當(dāng)前市面上Wi-Fi路由器很多，用戶(hù)往往面臨選擇困難癥的問(wèn)題。以支持Wi-Fi 7的TPLINK路由器為例，BE3600支持2×2 MIMO，BE5100支持3×3 MIMO。如何選擇一款適合自己的網(wǎng)關(guān)呢？本文從技術(shù)角度分析一下MIMO規(guī)格的選擇問(wèn)題。
MIMO通過(guò)多空間流提升協(xié)商速率
MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)，實(shí)際是增加了空間上調(diào)制解調(diào)的數(shù)據(jù)。以2×2 MIMO來(lái)說(shuō)，可以調(diào)制2份數(shù)據(jù)流來(lái)成倍提高傳遞速率，在無(wú)線(xiàn)通信中被廣泛使用。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，利用天線(xiàn)的間距和角度，可以構(gòu)成多條傳輸路徑，以實(shí)現(xiàn)承載成倍的通訊數(shù)據(jù)而提升帶寬。下圖所示是一個(gè)典型的MIMO系統(tǒng)，其中X為輸入信號(hào)，Y為輸出信號(hào)，H為信道矩陣。由矩陣?yán)碚摽芍琀矩陣的秩決定了輸出Y的維度，也叫MIMO空間流數(shù)。
對(duì)于Wi-Fi路由器來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)更多的天線(xiàn)和MIMO就一定能夠?qū)崿F(xiàn)N倍的帶寬提升嗎？接下來(lái)我們深入剖析一下。
由于STA規(guī)格限制，Wi-Fi路由器支持2×2以上MIMO不能提升協(xié)商速率
MIMO系統(tǒng)始終需要由發(fā)送和接收兩端的能力共同決定最終效果，現(xiàn)有主要使用的STA是手機(jī)、平板等。受限于空間和功耗散熱等，手機(jī)都是2×2 MIMO設(shè)計(jì)。由上面的矩陣?yán)碚摲治隹芍瑹o(wú)論Wi-Fi路由器設(shè)計(jì)多少M(fèi)IMO能力，最終MIMO規(guī)格取決于AP和STA最較少的天線(xiàn)數(shù)，即只能實(shí)現(xiàn)對(duì)接手機(jī)2流MIMO的效果。
下圖是一個(gè)3發(fā)2收的MIMO系統(tǒng)，按照上面的矩陣?yán)碚摚梢詫?xiě)為：
3*2 MIMO示意圖
根據(jù)線(xiàn)性代數(shù)理論，已知Y1和Y2，以及H矩陣，無(wú)法解出X1，X2，X3，無(wú)法傳輸3份不同的數(shù)據(jù)，即無(wú)法支持3條空間流。
國(guó)內(nèi)使用FTTR組網(wǎng)解決覆蓋問(wèn)題，不適合再用高M(jìn)IMO規(guī)格提升覆蓋，此時(shí)單熱點(diǎn)覆蓋太強(qiáng)，反而會(huì)導(dǎo)致不同熱點(diǎn)之間相互干擾
MIMO技術(shù)允許多個(gè)天線(xiàn)同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)信號(hào)，利用調(diào)制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)能量和空間信號(hào)疊加而提升信號(hào)覆蓋范圍。一般而言，考慮到實(shí)際家居環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)反射交疊等，也就是增加幾個(gè)dB的信號(hào)強(qiáng)度而已。
但增加天線(xiàn)可以解決覆蓋問(wèn)題嗎？一般而言，12cm厚度磚墻的衰減在20dB左右，24cm磚墻的衰減在25dB左右，承重墻的衰減在30dB左右。如果是斜穿，相當(dāng)于增加了墻體厚度，衰減值更大。增加天線(xiàn)帶來(lái)的增益，遠(yuǎn)小于墻體帶來(lái)的衰減，因此增加天線(xiàn)并不能解決穿墻覆蓋的問(wèn)題。Wi-Fi信號(hào)一般只能穿1堵墻，如果戶(hù)型較小，不同MIMO規(guī)格的差別不大，如果戶(hù)型較大，增加MIMO也不能解決問(wèn)題，建議通過(guò)FTTR、網(wǎng)線(xiàn)組網(wǎng)等方式解決。
高階MIMO理論上可以通過(guò)MU-MIMO提升多用戶(hù)并發(fā)吞吐，但Wi-Fi路由器上很難獲得收益
AP可以通過(guò)MU-MIMO，將不同數(shù)據(jù)流同時(shí)傳輸給不同的STA，每個(gè)STA只接收發(fā)給自己的信號(hào)，從而在AP的MIMO規(guī)格較高，STA的MIMO規(guī)格較低時(shí)，獲得多用戶(hù)并發(fā)吞吐收益。無(wú)線(xiàn)蜂窩5G技術(shù)的Massive MIMO，正是使用了MU-MIMO技術(shù)。
但Wi-Fi路由器采用全向天線(xiàn)，考慮到家居條件下環(huán)境反射等影響，實(shí)際無(wú)法做到信號(hào)的完全定向。路由器發(fā)給不同用戶(hù)的空間流會(huì)相互干擾，導(dǎo)致STA無(wú)法分離出發(fā)給自己的信號(hào)，很難獲得收益。
高階MIMO會(huì)導(dǎo)致成本功耗大幅度上升
更高階MIMO，會(huì)增加Wi-Fi路由器的成本和功耗。對(duì)于MIMO解調(diào)算法，階數(shù)增加導(dǎo)致復(fù)雜度按N的3次方增長(zhǎng)，顯著增加成本和功耗，投入產(chǎn)出不成正比，性?xún)r(jià)比不高。
總結(jié)：從技術(shù)角度看，2×2 MIMO是Wi-Fi路由器的最合適的選擇
綜合前面的技術(shù)分析，可以給用戶(hù)以下幾個(gè)結(jié)論和建議，以供參考：
1、受限于當(dāng)前主流終端STA（手機(jī)）的規(guī)格，最大只能支持2流的傳輸能力，增加AP天線(xiàn)數(shù)，無(wú)助于MIMO空間流能力提升。
2、MIMO的規(guī)格增加，帶來(lái)的覆蓋收益，不足以彌補(bǔ)家居的Wi-Fi信號(hào)的穿墻損耗， FTTR組網(wǎng)是更好的解決思路。
3、家居場(chǎng)景應(yīng)用，受限于設(shè)備尺寸、用戶(hù)位置等約束，很難支持更高空間流，MU-MIMO也很難獲得收益，高階MIMO的實(shí)際價(jià)值有限。
4、MIMO的規(guī)格增加，成本和功耗按N的3次方增加，性?xún)r(jià)比不高。
因此，從技術(shù)角度看，2×2 MIMO是Wi-Fi路由器的最合適的選擇。 
