[分享] 下一輪WiFi革命來臨：詳解高通MU-MIMO技術

陳誠誼2015-1-5 16:19

也許你從未聽說過MU-MIMO，但如果你是一名重度無線網路依賴者，我們強烈建議你讀完下面的文字，因為，WiFi無線網路技術的下一輪革命已經悄悄來臨，而MU-MIMO，就是開啟大門的鑰匙。
在今年的台北電腦展（Computex 2014）上，高通的全資子公司高通創銳訊展示了全球首款支持MU-MIMO技術的VIVE 4-stream 802.11ac芯片组，效率比現有802.11ac提高了兩到三倍。我們可以向你保證，這絕不是什麼技術噱頭，它是一次從0到1的巨大飛躍。今後若干年時間内，只要是WiFi網路所及之處，你將無數次看到它的身影，並真正從中受益。

從你身邊說起：WiFi網路最大的瓶頸在哪？
讓我們抛開冗長繁鎖的技術細节，請你捫心自問：現如今的WiFi網路，最大瓶頸是什麼？除了傳輸距離這個不可逾越的物理障碍，你有没有發現，同一個WiFi網路内，設備越多越慢？自己家中還好，購物中心、咖啡店裏等公共WiFi網路人多時，簡直慢的難以忍受。不管你是802.11abc還是xyz，只要有大量設備和你接入同一個WiFi網路，網速就會變成上班高峰期的北京地鐵，擠得讓你絕望，這是為何？
原因很簡單：根據現有802.11ac標準，AP（就是路由器熱點）一次只能和一個客户端通訊。

看明白了嗎？同一個AP，在同一個時間段内，只能與同一个個接入設備交换資料。這就像《鹿鼎記》裏的韋小寶，後宫佳麗再多，每天晚上也只能寵幸一個。聽起來很悲哀，但在三年前，WiFi聯盟制定802.11ac標準時，却没有考慮這
麼多。

MU-MIMO是802.11ac 2.0標準的關鍵特性


按照WiFi聯盟的路線圖，802.11ac標準被生生分成了两個階段，第一個階段大約在一年半之前開始推出，目標是迅速推出產品，讓無線儘快達到1Gbps的速率，而信號發送方式依然沿用了老舊802.11n的模式：AP向360度範圍内的所有方向發送信號，一次只能向一個客户端溝通來做傳輸，當一個案客户端服務完之後，才會服務下一個，數據傳輸是“輪流”進行。
由於802.11ac有高達80MHz的頻寬，在接入設備少的時候，問題還不大，但當接入的設備增加到數十、上百個時，問題就來了，80MHz的頻寬和傳輸總量被大量設備分割，大部分設備都在等待和路由器通訊，互相爭搶資源，節果是大家都慢得一塌糊涂。

救世主出現：何謂MU-MIMO？
那麼，有没有辦法讓AP同時與多個設備通訊呢？解鈴還需系鈴人，WiFi聯盟可没這麼笨，他們留了一手，這就是802.11ac Triple E標準，又稱為802.11ac 2.0。

MU-MIMO是“Multi-User Multiple-Input Multiple-Output”的縮寫，聽起來很拗口的一個技術名詞，字面含義却很好理解，直譯就行了——“多用户多入多出技術”。
顧名思義，MU-MIMO是一種讓你的路由器同時與多個設備溝通的技術，它是802.11ac標準第二階段的里程碑，這種進步甚至比802.11b/g到802.11n，再到802.11ac來得還要大，因為版本號的進化只是提升了理論速率，MU-MIMO才是真正改善了網路資源利用率，換句話說，它的性能提升都是你看得見摸得着的。
聽起來是不是很有意思？嗯，我們現在還要再给MU-MIMO戴上一頂帽子：只有具備MU-MIMO技術的設備，才能被稱作“完整版802.11ac”，目前市面上炒得火熱的那些智慧路由器，全都是“不完整版802.11ac”。


在這個階段，802.11ac終於不再“單打獨鬥”了，WiFi聯盟引入了名為MU-MIMO的新功能，有了它，你的路由器就能同時跟多台設備通信了。你可以這麼認為：MU-MIMO就是為了提高傳統WiFi網路的低效率而生。

直擊問題根源：MU-MIMO是如何工作的？
OK，我們已經知道了MU-MIMO的主要目的是提升WiFi網路的效率，但它究竟用什麼手段提高效率？帶著這個問題，我們在Computex 2014現場採訪了高通創銳訊產品管理暨網路事業群副總裁Todd D.Antes，看看他是怎麼說的。

首先，為了便於理解，你可以把傳統的802.11ac路由器信號想象成是一個“圓圈”，這個圓圈就是信號的覆蓋範圍，天線在圓心，呈360度向外發射號。在“圓圈”内的設備，路由器會依次與它們進行通訊，每次都是一個對一個，多了不行。

左為傳統路由器，右為支持MU-MIMO的路由器，它們的信號“形狀”是不同的


802.11ac擁有80MHz的頻寬，實際數據傳輸速約為350Mbps左右，按照“一次只能服務一個”的原理，如果有兩個設備同時接入網路，802.11ac就只能“輪著來”了，這樣每個設備只能得到40MHz頻寬，數據傳輸速率當然也會減半。

AP的頻寬資源是有限的，MU-MIMO可以同時做三份工作，相當於頻寬利用率提升了3倍
而使用了MU-MIMO技術的802.11ac 2.0路由器則不同，它的信號並非360度全向發射，實際上，你可以把MU-MIMO路由的信號看作是“三道射線”，高通利用波束成型（Beamforming）和多用户分集技術，將信號在時域、頻域、空域三個維度上分成三部分，看起來就像是同時發出三個不同的信號，射向三台不同的設備，這樣，MU-MIMO路由就能同時“1 vs 3”。由於三個信號互不干擾，因此每台設備得到的資源是相等的，而且數據傳輸能同時進行，從路由器角度衡量，數據傳輸速率提高了2.5～3倍。

傳統路由器

支援MU-MIMO
兩者最大差別在速度與效率。

在高通的MU-MIMO路由器樣機管理界面裏，可以很清楚的看到三個設備的傳輸速率


當一個網路内同時存在幾十台甚至上百台設備時，這種互不干擾的工作模式好處就很明顯了，路由器能用傳統802.11ac三倍的速度處理請求，負載被大大分散，整個網路的延遲會有明顯的下降。從手機角度來說，支持MU-MIMO的手機除了網速更快，還能更迅速的連上路由器，減少無謂的等待時間，接入WiFi網路功耗也會變小。
不過，遺憾的是，MU-MIMO技術需要發送和接受設備兩端都提供硬提拔支持，也就是說，你的路由器和手機必需同時支持MU-MIMO，WiFi才能能同時與多個設備通訊，市面上現有的家用路由器和大部分手機均無法支持MU-MIMO。


速度實測：秒殺傳統802.11ac
高通在自家的Computex 2014展台上展示了一大波MU-MIMO設備，包括採用MU-MIMO技術、專供智慧路由器使用的QCA998x和QCA999x網路解決方案，從演示來看，MU-MIMO速度確實驚人，它可以輕易將一台802.11ac路由器的數據傳輸速率提升兩倍以上，從273Mbps提升至638Mbps，比802.11n到802.11ac升級還管用！

這些計算機模擬多台設備，同時連入一個AP，並大量傳輸數據

上圖是普通802.11ac路由器，下圖是帶MU-MIMO的802.11ac路由器，結果還用我說？


最快明年商用：這裏承載著WiFi技術的未來
最後，還有一個最關鍵的問題——我們什麼時候才能用上MU-MIMO？
根據Todd D.Antes的說法，MU-MIMO技術在微型基站上其實早有用過，WiFi聯盟也已經將其引入802.11ac，作為下一階段的規範標準，但是，把MU-MIMO的成本壓縮至家用路由器也能接受，高通創銳訊花了足足7年時間，技術難度之大可想而知。
目前，高通已有不少合作伙伴在測試QCA998x和QCA999x芯片，Todd D.Antes表示，搭載MU-MIMO的路由器、智慧網關等，到今年底、明年初就會問世。而手機方面，高通驍龍801芯片已經率先给予了支持，下一代的驍龍810、808和805也会會支持802.11ac MU-MIMO。

高通4×4 MU-MOMI路由器樣機

MU-MOMI路由器樣機内部

QCA998x/QCA999x SoC樣片


相比家用路由，公共空間安裝的熱點、企業的AP才是網路最擁擠的地方，我们很樂意看到MU-MIMO在公共場所的普及，那才是MU-MIMO真正的用武之地。
智慧路由的概念炒作讓2014年的家用網路設備市場狠狠的火了一把，但浮華褪去，你會發現，真正能改變世界，為我們帶來更優秀用户體驗的，依然是那些最核心、最基礎的技術進步。
随著MU-MIMO脚步的臨近，無線網路設備市場很快將面臨新一輪的洗牌。


以上文章來自http://www.evolife.cn/html/2014/77492_3.html


雖然這文章早就發表了，我卻沒看到。不過將來，或是現在在使用801,805,808,810的使用者就有福了。如果沒有這篇文章大概很多人都會莫名其妙吧！有了這篇文章深入去讀它，你會發現。原來如此。














本文章最後由( 陳誠誼 )於 2015-1-5 17:32 編輯

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