碧玉年華的Wi-Fi如何解決成長(zhǎng)的煩惱

　　不經(jīng)意間，Wi-Fi誕生至今已經(jīng)接近16年，會(huì)不會(huì)有些吃驚？但事實(shí)就是如此。如果將Wi-Fi比作一位女子，按照中國(guó)文化的表述，她已經(jīng)到了最美的“碧玉之年”。Wi-Fi誕生之初時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率僅為11Mbps，而現(xiàn)在這一速率已經(jīng)達(dá)到1Gbps以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最初的速率，而這一數(shù)字也即將被我們?cè)俅嗡⑿隆?/p>

　　與所有少女一樣，煩惱總是伴隨著成長(zhǎng)，Wi-Fi的煩惱是什么？——全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量在2013年增長(zhǎng)高達(dá)83%，并且預(yù)計(jì)從2013年到2018年將增長(zhǎng)近11倍。另外，對(duì)比起蜂窩數(shù)據(jù)，用戶更偏向使用Wi-Fi消費(fèi)流媒體音樂(lè)和視頻等內(nèi)容，這也使得移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商盡可能將廣域網(wǎng)（WAN）的流量分流到Wi-Fi上。同時(shí)在企業(yè)中，BYOD的趨勢(shì)使得企業(yè)網(wǎng)絡(luò)日漸面對(duì)繁重的Wi-Fi流量挑戰(zhàn)。

　　日前，Qualcomm創(chuàng)銳訊正式發(fā)布MU-MIMO白皮書(shū)《802.11ac MU-MIMO： 橋接Wi-Fi中的間隙》，全面詳細(xì)講解了MU-MIMO技術(shù)在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際需求、技術(shù)特性和優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)等內(nèi)容。

　　MU-MIMO如何工作？

　　目前市面上大多數(shù)Wi-Fi路由器和AP是采用單用戶多輸入多輸出（SU-MIMO），這種技術(shù)采用低效時(shí)間槽協(xié)議，為多個(gè)客戶端提供單一時(shí)刻專(zhuān)用全速率Wi-Fi無(wú)線連接。通常，AP有3-4個(gè)天線，而大部分客戶端只有1-2個(gè)天線。因此，采用SU-MIMO時(shí)，客戶端不能支持全系列MIMO信道運(yùn)行，而且很少用到AP的全部容量，因此造成了AP的極限性能浪費(fèi)。多用戶多輸入多輸出（MU-MIMO）技術(shù)則可以賦予AP更多選擇以服務(wù)終端，使其有效利用總的可用容量，從而有效地橋接MIMO間隙。

　　與上一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)802.11n相比，802.11ac在發(fā)射波束成形和MU-MIMO功能上得到大幅改進(jìn)，使其在性能和靈活性方面為無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）用戶帶來(lái)了巨大突破。如圖1所示，當(dāng)采用SU-MIMO時(shí)，設(shè)備一次只向一個(gè)終端發(fā)射發(fā)送多個(gè)空間流；而 MU-MIMO允許將多個(gè)空間流同時(shí)分配給不同客戶端，增加了WLAN系統(tǒng)的總吞吐量和總?cè)萘俊?/p>

　　圖1.SU-MIMO與MU-MIMO的對(duì)比

　　MU-MIMO利用發(fā)射波束成形，建立最多四個(gè)定向射頻（RF）鏈路。當(dāng)MU-MIMO工作時(shí)，AP使用增強(qiáng)的波束成形技術(shù)，以最大能量向目標(biāo)終端進(jìn)行傳輸；同時(shí)通過(guò)調(diào)零來(lái)調(diào)小非目標(biāo)終端方向的傳輸。這便是空間復(fù)用（Spatial Reuse）技術(shù)，它能夠?yàn)樗膫€(gè)用戶中的每一位用戶提供專(zhuān)屬的全帶寬信道。

　　圖2.SU-MIMO和MU-MIMO運(yùn)行方式

　　在圖2所示的例子中，有四個(gè)天線的802.11ac MU-MIMO AP能夠同時(shí)向一臺(tái)筆記本電腦、一部手機(jī)和兩部平板電腦各發(fā)送一個(gè)空間流。由于MU-MIMO網(wǎng)絡(luò)不要求其客戶端設(shè)備與該網(wǎng)絡(luò)上的其他客戶終端進(jìn)行分時(shí)連接，減少每個(gè)終端的等待時(shí)間，從而大大提高網(wǎng)絡(luò)和客戶終端的反應(yīng)速度。

　　MU-MIMO為最終用戶帶來(lái)了其他諸多益處。首先體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘康挠行岣?，通?？梢栽黾?-3倍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可用頻譜的高效利用。這對(duì)于鬧市區(qū)、公寓樓、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、熱點(diǎn)或其他擁擠環(huán)境中來(lái)說(shuō)，優(yōu)勢(shì)顯著。再者，MU-MIMO帶來(lái)的容量提升能夠允許系統(tǒng)支持更高流量，并橋接MIMO的間隙，使得Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)能滿足高清視頻流、音頻和其他數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用所帶來(lái)的數(shù)據(jù)需求增加。另外，隨著MU客戶端效率提升2-3倍，網(wǎng)絡(luò)上將有更多空閑時(shí)間或容量來(lái)服務(wù)其他客戶端，這意味著傳統(tǒng)的客戶端也將從MU-MIMO中受益。

　　如何設(shè)計(jì)MU-MIMO解決方案？

　　根據(jù)白皮書(shū)內(nèi)容，MU-MIMO的設(shè)計(jì)選擇和權(quán)衡集中在空間流數(shù)量和并發(fā)用戶數(shù)量?jī)蓚€(gè)層面。從空間流數(shù)量角度看，802.11ac將SAT接收MIMO流的最大數(shù)目增加至8個(gè)，與802.11n標(biāo)準(zhǔn)相比，有效地將網(wǎng)絡(luò)吞吐量提高一倍。在并發(fā)用戶數(shù)量方面，Qualcomm創(chuàng)銳訊經(jīng)過(guò)七年研究發(fā)現(xiàn)，支持三個(gè)并發(fā)用戶的4x4系統(tǒng)MU-MIMO性能和穩(wěn)定性最佳。

　　因此，為MU-MIMO應(yīng)用設(shè)計(jì)出一套實(shí)用芯片解決方案需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮饬亢瓦x擇。例如，當(dāng)準(zhǔn)備探測(cè)時(shí)，需要考慮如何從諸多候選終端中選擇，以及如何選擇MU的數(shù)據(jù)傳輸速率。而Qualcomm創(chuàng)銳訊已開(kāi)發(fā)出了一套獨(dú)特的適用于調(diào)度，探測(cè)，分組與速率控制的算法。

　　圖3.MU-MIMO動(dòng)態(tài)，優(yōu)化吞吐量，覆蓋范圍和距離

　　具體來(lái)講，在調(diào)度時(shí)，Qualcomm創(chuàng)銳訊采取的算法能夠根據(jù)客戶端的流量分布、服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求，以及客戶端的時(shí)間公平性來(lái)調(diào)度傳輸，以最大限度提高網(wǎng)絡(luò)容量；在分組時(shí)，根據(jù)每個(gè)MU客戶端的流量類(lèi)型，從候選MU客戶端中合理選擇三個(gè)客戶端，以確保網(wǎng)絡(luò)總吞吐量維持在高水平；Qualcomm 創(chuàng)銳訊的算法還確保了探測(cè)頻率和速率選擇之間的平衡，以保證網(wǎng)絡(luò)總吞吐量維持在高水平。

　　更強(qiáng)大的連接、更智能的家居

　　802.11ac MU-MIMO為網(wǎng)絡(luò)容量和客戶端帶來(lái)的提升需要一個(gè)支持MU-MIMO技術(shù)的端到端生態(tài)系統(tǒng)，并且芯片解決方案和相關(guān)參考設(shè)計(jì)能夠幫助OEM輕松生產(chǎn)出支持MU-MIMO的產(chǎn)品。作為Qualcomm創(chuàng)銳訊的產(chǎn)品，支持Qualcomm MU I EFX的VIVE? 802.11ac技術(shù)能夠?yàn)镺EM廠商提供802.11ac完整的解決方案，產(chǎn)品覆蓋路由器及網(wǎng)關(guān)、企業(yè)AP、移動(dòng)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)設(shè)備和消費(fèi)電子類(lèi)產(chǎn)品。

　　除了MU-MIMO技術(shù)外，另一個(gè)提升網(wǎng)絡(luò)容量的重要技術(shù)是802.11ad技術(shù)，它利用60GHz頻段中的7Ghz-9Ghz的未授權(quán)Wi-Fi頻譜，帶來(lái)最高可達(dá)7Gbps的傳輸速度。Qualcomm創(chuàng)銳訊已在CES2015上演示了全球首款用于家庭聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和媒體中心解決方案的三頻段無(wú)線解決方案，這一全新的參考設(shè)計(jì)支持 802.11ad和802.11ac Wi-Fi，它將為住宅網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒以及媒體服務(wù)器提供覆蓋整個(gè)家庭的高速、大容量無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)免受附近接入點(diǎn)的干擾。

　　另一方面，無(wú)線技術(shù)的發(fā)展使得智能家居已不再是簡(jiǎn)單的寬帶連接，智能網(wǎng)關(guān)正逐漸成為智能家居的核心所在。作為開(kāi)放的應(yīng)用平臺(tái)，它將不僅促進(jìn)開(kāi)發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)，同時(shí)也能連接萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoE）中的其他部分，例如當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入車(chē)庫(kù)后連接網(wǎng)關(guān)，或者通過(guò)家中的智能電表連接城市電網(wǎng)。Qualcomm的互聯(lián)網(wǎng)處理器（IPQ）將網(wǎng)關(guān)、路由器與媒體服務(wù)器等轉(zhuǎn)化為智能家庭平臺(tái)，使聯(lián)網(wǎng)家庭更智能、更人性化，也更安全。

　　此外，Qualcomm為實(shí)現(xiàn)智能家居還提供多種連接技術(shù)，除了支持Qualcomm? MU | EFX 的VIVE? 802.11ac和三頻段解決方案以外，還提供低功耗的Wi-Fi和藍(lán)牙連接家電產(chǎn)品、照明、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)和傳感器以及千兆級(jí)HomePlugAV電力線和Hy-Fi。

　　更多有關(guān)白皮書(shū)的內(nèi)容，請(qǐng)參閱《802.11ac MU-MIMO： 橋接Wi-Fi中的間隙》