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下一輪WiFi革命來臨:詳解高通MU-MIMO技術(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output多使用者多入多出技術)

也許你從未聽說過MU-MIMO,但如果你是一名重度無線網絡依賴者,我們強烈建議你讀完下面的文字,因為,WiFi無線網絡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援MU-MIMO技術的VIVE 4-stream 802.11ac晶片組,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。今後若幹年時間内,隻要是WiFi網絡所及之處,你将無數次看到它的身影,并真正從中受益。

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從你身邊說起:WiFi網絡最大的瓶頸在哪?

讓我們抛開冗長繁瑣的技術細節,請你扪心自問:現如今的WiFi網絡,最大瓶頸是什麼?除了傳輸距離這個不可逾越的實體障礙,你有沒有發現,同一個WiFi網絡内,裝置越多越慢?自己家中還好,購物城、咖啡店裡等公共WiFi網絡人多時,簡直慢的難以忍受。不管你是802.11abc還是xyz,隻要有大量裝置和你接入同一個WiFi網絡,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标準,AP(就是路由器、熱點)一次隻能和一個用戶端通訊。

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看明白了嗎?同一個AP,在同一個時間段内,隻能與同一個接入裝置交換資訊。這就像《鹿鼎記》裡的韋小寶,後宮佳麗再多,每天晚上也隻能寵幸一個。聽起來很悲哀,但在三年前,WiFi聯盟制定802.11ac标準時,卻沒有考慮這麼多。

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MU-MIMO是802.11ac 2.0标準的關鍵特性

按照WiFi聯盟的路線圖,802.11ac标準被生生分成了兩個階段,第一個階段大約在一年半之前開始推出,目标是迅速推出産品,讓無線盡快達到1Gbps的速率,而信号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号,一次隻能向一個用戶端溝通來做傳輸,當一個用戶端服務完之後,才會服務下一個,資料傳輸是“輪流”進行。

由于802.11ac有高達80MHz的頻寬,在接入裝置少的時候,問題還不大,但當接入的裝置增加到數十、上百個,問題就來了,80MHz的頻寬和傳輸總量被大量裝置分割,大部分裝置都在等待和路由器通訊,互相争搶資源,結果是大家都慢得一塌糊塗。

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救世主出現:何謂MU-MIMO?

那麼,有沒有辦法讓AP同時與多個裝置通訊呢?解鈴還須系鈴人,WiFi聯盟可沒這麼笨,他們留了一手,這就是802.11ac Triple E标準,又稱為802.11ac 2.0。

在這個階段,802.11ac終于不再“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裝置通信了。你可以這麼認為:MU-MIMO就是為了提高傳統WiFi網絡的低效率而生。

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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,字面含義卻很好了解,直譯就行了——“多使用者多入多出技術”。

顧名思義,MU-MIMO是一種讓你的路由器同時與多個裝置溝通的技術,它是802.11ac标準第二階段的裡程碑,這種進步甚至比802.11b/g到802.11n,再到802.11ac來得還要大,因為版本号的進化隻是提升了理論速率,MU-MIMO才是真正改善了網絡資源使用率,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,我們現在還要再給MU-MIMO戴上一頂帽子:隻有具備MU-MIMO技術的裝置,才能被稱作“完整版802.11ac”,目前市面上炒得火熱的那些智能路由,全都是“不完整版802.11ac”。

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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網絡的效率,但它究竟用什麼手段提高效率?帶着這個問題,我們在Computex 2014現場采訪了高通創銳訊産品管理暨網路事業群副總裁Todd D.Antes,看看他是怎麼說的。

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首先,為了便于了解,你可以把傳統的802.11ac路由器信号想象成是一個“圓圈”,這個圓圈就是信号的覆寫範圍,天線在圓心,呈360度向外發射信号。在“圓圈”内的裝置,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。

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左為傳統路由器,右為支援MU-MIMO的路由器,它們的信号“形狀”是不同的

802.11ac擁有80MHz的頻寬,實際資料傳輸速率約為350Mbps左右,按照“一次隻能服務一個”的原理,如果有兩個裝置同時接入網絡,802.11ac就隻能“輪着來”了,這樣每個裝置隻能得到40MHz頻寬,資料傳輸速率當然也會減半。

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AP的頻寬資源是有限的,MU-MIMO可以同時做三份工作,相當于頻寬使用率提升了3倍

而使用了MU-MIMO技術的802.11ac 2.0路由器則不同,它的信号并非360度全向發射,實際上,你可以把MU-MIMO路由的信号看作是“三道射線”,高通利用波束成型(Beamforming)和多使用者分集技術,将信号在時域、頻域、空域三個次元上分成三部分,看起來就像是同時發出三個不同的信号,射向三台不同的裝置,這樣,MU-MIMO路由就能同時“1 vs 3”。由于三個信号互不幹擾,是以每台裝置得到的資源是相等的,而且資料傳輸能同時進行,從路由器角度衡量,資料傳輸速率提高了2.5~3倍。

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傳統路由器(左)與支援MU-MIMO的路由器(右)最大差別就是速度和效率

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在高通的MU-MIMO路由器樣機管理界面裡,可以很清楚的看到三個裝置的傳輸速率

當一個網絡内同時存在幾十台甚至上百台裝置時,這種互不幹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,整個網絡的延遲會有明顯的下降。從手機角度來說,支援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網絡時功耗也會變小。

不過,遺憾的是,MU-MIMO技術需要發送和接受裝置兩端都提供硬體支援,也就是說,你的路由器和手機必須同時支援MU-MIMO,WiFi才能能同時與多個裝置通訊,市面上現有的家用路由器和大部分手機均無法支援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裝置,包括采用MU-MIMO技術、專供智能路由器使用的QCA998x和QCA999x網絡解決方案,從示範來看,MU-MIMO速度确實驚人,它可以輕易将一台802.11ac路由器的資料傳輸速率提升兩倍以上,從273Mbps提升至638Mbps,比802.11n到802.11ac更新還管用!

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這些計算機模拟多台裝置,同時連入一個AP,并大量傳輸資料

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左邊是普通802.11ac路由,右邊是帶MU-MIMO的802.11ac路由,結果還用我說?

最快明年商用:這裡承載着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聯盟也已經将其引入802.11ac,作為下一階段的規範标準,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,高通已有不少合作夥伴在測試QCA998x和QCA999x晶片,Todd D.Antes表示,搭載MU-MIMO的路由器、智能網關等,到今年底、明年初就會問世。而手機方面,高通骁龍801晶片已經率先給予了支援,下一代的骁龍810、808和805也會支援802.11ac MU-MIMO。

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高通4×4 MU-MOMI路由器樣機

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MU-MOMI路由器樣機内部

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QCA998x/QCA999x SoC樣片

相比家用路由,公共空間安裝的熱點、企業的AP才是網絡最擁擠的地方,我們很樂意看到MU-MIMO在公共場所的普及,那才是MU-MIMO真正的用武之地。

智能路由的概念炒作讓2014年的家用網絡裝置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,為我們帶來更優秀使用者體驗的,依然是那些最核心、最基礎的技術進步。

随着MU-MIMO腳步的臨近,無線網絡裝置市場很快将面臨新一輪的洗牌。