MU—MIMO真的能提高Wi—Fi系統容量嗎？

Craig+Mathias+Charles

這需要無干擾的測試環境。

MU-MIMO支持多個客戶站點接收來自一個接入點（AP）唯一但同時傳輸的信號。

在此之前，每一個相關的站點都必須通過正常的爭用過程等待輪到自己，并且受制于在給定的設置中所采用或者實施的某種供應商級/服務質量機制。

重要的是，大多數客戶，特別是手機和平板電腦等流動性較高的客戶端，通常限于使用一個或者兩個MIMO流。因此，某一AP在一個傳送周期中提供給客戶的吞吐量往往滿足不了客戶的需求。鑒于Wave 2企業級802.11ac AP通常能夠實現3到4個MIMO流，通過MU-MIMO能夠顯著提高網絡帶寬和系統總容量。

當然，問題是會有多大的增益呢。目前的大多數Wi-Fi實現都支持對幾十項系統設置進行調整，每一項都有可能提高總吞吐量以及容量，涉及到AP、客戶端、驅動以及管理控制臺，并且還必須處理好任何形式的無線通信都固有的基本漂移和不確定性。所以很難對典型工作條件下的任何增強措施進行評估，例如MU-MIMO。因此需要更專業的測試環境。

那么，這種測試的目的是確定應用MIMO能帶來什么好處（如果有的話），并在屏蔽了射頻、可重復的測試環境中對此進行量化，從而實現長期合理、相對公平、逐項對比的設置。

目前最新的無線測試和性能評估方法取得了很大進展，允許我們很好地配置這類平臺，進行必要的測試和評估，很快得出可重復的結果，而且效率很高，使我們相信這些結果實際上可以作為Wi-Fi客戶和最終用戶在生產環境中對MU-MIMO進行設置的指南。

測試環境和程序

Farpoint集團20多年來一直從事無線產品的測試，幾乎所有這些測試都是在自由空間中進行的——在某一地點和具體物理環境的開放空間中。由于射頻傳播特性是不確定的，考慮到多徑、建筑結構以及各種各樣的信號衰減等造成的干擾，我們總是想通過各種程序性的措施來去掉外部因素的影響。這其中包括，使用頻譜分析儀對測試進行監視（當然，一開始就需要采用這種設備對頻譜狀態進行評估），至少在電池供電的客戶端使用轉盤消除天線方向影響，而且還需要多次測試，每次測試時間都相對較長（每次1.5～3分鐘），如果出現明顯的異常結果，則會再次運行測試，替換掉這些結果。雖然我們相信這在測試時效果的確會非常好，而且實際上也建立了非常公平的測試環境，但是，不能保證結果會在另一種物理環境中重復出現，甚至也不能保證下一次測試能夠出現同樣的結果，無論采取什么措施都會有一定程度的不確定性。

近年來，隨著微波暗室的發展，并且出現了很多相關的、高度可編程和儀器化的測試設備，上面提到的無線測試狀態有了很大的改觀。微波暗室正是這樣一種半吸波環境，完全隔絕了外界的射頻輻射，建立了上面介紹的合理的、公平的測試環境。

把被測設備（DUT）放在這些暗室中，可以消除自由空間中固有的差異性。暗室內可以連接射頻電纜，可以輕松地配置任意測試環境。某一物理環境中存在的差異性和前面提到的外部因素都不會再影響測試結果，能夠明確設備設置甚至DUT本身的差異，因此，多次測試的結果也是可重復的。

我們測試所使用的暗室是由octoScope公司制造的，是其octoBox產品線的一部分，如下圖所示。

這一測試還使用了octoScope提供的其他單元，包括PalTM 2伴隨裝置設備模擬器，我們將其作為測試中的DUT，模擬客戶端設備和802.11ac Wave 2接入點。Pal 2是基于高通的Wi-Fi芯片組，采用了定制驅動程序、固件和相關軟件，這些定制實現了高度的可配置性，可以在基于瀏覽器的用戶界面中方便的進行配置。我們使用了一個Pal 2來模擬一個四路流AP，每次測試配置的不同之處僅在于啟用和禁用MU-MIMO。

模擬一路流客戶端的其他三個Pal 2設備放在了第二個octoBox中，啟用兩個和三個客戶端來運行測試，每次測試都啟用和禁用MU-MIMO。我們之所以使用一路流，是因為我們認為，大多數客戶端會采用這種配置方式，最大限度地發揮MU-MIMO的優勢，提高全系統容量以及單個設備的吞吐量。測試配置的結構圖見下頁。

因此，我們相信這一策略足以說明MU-MIMO有助于提高性能和系統總容量。

我們使用了octoScope新的octoBox軟件套件的beta版本（下面的截圖），在一個基于瀏覽器的界面中把所有octoScope產品的控制功能和相關產品統一在一起，包括可編程衰減器、信道模擬器等單元。

因此，很容易設定、設計、實施和執行這里所要求的測試，時間和投入要比自由空間方法少很多，而且這里的核心工作就是對比，對比的準確度會更高。

octoBox軟件套件包括流行的iperf3基準測試工具，可以用于產生數據流，對于這一測試，我們使用80 MHz通道，TCP和UDP（當然，每個分開運行）作為傳輸層協議，設定為無限帶寬，每次運行測試時，以每分鐘128KB突發的方式發送數據（128KB數據包）。每次運行時，RSSI被保持在-41 dBm（通過quadAtten單元進行調整），這是隔離測試環境的另一個主要優點。

測試結果

每次測試運行的前十秒數據被丟棄，以適應關聯客戶端開始接收數據流時可能出現的任何速率適配過程。下圖顯示了運行某一次測試后的輸出，在這種情況下，有3個客戶端啟用了MU-MIMO。

在運行過程中，屏幕右側實時顯示了輸出曲線。下表包含了使用TCP和UDP分別運行的四次測試結果。

可以看出，總體上，在每種情況下應用MIMO能夠很好的提高性能——而且，每次運行還是不需要修改設置或者配置。

討論和結論

當然，我們并沒有暗示任何商用AP和客戶組合都能夠實現我們在這里所展示的結果。通常情況下，具體環境下端點的特定組合將產生一組特定的吞吐量結果，這些結果可能會隨范圍、運動、時間和具體物理環境的性質而變化。

但在這里我們的目標只是研究MU-MIMO的能力，我們確實認為MU-MIMO非常有利于發揮某些Wi-Fi設備的最大價值。另外，MU-MIMO有助于減少在Wi-Fi基礎設施上的投資，否則在很多情況下都需要大量的投資才能滿足容量要求。

要完成MU-MIMO客戶端基本建設可能需要兩到四年的時間，802.11ac Wave 2基礎設施投資的價值才能充分體現出來。而802.11ax是與802.11ac Wave 2后向兼容的，因此，由于WLAN容量限制而要求立即更新到該技術的壓力在很多情況下會有所減輕，從而延長了802.11ac Wave 2的應用時間，提高了投資回報。

我們預計，在802.11ax中實現MU-MIMO要比前一代的改進更大，所以分階段分步驟升級到這一新技術將會得到很好的投資回報。

那么，這項工作的結論是MU-MIMO確實會給Wi-Fi網絡帶來很大的好處，否則就會遇到瓶頸。現在，實現這個愿景最大的障礙可能在于把基礎設施升級到802.11ac Wave 2的要求，而且要有一定量的客戶端。我們相信，企業最終用戶的疑惑從此會越來越少。

即使采用了類似我們在這里使用的復雜測試環境，仍然要考慮可能影響性能的各種實際場景，這一點非常重要。這包括漫游（我們沒有在這里進行測試，因此這會帶來一小段無連接時間，與非MU—MIMO數據流的情況相同），額外的客戶端負載，特定于供應商的數據流優先級和服務能力等級，以及類似的問題等。不過，我們認為，采用MU-MIMO一定會帶來好處。

Craig Mathias——《網絡世界》負責人

原文網址：

http：//www.networkworld.com/article/3206305/lan-wan/does-mu-mimo-really-expand-wi-fi-system-capacity.html