多用戶作業(yè)技術(shù)MU—MIMO淺析

邱豐

摘 要：WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的下一輪革命已經(jīng)悄悄來臨，而MU-MIMO，就是開啟大門的鑰匙。2014年高通展示了全球首款支持MU-MIMO技術(shù)的VIVE 4-stream 802.11ac芯片組，效率比現(xiàn)有802.11ac提高了兩到三倍。這項技術(shù)是一次從0到1的巨大飛躍。今后若干年時間內(nèi)，只要是WiFi網(wǎng)絡(luò)所及之處，你將無數(shù)次看到它的身影，并真正從中受益。

關(guān)鍵詞：WIFI；MU-MIMO；OFDMA；多用戶

1 MU-MIMO

802.11ax標準采用了兩種作業(yè)模式，分別是單一使用者與多使用者。在單一用戶序列模式中，只要無線STA一取得媒體存取權(quán)，就會每次進行一個數(shù)據(jù)傳送和接收作業(yè)。在多用戶模式下，可同步進行多個非AP STA作業(yè)。標準會將此一模式進一步劃分成下鏈和上鏈多使用者。下鏈多使用者是指由AP同時提供給多個相關(guān)無線STA的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的802.11ac已具備這項功能。上鏈多使用者則涉及同時從多個STA傳輸數(shù)據(jù)至AP。這是802.11ax標準的新功能，且不存在于任何舊版Wi-Fi標準中。在多用戶作業(yè)模式中，標準也會指定兩種方式來為特定區(qū)域內(nèi)更多用戶進行多任務(wù)：多使用者MIMO（MU-MIMO）和正交頻分多任務(wù)存取（OFDMA）。無論為上述何種方式，AP都會充當多用戶作業(yè)內(nèi)的中央控制器，這點與LTE基地臺用來控制多使用者多任務(wù)的方式相似。此外，802.11ax AP也可將MU-MIMO和OFDMA作業(yè)結(jié)合在一起。

在MU-MIMO方面，802.11ax裝置會效法802.11ac實作，使用波束成形技術(shù)將封包同步導(dǎo)向位于不同空間的使用者。換言之，AP將為每位用戶計算通道矩陣，然后將同步波束導(dǎo)向不同用戶，而每道波束都會包含適用于所屬目標用戶的特定封包。802.11ax每次最多可傳送8個多使用者MIMO傳輸，遠高于802.11ac的4個。此外，每個MU-MIMO傳輸都具備專屬的MCS以及不同數(shù)量的空間串流。打個比方，使用MU-MIMO空間多任務(wù)時，AP的角色就等同于以太網(wǎng)絡(luò)交換器，能減少自大型計算機網(wǎng)絡(luò)至單一端口的網(wǎng)域沖突。

MU-MIMO上鏈導(dǎo)向提供了一項新功能：AP將透過觸發(fā)訊框的方式啟動來自每個STA的同步上鏈傳輸。當多使用者的響應(yīng)與自身的封包一致時，AP就會將通道矩陣套用至已接收的波束，并區(qū)分每道上鏈波束包含的信息。另外，如圖2-5所示，AP也能啟動上鏈多使用者傳輸，以接收來自所有參與STA的波束成形反饋信息。

2 MU-OFDMA

在MU-OFDMA部分，為了讓相同通道帶寬的更多用戶進行多任務(wù)，802.11ax標準采用了4G行動技術(shù)領(lǐng)域中的正交頻分多任務(wù)存?。∣FDMA）。802.11ax標準以802.11ac所用的正交頻分多任務(wù)（OFDM）數(shù)字調(diào)變架構(gòu)為基礎(chǔ)，會將特定子載波集進一步指派給個別使用者。這表示它會使用數(shù)量已預(yù)先定義的子載波，將現(xiàn)有的802.11通道（20、40、80和160MHz寬）畫分成較小的子通道。此外，802.11ax標準也仿效現(xiàn)代化的LTE專有名詞，將最小的子信道稱為「資源單位」（RU），而當中至少包含26個子載波。 AP會根據(jù)多使用者的流量需求來判斷如何配置信道，持續(xù)指派下鏈中所有可用的RU。它可能會將整個信道一次配置給一名用戶，如同現(xiàn)行的802.11ac，也有可能將通道進行分配，以便同時服務(wù)多使用者在使用者密集環(huán)境中，許多使用者通常會透過成效不彰的方式爭取使用通道的機會，現(xiàn)在，OFDMA機制會同時為多使用者提供較?。ǖ珜伲┑淖油ǖ溃M而改善每位用戶平均傳輸率。最小的通道可在每20MHz的帶寬中容納多達9名使用者。

3 多用戶上鏈作業(yè)

為了協(xié)調(diào)上鏈MU-MIMO或上鏈OFDMA傳輸，AP會將一個觸發(fā)訊框傳送給所有使用者。這個訊框會指出每位使用者的空間串流數(shù)量和/或OFDMA配置（頻率和RU大?。?。此外，當中也會包含功率控制信息，好讓個別用戶可以調(diào)高或調(diào)低其傳輸功率，進而平衡AP自所有上鏈使用者接收到的功率，同時改善較遠節(jié)點的訊框接收情況。AP也會指示所有使用者何時可以開始和結(jié)束傳輸。AP會傳送多使用者上鏈觸發(fā)訊框，告知所有使用者何時可以一起開始傳輸，以及所屬訊框的持續(xù)時間，以確保彼此能夠同時結(jié)束傳輸。一旦AP收到了所有使用者的訊框，就會回傳區(qū)塊ACK以結(jié)束作業(yè)。

4 總結(jié)

802.11ax的主要設(shè)計目標之一，就是在使用者密集的環(huán)境中提供4倍以上的單一使用者傳輸率。為了實現(xiàn)此一目標，這項標準的設(shè)計人員指定802.11ax裝置必須支持下鏈和上鏈MU-MIMO作業(yè)、MU-OFDMA作業(yè)，或是同時支持兩者，以因應(yīng)規(guī)模更大的同時用戶數(shù)量。