Wi-Fi MIMO 802.11n的优势和面临的挑战

    多年来，多径接收是一项避免使用或者用来作补偿使用的技术，这是因为当电磁波以直接或间接路径到达接收天线时，它们相位不同，并且会互相干扰。在模拟电视时代，多径信号会产生图像重影；同时无线电信号也会受到信号衰落和信噪比变化的影响。　　然而，在不增加信号带宽的前提下，依靠多径技术来提高数据流量在实际应用中确是一种可行的方案——路径越多，流量越大，被称之为多进/多出，或者 MIMO。可以这样理解：在相同的频带上，利用独立的多个发射机和多个天线同时发送不同的数据流。在接收端，利用多个接收天线接收多个通过直接或间接路径过来的复合信号。然后，采用先进的数字信号处理（DSP）技术，解调出不同的数据流上的数据（图1）。　　　　理论上，如果数据以80Mbps的流量进入MIMO系统，它可以被分为两个40Mbps的数据流，或者4个20Mbps的数据流，这2个或者4个数据流通过MIMO以较低的速度并行地发送，然后在接收端DSP解码后进行复合。因而，这看起来就像是一个80Mbps的数据流在一个带宽仅适合传输 20Mbps或者40Mbps的信道中被传输。换句话说，我们在同一信道传输了更多的比特数。事实上，我们并没有传输翻番或者翻两番的数据流量，这确实增加了信道的利用率。　　不劳而获？　　更高的信道利用率不是平白无故的得来的，我们付出的代价是增加了复杂的MIMO设备，必须使用多个发射机，接收机和天线。此外，为了解码接收到的多径信号所组成的复合信号我们需增加DSP的功能。　　但是 ，此项技术不只是简单的增加发射机，接收机和天线。因为每增加一个，相互之间的潜在干扰就会增加。例如：当两个或者多个发射机同时发送数据时很可能会产生一定的串扰，除非它们有很好的隔离度。同样，多个接收机也很有可能会产生本振信号相互泄漏，除非它们之间隔离得非常好。　　因此，电路板的布局变得非常重要，不仅要减少相互之间的干扰，还要尽量避免群时延，相位不平衡等问题，同时，器件选型也变得更加复杂，因为我们必须保证发现并排除所有能引起干扰的可能。这样的话就必须投入大量时间去验证，势必会增加总的开发成本。　　Wi-Fi MIMO-802.11n 草案2.0　　迄今为止，Wi-Fi MIMO 还没有得到802.11n标准的认可。因此，现有的大多数Wi-Fi MIMO设备被冠以“草案n认证”，这表明它们符合802.11n草案的规范（虽然期间还有其他过渡型草案，但是认证还是基于草案2.0的）。最终认可时间预计会在2009年。然而，最终认可的标准和草案2.0相比应该不会有太大的出入，因此一些公司已经提供“草案n”的产品。　　到目前为止，在与802.11a，b和 g的兼容性方面，还没有出现多大的问题；由于最初的一系列产品是针对消费者而非企业用户，而消费者对标准认可基本不关心，他们更希望的是Wi-Fi的覆盖范围和传输速度的改善。目前为止，这对企业来说，还是有相当风险的。　　IEEE 802.11a和g在空中的额定速率是54Mbps，在实际使用中的速率是25Mbps（如：在MAC服务接入点的实际速率）。802.11n在空气中的额定传输速率是200Mbps，实际上大约可以达到100Mbps。4倍速率提升的预期，足以让基于802.11n标准的无线连接能够轻松应付各类应用，对边缘服务来说，最好情况下能以802.11a和g来传输（如：视频流）。　　开发测试的挑战　　如前所述，开发802.11n设备不是简单的复制发射机，接收机和天线。每增加一个发射机/接收机，它们相互之间的干扰就会增加。这意味着，开发测试必须能够识别在哪些地方，干扰会导致信号与802.11n标准相悖。　　　　例如，如果一个天线发射的信号耦合到另一个发射机的输入端，这将使第二个发射机的发射信号恶化（图2）。　　

　　同样，如果相互干扰存在于接收机之间，也将使接收信号恶化（图3）。　　如果在其它的发射机和接收机都关闭的情况下，对发射机和接收机进行单独测试，不可能得到实际的兼容性能。为了测量实际的兼容性能，一个Wi-Fi MIMO设备需要为每个发射机配备单独的VSA（例如：一个NxN测试方案——图4）。　　　　同样，测试多个接收机也需要有独立的信号源同时发送不同的数据包，这是一种价格昂贵的测试方案。
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