802.11ac的重要技术：多用户MIMO

802.11ac这一千兆级Wi-Fi技术对于Wi-Fi客户端来说，意味着将拥有比当前802.11n最快速度还要快的速度。11ac实际上是由几个重要技术组成，其中包括被称之为多用户MIMO的技术。11ac被分为Wave 1和Wave 2两个阶段推行，预计11ac将在今年下半年推行Wave 2，而多用户MIMO技术则为 Wave 2中的一部分。

802.11ac标准增加及扩展了许多技术，不仅大幅提升了整体数据传输速率和吞吐量，而且还通过更为稳定的信号，“保护”和维持住了这些增益性能。这种高可靠性信号支持更远距离上的更大吞吐量;为了保持连接的稳定性，其还可以平缓地降低吞吐量。

在11ac中，信道宽度提升到了80 MHz(11n中的信道宽度为20 MHz)，在Wave 2阶段，信道宽度将进一步提升至160 MHz。11ac在Wave 1阶段支持4个空间流，在Wave 2，这一数量将增加至8个。与11n的64 QAM相比，11ac具有更高的密度调制方案，达到了256 QAM，在Wave 2阶段中，11ac将采用具有发射波束成形功能的多用户MIMO技术。

MU-MIMO(多用户MIMO)的基本理念非常简单：一个11ac接入点能够同时将数据发送至四个客户端(客户端必须要也支持MU-MIMO)，同时为每一个客户端建立一个独立的“空间流”。与之形成对比的是，目前的3空间流11n接入点一次仅能够与一个客户端对话，因此多个客户端必须要一个一个轮流通信。基本上，MU-MIMO可以让Wi-Fi网络具有更高的效率，在大量用户访问接入点时可以保证所有的用户都拥有良好的“无线体验”。目前市场上已经可以采购到这样的接入点和无线路由器芯片，网络厂商们希望在今年晚些时候就能够生产首批网络与客户端产品。

在技术上，多用户MIMO是11ac的一个选项，厂商也没有被要求必须为其提供支持。但是大部分观察人士认为，在短期内，它将成为几乎所有11ac产品的标准特征。

MIMO在802.11n标准中被首次引入。它的被引入其实是为了解决之前遇到的一个问题，结果却大幅提高了Wi-Fi的数据传输速率。之前的问题被称之为“多路径”问题，即在无线信号被传输时会被周边的物体反射，这使得信号会沿着不同时间和角度的多个路径到达接收器。“多路径”问题会导致信号干扰和速度放慢。

MIMO充分利用了多路径的特点，在信号的发送端和接收端同时增加了天线。多天线技术通过空间分集提高了传输过程中的信噪比，并通过抗衰减提升了系统的可靠性。通过空间复用，用户可使用天线分组间的不同路径通过2个、3个或4个空间流传输更多的数据。

据Quantenna(宽腾达)公司技术营销总监Bahador Amir称，该公司的芯片能够同时与4个客户端对话，或是将客户端分成4组，然后进行平行传输。然后，在每个由5个或6个或是更多客户端组成的小组内，Quantenna芯片会使用传统的Wi-Fi规范，一次与一个客户端对话，依次完成与每个客户端的对话。

Amir称，以往在这种情况下，接入点会将距离最远的客户端与距离较近的客户端集中在一起;随着与接入点距离的增加，客户端必须要放慢传输速率，增加网络对话时间，导致网络带宽被无谓的占用。但是通过多用户MIMO技术，距离较远的客户端会被集中起来共享容量，而此时其他距离较近的客户端则可以享受更快的速率。

发射波束成形在11n中为可选项，但是在11ac为必选项。Aerohive公司的Matthew Gast表示，发射波束成形为多用户MIMO的关键性配套技术。该技术使得接入点能够针对特定客户端的特定方向“集中”或“操控”无线射频能量。为了实现这一功能，首先需要不断地与每个客户端进行对话以收集特定信道的测量值，接入点可以根据收集到的测量值对信号相位进行微调。这一调整使得至特定客户端信号具有更高的有效功率。通过多用户MIMO技术，接入点能够同时优化多达4个客户端的信号。

多用户MIMO目前已经到了一个关键时期。由于智能手机和平板电脑的普及，Wi-Fi客户端的数量正在飞速增长。终端用户希望免除蜂窝网络费用，并有着对视频、音乐、持续的社交网络在线和升级需求。在Wi-Fi接入点附近，未必人手一台Windows或Mac笔记本电脑，但是几乎每个人都希望将一台、两台甚至更多的移动设备与附近的Wi-Fi连接在一起。

Quantenna公司的 Amir称： “随着客户端的增加，接入点必须要能够应对上面的情况。使用单一用户MIMO技术时，在接入点饱和后，你会陷入困境。因为接入点必须要与100个客户端轮流对话。你的时间会不够用，从而导致低带宽服务。多用户MIMO技术则可以极大地改善这种情况。”

带有11ac设备的大部分智能手机和平板电脑都可能是单流客户端(仅有一部天线)，其最大数据率可能为433Mbps。采用波束成形技术的4流11ac接入点非常适合这类客户端。

无线咨询公司Farpoint 集团负责人、美国“Network World”网站博主Craig Mathias 称：“多用户MIMO遇到的一个很大的实际问题是，它们到底能够工作得有多好?答案是目前还没有人值知道。我仅在实验室里看到过它。目前还没有可供部署的产品出现，因此用户到底能够从中获得什么好处还不清楚。”

Mathias指出，Wi-Fi网络一直充满了变数。他称，尽管使用80-MHz 信道的11ac接入点理论容量为1.3Gbps，“但是在实现中并不会达到这一数值”。 “厂商们的基准测试结果参差不齐。无线电性能变化非常大，固件、芯片、电路板设计、驱动程序、天线和无线电环境也都会产生影响。因此我们无法预测用户会得到什么样的性能。”

“我给用户的主要建议是等待和观望，在新的11ac产品出现后对它们进行评估。” Mathias 说。“用户应当花时间观察多用户MIMO技术将如何工作，最重要的是，它们在你的特定环境中将如何工作。”

如前所述，目前被广泛部署的11n接入点、路由器和客户端都使用了MIMO技术，其中大多数接入点都支持3个空间流。但是如果有三个客户端——笔记本、智能手机或平板电脑与3空间流的11n接入点连接在一起，那么一次只能有一台设备与接入点进行传通信。实际上，3个空间流全部都“锁定”了一个客户端。时间切片算法允许所有与接入点相连的客户端平等接入。根据客户端的天线数量(如笔记本电脑有3部天线，智能手机只有一部天线)，以及它们能够支持的最大吞吐量，大多数接入点的容量在给定时间段内可能是闲置的。

《802.11ac生存指南》一书的作者、Aerohive 网络公司新兴技术总监Matthew Gast 称：“一个常见的误区是认为多用户MIMO技术可以让网络变得更快。实际上并非如此。它们只是在同一时间内实现了与设备的多逻辑连接，因此提升了网络的工作效率。”由于一次可向4台设备传输数据，11ac接入点在任何时刻都能充分利用其千兆位的可用容量。

目前，Quantenna通信公司已经向市场推出一款名为QSR1000的11ac芯片。该芯片带有4个射频和4个接收天线，支持4空间流和多用户MIMO技术。这也是迄今为止唯一实现这些功能的芯片。不过高通和博通等竞争对手也已经承诺将向市场推出支持多用户MIMO的产品。Quantenna则表示，他们将在2015年推出一款支持8 x 8 MIMO技术的11ac芯片。