MU-MIMO

MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output）即多用户MIMO，允许1个AP同时和多个终端通信，充分利用空间资源，提升无线吞吐量，是无线通信领域的一种重要的多用户技术。

介绍MU-MIMO之前，不得不先介绍下MIMO技术。MIMO技术可简单理解为将空间资源进行分割，经过多根天线进行同步传送。

MIMO带来的好处是增加单一设备的数据传输速度，同时不占用额外的频谱资源。可以说，无线传输的理论速率从802.11g时代的54Mbps，到802.11n时代的300Mbps，甚至是更高的600Mbps，MIMO技术功不可没。

在MIMO系统中，同一时间AP仅能和1个终端通信，所以也称为SU-MIMO（Single-User Multiple-Input Multiple-Output），即单用户MIMO。当终端的天线数和AP的天线数相同时，可以充分使用AP的空间资源。但在实际应用中，通常AP和终端的收发天线数是不对等的，AP多是3根或者4根天线，甚至更多，但是终端（比如手机）通常只有1-2根天线，这会造成AP一部分空间资源的浪费。举例来说，1台4×4（4天线，4发4收）的Wi-Fi 5 AP的理论传输速率可达1.732Gbps，当它与1×1（1天线）手机通信时，最高理论传输速率仅为1/4，即433Mbps，同一时间其余3根天线闲置，则1.3Gbps的容量都会被闲置。

而MU-MIMO技术使AP同一时间和多个终端进行通信，这样就能充分利用AP的总容量。

不难看出，MU-MIMO和SU-MIMO的关键差异，就在于MU-MIMO在同一时间能和多个终端通信，有效利用了空间资源，成倍提升了吞吐量。

MIMO通常用M×N来表示M个发送天线和N个接收天线，而MU-MIMO实现了多用户通信，所以在MIMO基础上增加了MU（多用户）数量的指标项，一般用M×N:U表示。其中的M×N仍是指MIMO的天线数，U则表示MU数量，即同时通信的终端数量。例如一个MU-MIMO的规格为8×8:8，冒号后的8就表示同时通信的终端数量最大为8个。

MU-MIMO要实现和多个终端同时通信，需要结合波束成形（beamforming）技术实现。首先AP测量出每根天线到每个终端的信道特征，然后AP根据信道特征，将要发送的数据进行预编码计算，将预编码后信号在每根天线上发出，结果就是所有天线的数据到达每个终端时，仅包含本终端的数据，消除其他终端的数据，就像是形成了指向每个终端的定向波束。

假设发射端在每根天线发射的数据分别为X1和X2，经过空间传输的衰减和干扰，在接收端的数据变为了Y1和Y2，空间中的4条传输路径h就是数据变化的系数，用于表示无线信道特征。所以只要h已知，就可以计算出接收端收到的数据Y。

如果接收端是同一个终端，也就是SU-MIMO，则发送端只需要发送一个收发双方已知的标准数据，接收端就可以根据收到的Y和已知的X计算出h。为了让接收端直接收到要发送的原始数据，则只要将原始数据代入Y，根据已知的h反向计算就能知道应该发送的数据X是什么，这就是预编码的过程。

但对于MU-MIMO而言，接收端包含多个终端，终端只知道自己收到的Y，不知道其他终端收到的Y，也就无法在接收端计算出h，所以只能由发送端进行计算。发送端需要通过信道测量完成h的计算，过程是将数据X发送给各终端，各终端收到后回复Y给发送端，发送端已知X和Y，计算出h。发送端再根据h对发送给多个终端的数据进行预编码，实现一次发送多个终端的数据。

当然无线空间的信道特征是一直变化的，所以在每次发送数据前都需要计算h，只是计算和发送数据的间隔极短，可以忽略信道变化对收发数据的影响。

MU-MIMO根据传输方向可以分为DL MU-MIMO和UL MU-MIMO，DL是指下行链路（Down Link），UL是指上行链路（Up Link）。DL MU-MIMO是指AP同一时间给多个终端发送数据，UL MU-MIMO是指AP同一时间接收多个终端的数据。