MIT的科研團(tuán)隊(duì)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的急速發(fā)展，人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ髦性絹?lái)越離不開(kāi)WiFi。不過(guò)，當(dāng)我們?cè)谀硞€(gè)公共場(chǎng)所鏈接上WiFi信號(hào)時(shí)，也一定高頻率地遇到過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：網(wǎng)速緩慢，甚至不如手機(jī)自帶的4G。而且隨著接入公共網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)數(shù)的增多，這個(gè)問(wèn)題就愈加明顯。

對(duì)此，來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)日前研發(fā)出一款“MegaMIMO 2.0”多信號(hào)接入點(diǎn)協(xié)作系統(tǒng)，能將人群密集區(qū)的WiFi網(wǎng)速提高3倍以上，有效地解決了這一問(wèn)題。

傳統(tǒng)方案

其實(shí)關(guān)于人群密集區(qū)WiFi網(wǎng)速差的原因大家應(yīng)該都知道：網(wǎng)絡(luò)帶寬是有限的，分享的人數(shù)越多，那么分到每個(gè)人手里的就越少。

于是，基于這個(gè)原因，通常都使用如下的解決方案：在人口密集的區(qū)域布置多個(gè)接入點(diǎn)以分擔(dān)接入壓力。然而這種簡(jiǎn)單粗暴的解決方式效果卻不理想。這是因?yàn)閃iFi信號(hào)作為一種電磁波，是以某種固定頻率發(fā)射到空間中的。當(dāng)同一空間內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)源，并且他們還發(fā)出同頻率不同相位的信號(hào)，則很容易產(chǎn)生信號(hào)干擾。這里所謂“同頻率不同相位”的情況非常容易出現(xiàn)(因?yàn)楸ＷC同頻率相對(duì)簡(jiǎn)單，但同相位則很難)，如動(dòng)圖所示，在頻率不變的情況下，隨著兩個(gè)波形的相位持續(xù)變化，在多數(shù)情況下不但無(wú)法增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，相反會(huì)造成不同程度的信號(hào)衰減。

同頻率不同相位波形的干擾

關(guān)于這個(gè)方案，由于現(xiàn)在除了2.4GHz常見(jiàn)頻率路由器之外，5GHz頻率已經(jīng)逐漸被大家接受，如果采取這兩個(gè)不同頻率信號(hào)交叉覆蓋的方式，則可以有效避免這一問(wèn)題。然而這也同時(shí)引入一個(gè)新問(wèn)題：由于5GHz頻段的信號(hào)雖然使用少，不容易造成信號(hào)干擾，可是由于頻率太高，波長(zhǎng)太短，繞射能力很弱，因此在市內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜墻壁較多的公共區(qū)域其實(shí)并不合適。

另一個(gè)避免信號(hào)干擾的方式就是多接入點(diǎn)之間分時(shí)復(fù)用，即每個(gè)時(shí)間點(diǎn)其實(shí)只有一臺(tái)路由器實(shí)際工作，其他路由器休息。這種方式雖然確保了不同頻率之間的無(wú)干擾，可是減弱了多接入點(diǎn)的協(xié)同效力。因此在人群密集區(qū)的網(wǎng)速提升作用不大。

基于這個(gè)現(xiàn)狀，來(lái)自MIT的科研人員研發(fā)了同頻率同相位情況下多接入點(diǎn)的協(xié)同合作系統(tǒng)MegaMIMO 2.0。

MegaMIMO 2.0協(xié)作方案

左側(cè)為傳統(tǒng)的干擾頻譜，右側(cè)為使用MegaMIMO 2.0之后的無(wú)干擾頻譜

該系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)做法的一個(gè)重要改變就是讓不同信號(hào)源的信號(hào)相位也同步?？蒲腥藛T通過(guò)一種特殊的信號(hào)處理算法，將每個(gè)信號(hào)源的發(fā)射相位通過(guò)相互反饋和再修正過(guò)程，逐漸調(diào)整到統(tǒng)一步調(diào)。這樣就可以通過(guò)多接入點(diǎn)發(fā)射同頻率同相位信號(hào)的方式，大大增加一個(gè)空間內(nèi)的WiFi網(wǎng)速。

據(jù)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人解釋稱(chēng)：道理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就好像我們?cè)谝粋€(gè)房間同時(shí)打開(kāi)兩部收音機(jī)收聽(tīng)同一個(gè)FM頻道，通常播音員的聲音都是無(wú)法同步的。而我們所做的就是，并不改變播音員的原有聲音，而是稍微調(diào)整了一下播音員發(fā)出聲音的時(shí)機(jī)罷了。

MegaMIMO 2.0的硬件外形和標(biāo)準(zhǔn)路由器差不多，同樣由主處理器，實(shí)時(shí)基帶處理系統(tǒng)和信號(hào)收發(fā)器等主要模塊組成，但內(nèi)部集成的算法卻大不一樣。團(tuán)隊(duì)成員在一個(gè)十幾平米的房間內(nèi)布置了4個(gè)獨(dú)立的接入點(diǎn)和4個(gè)模擬的接入用戶(hù)進(jìn)行實(shí)測(cè)。結(jié)果顯示使用MegaMIMO 2.0系統(tǒng)的WiFi速度可以達(dá)到傳統(tǒng)布局方式的330%，提高了3倍以上。

目前，研究人員正在進(jìn)一步優(yōu)化MegaMIMO 2.0系統(tǒng)，以達(dá)到最終成功走向商用的目的。同時(shí)團(tuán)隊(duì)也在想辦法擴(kuò)展MegaMIMO 2.0系統(tǒng)的容量，計(jì)劃將來(lái)實(shí)現(xiàn)十幾臺(tái)路由器協(xié)同工作的目標(biāo)，帶來(lái)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。

隨著科學(xué)家們的不斷努力，未來(lái)在大型會(huì)議和比賽現(xiàn)場(chǎng)等人群密集區(qū)的WiFi體驗(yàn)將變得越來(lái)越好。