MU-MIMO 路由器如何处理非 MU-MIMO 设备？

Question

我正在考虑购买一台新的无线路由器。价格大约在 150-180 美元之间，我注意到有些型号宣传有 MU-MIMO。有些说有 2x2 MU-MIMO，有些说有 4x4 MU-MIMO。

我读了一些关于这项技术的文章，我认为我了解路由器。MU-MIMO 可帮助路由器同时与更多设备通信。但是，有些笔记本电脑也提到了 MU-MIMO，我见过的笔记本电脑提到了 2x2 MU-MIMO。

有人能向我解释一下 4x4 MU-MIMO 路由器如何与 2x2 MU-MIMO 设备配合使用吗？我就是搞不懂。MU-MIMO 路由器如何与支持该技术的设备配合使用？它们如何处理非 MU-MIMO 和 MU-MIMO 设备？

_{哇，这个缩写太搞笑了。每次听到它，我就会想起哑剧演员和小丑。}

Answer 1

MU-MIMO 是一种无线传输技术，有两个目的：

1. 同时处理多个同时连接
2. 提供更快的连接

您有 2x2 MIMO、3x3 MIMO、4x4 MIMO 或实验性的 8x8 MIMO 实现（虽然没有采用此技术的路由器）。这些数字指的是可用流和天线的数量：2x2 MIMO 路由器有两个天线，用于两个同时数据流，而 3x3 MIMO 路由器有三个天线，用于三个流，依此类推。

搭载 Windows 或 Mac OS 的笔记本电脑、智能手机、平板电脑等设备也可以支持 MU-MIMO。大多数消费设备提供 1x1 MIMO、2x2 MIMO 或 3x3 MIMO。这些数字指的是天线数量和它们可用于与 WiFi 路由器通信的流数量。

下图有助于显示 4x4 MIMO 路由器广播的流数量以及支持 MU-MIMO 的设备如何使用它们。

如您所见，具有 4x4 MIMO 的路由器可以同时与四台具有 1x1 MIMO 的设备通信，两台具有 2x2 MIMO 的设备通信，一台具有 3x3 MIMO 的设备和一台具有 1x1 MIMO 的设备通信，或者一台具有 4X4 MIMO 的设备通信。如果您想了解有关此无线传输技术的更多信息，请阅读本指南：什么是 MU-MIMO WiFi？你的路由器需要它吗？。与您在网上找到的许多其他内容不同，它还详细解释了 MU-MIMO 支持如何在连接到网络的设备上运行，而不仅仅是在无线路由器上运行。

Answer 2

我觉得“Corporate Geek”的回答没有清楚地区分基本 MIMO（已经在 Wi-Fi 中存在了十年（自 2007 年的 802.11n 以来））和 MU-MIMO（自第二代 802.11ac 设备以来相当新）（营销人员称之为“Wave 2”设备，即使“Wave 2”在标准中没有正式定义）。

基本MIMO

MIMO 代表“多输入、多输出”，指的是每个设备使用多个发射器和接收器无线电（无线电链）来提高无线性能。MIMO 无线电中的额外无线电链可以以以下两种方式使用：

1. 多空间流：通过每个无线电链发送/接收不同的数据，以增加数据速率。
2. 波束成形：使用多个无线电链发送/接收相同的数据，并将时间（相位）调整到恰到好处，使其像“相控阵天线”一样工作，将更多的发射信号强度和接收天线增益集中在正确的方向上，以增加范围。

在任何数据包传输中，您只能将给定的无线电链用于上述两个目的之一。如果您使用给定的无线电链传输其自己的空间流，则它无法帮助对来自其他无线电链之一的空间流进行波束成形。但是当需要传输下一个数据包时，Wi-Fi 芯片组可以切换给定无线电链是用于其自己的空间流还是用于波束成形。大多数时候，在 Wi-Fi 设备中，所有无线电都用于单独的空间流而不是波束成形。

发送设备和接收设备都必须能够处理给定数量的空间流，这样才能使用该数量的空间流进行两台设备之间的传输。因此，如果您有一个 3x3:3 AP（3 个发送无线电链、3 个接收无线电链，能够处理 3 个空间流），但只有一个 2x2:2 客户端，那么当该客户端和该 AP 相互通信时，它们最多只能使用 2 个空间流。AP 在与 3x3:3 客户端通信时仍将使用所有 3 个空间流，因此，仅仅在支持 3x3 的 AP 上存在 2x2 客户端并不会迫使所有人都降级到 2x2 或类似的东西（Wi-Fi 用户中一直存在一种误解，即较慢/较旧/上一代的客户端会迫使整个网络降级到使用较慢/较旧/上一代的技术，但这根本不是事实）。

多用户多输入多输出

MU-MIMO 代表“多用户 MIMO”，它是一种让设备（通常是 AP（无线路由器））同时向不同接收设备传输多个数据包的方式。这是通过划分多个空间流来实现的，这样不同的空间流就可以同时为不同的设备传输数据包。要使设备能够通过 MU-MIMO 同时传输多个数据包，所有预期的接收设备也必须具备 MU-MIMO 功能。

正如“Corporate Geek”所提到的，MU-MIMO 可以以多种方式划分空间流。例如，如果网络上有 4 个支持 MU-MIMO 的客户端，并且 AP 已经为每个客户端准备好至少一个数据包，那么 4x4:4 MU-MIMO AP 可以同时传输多达 4 个数据包，每个数据包使用单个空间流。

如果您拥有一个支持 MU-MIMO 的 AP，其中混合了支持 MU-MIMO 和不支持 MU-MIMO 的设备，则 AP 在向支持 MU-MIMO 的设备传输时可能会根据需要使用 MU-MIMO，而在向不支持 MU-MIMO 的设备传输时则会使用普通 MIMO（或根据需要使用“SISO”单流传输）。

请注意，要使 MU-MIMO 真正用于给定的传输，您的 AP 和至少两个其客户必须支持它，和AP 必须同时为至少两个支持 MU-MIMO 的客户端排队并准备好传输数据包，和AP 必须已经确定，考虑到数据包的长度和预期接收者的 MIMO 空间流能力，采用 MU-MIMO 比单独背靠背发送数据包更节省空中时间。

在我看来，支持 MU-MIMO 的客户端仍然非常少见。据我所知，目前还没有 Apple 产品（Mac、iPhone、iPad、Apple TV、Apple Watch）支持该功能，而且很少有 Android 手机或 PC 笔记本电脑支持该功能。我甚至没有看到太多关于用于笔记本电脑售后升级的支持 MU-MIMO 的 USB 适配器的讨论。因此，目前支持 MU-MIMO 的设备的安装基数对我来说似乎微不足道。

有时会出现一个相关的问题，即“拥有支持 MU-MIMO 的路由器是否会改善不支持 MU-MIMO 的客户端的情况？”。答案是如果MU-MIMO 传输事件在您的网络上非常常见，因此最终可以节省通话时间，从而为不支持 MU-MIMO 的客户端留出更多通话时间。因此，考虑到目前大多数网络上 MU-MIMO 传输可能很少见（参见上面的粗体段落），它可能不会以任何明显的方式使不支持 MU-MIMO 的客户端受益。

Answer 3

没有 MU-MIMO 的设备（称为单用户 MIMO 或 SU-MIMO）将继续以循环方式与路由器通信。这正式称为时分多址 (TDMA)。任何 MU-MIMO 设备都可以在同一时间片上同时通信，从而提高总吞吐量。为了说明这一点，我们以一个有五个 802.11ac 客户端设备的家庭网络为例：

• 一个 2x2 SU-MIMO 客户端（设备 A）
• 一个 1x1 SU-MIMO 客户端（设备 B）
• 一个 2x2 MU-MIMO 客户端（设备 C）
• 两个 1x1 MU-MIMO 客户端（设备 D 和 E）

下表说明了当所有设备同时通信时，不支持 MU-MIMO 的四流（4x4）路由器上会发生什么情况。

            Spatial Streams 
Time Slice | 1 | 2 | 3 | 4 |
     1     | A | A | - | - |
     2     | B | - | - | - |
     3     | C | C | - | - |
     4     | D | - | - | - |
     5     | E | - | - | - |

请注意，需要五个时间段才能同时为五台设备提供服务，而有些空间流完全未使用。这意味着带宽浪费，实际可用的理论带宽只有 35%。在拥有数十台设备的大型网络中，这可能是一个严重的问题，尤其是考虑到 4x4 MIMO 客户端很少见。

现在让我们看看在理想情况下四流 MU-MIMO 路由器上发生的情况：

            Spatial Streams 
Time Slice | 1 | 2 | 3 | 4 |
     1     | A | A | - | - |
     2     | B | - | - | - |
     3     | C | C | D | E |

现在只需三个时间片即可处理所有设备。请注意，MU-MIMO 设备现在可以在同一时间片上同时进行通信。SU-MIMO 设备无法同时通信，但仍会获得自己的时间片，因为路由器会循环使用它们，但现在浪费的带宽要少得多——当所有设备同时通信时，现在可以利用 58% 的带宽。

上述示例假设所有设备同时通信，并且所有传输的大小相同。只有当网络上的所有设备都支持 MU-MIMO 时，才能充分发挥 MU-MIMO 的优势，因为传统的 SU-MIMO 设备无法像 MU-MIMO 设备那样共享时间片。此外，我们忽略了干扰、客户端与路由器的距离或其他环境或技术因素的影响，因此实际性能不会完全如此。

如何极客对这项技术有更简单的解释，但没有涉及与 SU-MIMO 设备的共存。