MU—MIMO真的能提高Wi—Fi系统容量吗？

Craig+Mathias+Charles

这需要无干扰的测试环境。

MU-MIMO支持多个客户站点接收来自一个接入点（AP）唯一但同时传输的信号。

在此之前，每一个相关的站点都必须通过正常的争用过程等待轮到自己，并且受制于在给定的设置中所采用或者实施的某种供应商级/服务质量机制。

重要的是，大多数客户，特别是手机和平板电脑等流动性较高的客户端，通常限于使用一个或者两个MIMO流。因此，某一AP在一个传送周期中提供给客户的吞吐量往往满足不了客户的需求。鉴于Wave 2企业级802.11ac AP通常能够实现3到4个MIMO流，通过MU-MIMO能够显著提高网络带宽和系统总容量。

当然，问题是会有多大的增益呢。目前的大多数Wi-Fi实现都支持对几十项系统设置进行调整，每一项都有可能提高总吞吐量以及容量，涉及到AP、客户端、驱动以及管理控制台，并且还必须处理好任何形式的无线通信都固有的基本漂移和不确定性。所以很难对典型工作条件下的任何增强措施进行评估，例如MU-MIMO。因此需要更专业的测试环境。

那么，这种测试的目的是确定应用MIMO能带来什么好处（如果有的话），并在屏蔽了射频、可重复的测试环境中对此进行量化，从而实现长期合理、相对公平、逐项对比的设置。

目前最新的无线测试和性能评估方法取得了很大进展，允许我们很好地配置这类平台，进行必要的测试和评估，很快得出可重复的结果，而且效率很高，使我们相信这些结果实际上可以作为Wi-Fi客户和最终用户在生产环境中对MU-MIMO进行设置的指南。

测试环境和程序

Farpoint集团20多年来一直从事无线产品的测试，几乎所有这些测试都是在自由空间中进行的——在某一地点和具体物理环境的开放空间中。由于射频传播特性是不确定的，考虑到多径、建筑结构以及各种各样的信号衰减等造成的干扰，我们总是想通过各种程序性的措施来去掉外部因素的影响。这其中包括，使用频谱分析仪对测试进行监视（当然，一开始就需要采用这种设备对频谱状态进行评估），至少在电池供电的客户端使用转盘消除天线方向影响，而且还需要多次测试，每次测试时间都相对较长（每次1.5～3分钟），如果出现明显的异常结果，则会再次运行测试，替换掉这些结果。虽然我们相信这在测试时效果的确会非常好，而且实际上也建立了非常公平的测试环境，但是，不能保证结果会在另一种物理环境中重复出现，甚至也不能保证下一次测试能够出现同样的结果，无论采取什么措施都会有一定程度的不确定性。

近年来，随着微波暗室的发展，并且出现了很多相关的、高度可编程和仪器化的测试设备，上面提到的无线测试状态有了很大的改观。微波暗室正是这样一种半吸波环境，完全隔绝了外界的射频辐射，建立了上面介绍的合理的、公平的测试环境。

把被测设备（DUT）放在这些暗室中，可以消除自由空间中固有的差异性。暗室内可以连接射频电缆，可以轻松地配置任意测试环境。某一物理环境中存在的差异性和前面提到的外部因素都不会再影响测试结果，能够明确设备设置甚至DUT本身的差异，因此，多次测试的结果也是可重复的。

我们测试所使用的暗室是由octoScope公司制造的，是其octoBox产品线的一部分，如下图所示。

这一测试还使用了octoScope提供的其他单元，包括PalTM 2伴随装置设备模拟器，我们将其作为测试中的DUT，模拟客户端设备和802.11ac Wave 2接入点。Pal 2是基于高通的Wi-Fi芯片组，采用了定制驱动程序、固件和相关软件，这些定制实现了高度的可配置性，可以在基于浏览器的用户界面中方便的进行配置。我们使用了一个Pal 2来模拟一个四路流AP，每次測试配置的不同之处仅在于启用和禁用MU-MIMO。

模拟一路流客户端的其他三个Pal 2设备放在了第二个octoBox中，启用两个和三个客户端来运行测试，每次测试都启用和禁用MU-MIMO。我们之所以使用一路流，是因为我们认为，大多数客户端会采用这种配置方式，最大限度地发挥MU-MIMO的优势，提高全系统容量以及单个设备的吞吐量。测试配置的结构图见下页。

因此，我们相信这一策略足以说明MU-MIMO有助于提高性能和系统总容量。

我们使用了octoScope新的octoBox软件套件的beta版本（下面的截图），在一个基于浏览器的界面中把所有octoScope产品的控制功能和相关产品统一在一起，包括可编程衰减器、信道模拟器等单元。

因此，很容易设定、设计、实施和执行这里所要求的测试，时间和投入要比自由空间方法少很多，而且这里的核心工作就是对比，对比的准确度会更高。

octoBox软件套件包括流行的iperf3基准测试工具，可以用于产生数据流，对于这一测试，我们使用80 MHz通道，TCP和UDP（当然，每个分开运行）作为传输层协议，设定为无限带宽，每次运行测试时，以每分钟128KB突发的方式发送数据（128KB数据包）。每次运行时，RSSI被保持在-41 dBm（通过quadAtten单元进行调整），这是隔离测试环境的另一个主要优点。

测试结果

每次测试运行的前十秒数据被丢弃，以适应关联客户端开始接收数据流时可能出现的任何速率适配过程。下图显示了运行某一次测试后的输出，在这种情况下，有3个客户端启用了MU-MIMO。

在运行过程中，屏幕右侧实时显示了输出曲线。下表包含了使用TCP和UDP分别运行的四次测试结果。

可以看出，总体上，在每种情况下应用MIMO能够很好的提高性能——而且，每次运行还是不需要修改设置或者配置。

讨论和结论

当然，我们并没有暗示任何商用AP和客户组合都能够实现我们在这里所展示的结果。通常情况下，具体环境下端点的特定组合将产生一组特定的吞吐量结果，这些结果可能会随范围、运动、时间和具体物理环境的性质而变化。

但在这里我们的目标只是研究MU-MIMO的能力，我们确实认为MU-MIMO非常有利于发挥某些Wi-Fi设备的最大价值。另外，MU-MIMO有助于减少在Wi-Fi基础设施上的投资，否则在很多情况下都需要大量的投资才能满足容量要求。

要完成MU-MIMO客户端基本建设可能需要两到四年的时间，802.11ac Wave 2基础设施投资的价值才能充分体现出来。而802.11ax是与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该技术的压力在很多情况下会有所减轻，从而延长了802.11ac Wave 2的应用时间，提高了投资回报。

我们预计，在802.11ax中实现MU-MIMO要比前一代的改进更大，所以分阶段分步骤升级到这一新技术将会得到很好的投资回报。

那么，这项工作的结论是MU-MIMO确实会给Wi-Fi网络带来很大的好处，否则就会遇到瓶颈。现在，实现这个愿景最大的障碍可能在于把基础设施升级到802.11ac Wave 2的要求，而且要有一定量的客户端。我们相信，企业最终用户的疑惑从此会越来越少。

即使采用了类似我们在这里使用的复杂测试环境，仍然要考虑可能影响性能的各种实际场景，这一点非常重要。这包括漫游（我们没有在这里进行测试，因此这会带来一小段无连接时间，与非MU—MIMO数据流的情况相同），额外的客户端负载，特定于供应商的数据流优先级和服务能力等级，以及类似的问题等。不过，我们认为，采用MU-MIMO一定会带来好处。

Craig Mathias——《网络世界》负责人

原文网址：

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