什么是Wi-Fi Wave 2?

802.11ac的第二波浪潮(即Wave 2)已经拍到了岸边,而新的MU-MIMO(多用户、多路输入多路输出)技术也正在引起业界的骚动。它正是我们已经看到的Wi-Fi的巨大潜力之一,可大大提升无线网络的吞吐量,并将在密度和容量上与之前的无线网络产生巨大差异。

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在前不久高通举办的一次展会上,我们看到了MU-MIMO技术的实例演示。它不只是提升某个Wi-Fi客户端的速度,而是改善了整个网络,就连它不支持的设备也能获得更好的性能提升。

之前的各种无线标准和无线技术虽然也大大提升了数据传输率,但也只是针对单个用户而言的。举例来说,802.11n所带的SU-MIMO(单用户MIMO)技术可允许单个用户与接入点(AP)之间同时发送和接收的数据流高达4个。

而802.11ac的MU-MIMO技术则可允许多个用户之间发送和接收1个或多个数据流,这将会对整个网络产生更大的影响。

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这张图说明SU-MIMO在同一时间只能与单个客户端进行通信,而MU-MIMO则允许多个客户端之间同时通信。

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这张图描述了在相同时间段内,MU-MIMO可发送的数据量是SU-MIMO的3倍,每个设备的数据传输率可增加1倍多。

MIMO如何工作

可以想象一个有4个不同入口的展馆或体育馆,每个入口处都有人排队等候进入。这里,每条排队的队列就像一个接入点,排队的人群就像数据,而每个入口则类似接收器,也就是Wi-Fi客户端。

如果没有MIMO,那么每次只有一个入口(Wi-Fi设备)的某些人(数据)能够进入。然后该入口关闭,下一组人群(数据)通过另一个入口(Wi-Fi设备)进入。每次只开一个入口(Wi-Fi设备)放人进入显然不是最好的办法,因为这会放慢队列(接入点)中人群(数据)快速通过的速度。

而如果有了MIMO,那么4条长长的队列(4个数据流)便可快速进入展馆,这与有4个不同入口的情形是不一样的。每个队列相当于一个数据流,一组队列则类似于接入点。4个入口相当于数据接收器,或Wi-Fi客户端。

假如你使用的是SU-MIMO,那么4个队列(数据流)中每个队列都可以有某些人(数据)只能通过某一个入口(Wi-Fi设备)进入,尽管其余的入口始终都是开着的。这种方法虽然提高了每个队列进入展馆的速度,但仍然无法允许4个入口同时进人。

而如果有了MU-MIMO,每个队列中的人群(数据)便可同时通过所有的入口进入展馆。人群之所以能进入的更快速,是因为每个队列都能通过不同的入口进入。

需要记住,目前的MU-MIMO还只能工作于下行连接:举例说,从接入点到你的手机、笔记本电脑和其他Wi-Fi设备。而当这些设备需要向接入点传输数据时,则仍需要和其他设备相互竞争。这有点儿像所有排队队列(数据流)的人群(数据)虽然可同时通过所有的入口(Wi-Fi设备)进入,但退场(向接入点发送数据)时则仍然需要交替使用不同的单个入口才行。

有助于提升密度和容量

Wi-Fi经常会遭遇密度和容量上的瓶颈,尤其是在小而拥挤的2.4GHz频段。而使用5GHz频段的802.11n和802.11ac则可提供更多的信道和更高的速率。但是MU-MIMO甚至可服务于更多的设备。这既可提高吞吐量,又可释放出更多的时间,允许接入点服务于更多的设备。

重要的是要注意,如上所述,MU-MIMO可增加吞吐量而无须绑定信道,尽管它可以完全占用任何一个信道的宽度。回到802.11n,它可以绑定2个20MHz信道,不管用不用SU-MIMO,都能一次发送更多的数据。在5GHz频段,则可以绑定40MHz信道,但在小而拥挤的2.4GHz频段这几乎是不可能的。有了802.11ac的Wave 1,我们就可以使用5GHz中的80MHz信道,无论是否使用SU-MIMO。如今,有了Wave 2,这个数字还可翻番,给我们提供最高160MHz的信道宽度,可适用于SU-MIMO、MU-MIMO,或者两者都不用也行。

你或许不想使用160MHz信道,因为这样会大大减少5GHz频段所能使用的信道数量,但你可能会考虑使用40或80MHz信道来提升吞吐率。

不需要先进的客户端设备

SU-MIMO要求终端用户设备和接入点都能支持该技术,并要求配备多个天线。此外,为了让客户端能够接收多个并发流,客户端还必须执行信号处理。设备能支持的天线和流越多,就需要更大的功率、外形尺寸和更高的成本,这也是很多终端用户设备始终只使用单数据流的原因。而这些对于MU-MIMO来说都不是问题,因为客户端无须执行信号处理,这个担子是由接入点来承担的。

尽管MU-MIMO除了接入点外仍需要终端用户设备能够支持该技术,但用户设备最少只须一根天线,仍可以和其他设备同时只传输一个数据流。

实际上,我们能看到的MU-MIMO与SU-MIMO之间的最大差别存在于支持较少数据流的设备与其他支持更多数据流设备之间。举例来说(+本站微信networkworldweixin),一个4流的MU-MIMO接入点可以用和一个4流的SU-MIMO接入点相同的速率发送数据;在这样的情形下,MU-MIMO不会直接产生助益。该接入点也无法服务于其他客户端。

在公共Wi-Fi热点区域内,没有多根天线的客户端也能采用MU-MIMO。这样一来,SU-MIMO就不会像我们在MU-MIMO上所看到的那样出现在众多的接入点和热点网关上,因为更多的设备由于需求的放宽自然更可能去支持更新的技术。因此当有越来越多的设备采用MU-MIMO后,我们自然会期待出现性能更好的公共Wi-Fi网络。

旧客户端也能拥有更高的速率

尽管MU-MIMO需要接入点和终端用户设备同时支持才行,但是旧型号或较简单的客户端即便不支持该技术也仍然可以间接受益,因为该技术有助于提升整个网络的密度和容量。此外,当它同时为支持自己的设备提供服务时,也就能释放出更多的自由时间服务于其他设备。这些其他设备既可包括多天线设备,也可包含单天线设备。一般来说,能更快地为设备提供服务,也就意味着设备的速率会更高。这就是不支持该技术的设备也能增加吞吐量的原因。

MU-MIMO还可提供间接的安全功能。数据在由接入点向某个设备发送时需要编码,以防包含任何敏感数据的分包被其他设备监听,尤其是可能被连接到同一个接入点的设备监听。然而,任何窃听者在对MU-MIMO执行数据包捕获时却只能看到一些有限的识别细节,例如MU组、所使用的调制方式,以及客户的MAC地址等。记住,MU-MIMO只能用于下行链路。所以窃听者肯定可以看到从MU-MIMO设备流向接入点的未加密数据包。因此,任何安全方面的改进都是受欢迎的。

MU-MIMO产品即将面市

我们已经看到首批MU-MIMO设备开始发货,例如Linksys的EA8500路由器和宏碁的Aspire E系列笔记本电脑。今年下半年,我们还会看到更多支持该技术的产品上市,例如商用级的接入点和智能手机等。按照全球最大的无线芯片厂商之一高通的说法,实际上在2013年,它们便在移动设备中采用了MU-MIMO技术,如今只需要升级软件让其激活而已。