反应速度。

　　MU-MIMO为最终用户带来了其他诸多益处。首先体现在网络总容量的有效提高，通常可以增加2-3倍，从而实现对可用频谱的高效利用。这对于闹市区、公寓楼、企业网络、热点或其他拥挤环境中来说，优势显著。再者，MU-MIMO带来的容量提升能够允许系统支持更高流量，并桥接MIMO的间隙，使得Wi-Fi网络能满足高清视频流、音频和其他数据密集型应用所带来的数据需求增加。另外，随着MU客户端效率提升2-3倍，网络上将有更多空闲时间或容量来服务其他客户端，这意味着传统的客户端也将从MU-MIMO中受益。

　　如何设计MU-MIMO解决方案？

　　根据白皮书内容，MU-MIMO的设计选择和权衡集中在空间流数量和并发用户数量两个层面。从空间流数量角度看，802.11ac将SAT接收MIMO流的最大数目增加至8个，与802.11n标准相比，有效地将网络吞吐量提高一倍。在并发用户数量方面，Qualcomm创锐讯经过七年研究发现，支持三个并发用户的4x4系统MU-MIMO性能和稳定性最佳。

　　因此，为MU-MIMO应用设计出一套实用芯片解决方案需要严谨的衡量和选择。例如，当准备探测时，需要考虑如何从诸多候选终端中选择，以及如何选择MU的数据传输速率。而Qualcomm创锐讯已开发出了一套独特的适用于调度，探测，分组与速率控制的算法。

　　图3.MU-MIMO动态，优化吞吐量，覆盖范围和距离

　　具体来讲，在调度时，Qualcomm创锐讯采取的算法能够根据客户端的流量分布、服务质量（QoS）要求，以及客户端的时间公平性来调度传输，以最大限度提高网络容量；在分组时，根据每个MU客户端的流量类型，从候选MU客户端中合理选择三个客户端，以确保网络总吞吐量维持在高水平；Qualcomm 创锐讯的算法还确保了探测频率和速率选择之间的平衡，以保证网络总吞吐量维持在高水平。

　　更强大的连接、更智能的家居

　　802.11ac MU-MIMO为网络容量和客户端带来的提升需要一个支持MU-MIMO技术的端到端生态系统，并且芯片解决方案和相关参考设计能够帮助OEM轻松生产出支持MU-MIMO的产品。作为Qualcomm创锐讯的产品，支持Qualcomm MU I EFX的VIVE™ 802.11ac技术能够为OEM厂商提供802.11ac完整的解决方案，产品覆盖路由器及网关、企业AP、移动设备以及计算机设备和消费电子类产品。

　　除了MU-MIMO技术外，另一个提升网络容量的重要技术是802.11ad技术，它利用60GHz频段中的7Ghz-9Ghz的未授权Wi-Fi频谱，带来最高可达7Gbps的传输速度。Qualcomm创锐讯已在CES2015上演示了全球首款用于家庭联网产品和媒体中心解决方案的三频段无线解决方案，这一全新的参考设计支持 802.11ad和802.11ac Wi-Fi，它将为住宅网关、机顶盒以及媒体服务器提供覆盖整个家庭的高速、大容量无线网络，同时免受附近接入点的干扰。

　　另一方面，无线技术的发展使得智能家居已不再是简单的宽带连接，智能网关正逐渐成为智能家居的核心所在。作为开放的应用平台，它将不仅促进开发新的网络应用和服务，同时也能连接万物联网（IoE）中的其他部分，例如当汽车进入车库后连接网关，或者通过家中的智能电表连接城市电网。Qualcomm的互联网处理器（IPQ）将网关、路由器与媒体服务器等转化为智能家庭平台，使联网家庭更智能、更人性化，也更安全。

　　此外，Qualcomm为实现智能家居还提供多种连接技术，除了支持Qualcomm® MU | EFX 的VIVE™ 802.11ac和三频段解决方案以外，还提供低功耗的Wi-Fi和蓝牙连接家电产品、照明、家庭自动化系统和传感器以及千兆级HomePlugAV电力线和Hy-Fi。

　　更多有关白皮书的内容，请参阅《802.11ac MU-MIMO： 桥接Wi-Fi中的间隙》