MU-MIMOルーターは非MU-MIMOデバイスをどのように処理しますか？

Question

新しい無線ルーターの購入を検討しています。 150〜180ドル程度で、一部のモデルではMU-MIMOを宣伝しています。 2x2 MU-MIMOを備えていると言う人もいれば、4x4 MU-MIMOを持っている人もいます。

このテクノロジーについて少し読んだところ、ルーターに関しては理解できると思います。このMU-MIMOは、ルーターが同時により多くのデバイスと通信するのに役立ちます。ただし、一部のラップトップはMU-MIMOについても話し、私が見たものは2x2 MU-MIMOについて言及しています。

4x4 MU-MIMOルーターが2x2 MU-MIMOデバイスでどのように機能するかを誰かに説明してもらえますか？わかりません。 MU-MIMOルーターは、このテクノロジーをサポートするデバイスとどのように連携しますか？非MU-MIMOデバイスとMU-MIMOデバイスの両方をどのように扱いますか？

_{少年この頭字語は面白いです。それを聞いたとき、私はマイムとピエロのことを考え続けます。}

Corporate Geek · Accepted Answer

MU-MIMOは、次の2つの目的を持つワイヤレス転送テクノロジーです。

複数の同時接続を一度に処理するには
より高速な接続を提供するには

2x2 MIMO、3x3 MIMO、4x4 MIMOまたは実験的な8x8 MIMO実装があります（ただし、このテクノロジーを備えたルーターはありません）。これらの数値は、使用可能なストリームとアンテナの数を示しています。2x2MIMOルーターには2つの同時データストリーム用の2つのアンテナがあり、3x3 MIMOルーターには3つのストリーム用の3つのアンテナがあります。

WindowsまたはMac OSを搭載したラップトップ、スマートフォン、タブレットなどのデバイスも、MU-MIMOのサポートを含むことができます。ほとんどのコンシューマデバイスは、1x1 MIMO、2x2 MIMO、または3x3 MIMOを提供しています。これらの数値は、WiFiルーターとの通信に使用できるアンテナの数とストリームの数を表しています。

以下の図は、4x4 MIMOルーターによってブロードキャストされるストリームの数と、MU-MIMOをサポートするデバイスがストリームを使用する方法を示しています。

ご覧のように、4x4 MIMOを備えたルーターは、2つの4つのデバイスを1x1 MIMOで2つ、2x2 MIMOで2つ、3x3 MIMOで1つ、1x1 MIMOで1つ、または4X4 MIMOで1つのデバイスと同時に通信できます。ワイヤレス転送のためのこのテクノロジーについて詳しく知りたい場合は、このガイドをお読みください： MU-MIMO WiFiとは何ですか？ルーターで必要ですか？。オンラインで目にする他の多くのアプリケーションとは異なり、MU-MIMOサポートがワイヤレスルーターだけでなく、ネットワークに接続されているデバイスでどのように機能するかについても詳しく説明しています。

Spiff · Answer

「Corporate Geek」からの回答は、Wi-Fiで10年間使用されている基本的なMIMO（2007年の802.11n以降）と、かなり新しいMU-MIMOを区別するのに十分に明確ではなかったようです。第2世代802.11acデバイス（「Wave 2」は規格に正式な定義がなくても、マーケターはこれらを「Wave 2」デバイスと呼びます）。

基本MIMO

MIMOは「Multiple Inputs、Multiple Outputs」の略で、デバイスごとに複数の送信機と受信機の無線（ラジオチェーン）を使用してワイヤレスパフォーマンスを向上させることを指します。 MIMO無線の追加の無線チェーンは、次の2つの方法のいずれかで使用できます。

複数の空間ストリーム：データレートを上げるために、各無線チェーンで異なるデータを送受信します。
ビームフォーミング：複数の無線チェーンを使用して同じデータを送受信し、タイミング（位相調整）が「フェーズドアレイアンテナ」のように機能するように正しく調整されて、送信信号強度と受信アンテナゲインを右側に集中させます。範囲を拡大する方向。

特定の無線チェーンは、特定のパケット送信でこれら2つの目的の1つにのみ使用できます。特定の無線チェーンを使用して独自の空間ストリームを送信している場合、他の無線チェーンの1つから出てくる空間ストリームをビームフォーミングすることはできません。しかし、次のパケットを送信するときになると、Wi-Fiチップセットは、特定の無線チェーンがそれ自体の空間ストリームまたはビーム形成に使用されているかどうかを切り替えることができます。ほとんどの場合、Wi-Fiデバイスでは、すべての無線がビームフォーミングではなく個別の空間ストリームに使用されます。

送信デバイスと受信デバイスの両方は、それらの2つのデバイス間の送信にその数の空間ストリームを使用するために、所定の数の空間ストリームに対応できる必要があります。したがって、3x3：3 AP（3つの送信無線チェーン、3つの受信無線チェーン、3つの空間ストリームが可能）があるが、2x2：2クライアントしかない場合、そのクライアントとそのAPが互いに通信していると、最大2つの空間ストリームのみを使用します。 APは3x3：3クライアントと通信するときに3つの空間ストリームをすべて使用するため、3x3対応のAPに2x2クライアントが存在するだけでは、誰もが2x2などに強制されることはありません（Wiの間には長年の神話があります）遅い/古い/前世代のクライアントを使用する-Fiユーザーは、ネットワーク全体を低速/古い/前世代のテクノロジーを使用するように強制しますが、これは決して真実ではありません）。

MU-MIMO

MU-MIMOは「マルチユーザーMIMO」の略で、デバイス（通常はAP（ワイヤレスルーター））が複数のパケットを異なる受信デバイスに同時に送信する方法です。これは、複数の空間ストリームを分割して、さまざまなストリームがさまざまなデバイスのパケットを同時に送信することによって行われます。デバイスがMU-MIMOを介して複数のパケットを同時に送信できるようにするには、対象となるすべての受信デバイスもMU-MIMO対応である必要があります。

「Corporate Geek」で述べたように、MU-MIMOは空間ストリームを複数の方法で分割できます。たとえば、4x4：4 MU-MIMO APは、ネットワーク上に4つのMU-MIMO対応クライアントがあり、APがすでにそれらのそれぞれに対して送信する準備ができている少なくとも1つのパケット。

MU-MIMO対応APがあり、MU-MIMO対応デバイスと非MU-MIMO対応デバイスが混在している場合、APは、MU-MIMO対応デバイスへの送信時に必要に応じてMU-MIMOを使用できます。非MU-MIMO対応デバイスに送信する場合、プレーンMIMO（または必要に応じて「SISO」シングルストリーム送信）を使用します。

MU-MIMOを実際に特定の送信に使用するには、APと少なくとも2つのクライアントがそれをサポートしている必要があります。 およびAPがキューに入れられ、少なくとも2つのMU-MIMO対応クライアントのパケットを同時に送信する準備ができている必要があります。 およびAPは、パケットの長さと目的の受信者のMIMO空間ストリーム機能が与えられた場合、MU-MIMOを使用すると、パケットを個別にバックツーバックで送信するよりも通信時間が効率的です。

MU-MIMO対応のクライアントは、私の経験ではまだかなり珍しいです。いいえApple製品（Macs、iPhones、iPads、Apple TVs、Apple Watches））はまだサポートしておらず、いくつか= Android電話かPCラップトップのどちらでも、私が見た限りではどちらでも可能です。ラップトップのアフターマーケットアップグレード用のMU-MIMO対応USBドングルについてはあまり話を聞いていません。したがって、インストールベース現時点では、MU-MIMO対応機器の数は、私にとっては非常に小さいようです。

「MU-MIMO対応のルーターを使用すると、MU-MIMO非対応のクライアントの機能が向上しますか？」という関連する質問がときどき出てきます。答えはif MU-MIMO送信イベントがネットワーク上で十分に一般的であるため、通信時間が節約され、MU-MIMO非対応のクライアントが使用できる通信時間が増えます。そのため、現時点でほとんどのネットワークでMU-MIMO送信がどれほどまれであるか（上記の太字の段落を参照）を考えると、MU-MIMO非対応のクライアントには、目立った利点はありません。

bwDraco · Answer

MU-MIMOのないデバイス（シングルユーザーMIMO、またはSU-MIMOと呼ばれます）は、引き続きラウンドロビン方式でルーターと通信します。これは正式には時分割多重アクセス（TDMA）と呼ばれます。 MU-MIMOデバイスは同じタイムスライスで同時に通信できるため、全体のスループットが向上します。これを説明するために、5つの802.11acクライアントデバイスを持つホームネットワークを見てみましょう。

1つの2x2 SU-MIMOクライアント（デバイスA）
1x1 SU-MIMOクライアント（デバイスB）1つ
1つの2x2 MU-MIMOクライアント（デバイスC）
2つの1x1 MU-MIMOクライアント（デバイスDおよびE）

次の表は、すべてのデバイスが同時に通信しているときに、MU-MIMOをサポートしないクアッドストリーム（4x4）ルーターで何が起こるかを示しています。

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

一部の空間ストリームが完全に未使用の状態で、同時に通信する5つのデバイスにサービスを提供するには5つのタイムスライスが必要です。これは、帯域幅の浪費を意味し、理論的には帯域幅の35％しか実際に使用できません。数十のデバイスがある大規模なネットワークでは、特に4x4 MIMOクライアントがまれであることを考えると、これは深刻な問題になる可能性があります。

次に、理想的な状況で、クアッドストリームMU-MIMOルーターで何が起こるかを見てみましょう。

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

これで、すべてのデバイスを処理するのに3つのタイムスライスしかかかりません。 MU-MIMOデバイスがすべて同じタイムスライスで同時に通信できることに注目してください。 SU-MIMOデバイスは同時に通信できず、ルーターがラウンドロビンでサイクルするため、独自のタイムスライスを取得できますが、無駄な帯域幅がはるかに少なくなり、すべてのデバイスが使用するときに、帯域幅の58％を利用できるようになりました。同時に通信します。

上記の例では、すべてのデバイスがすべて同時に通信し、すべての送信が同じサイズであることを前提としています。レガシーSU-MIMOデバイスはMU-MIMOデバイスのようにタイムスライスを共有できないため、ネットワーク上のすべてのデバイスがMU-MIMOをサポートしている場合にのみ、MU-MIMOの完全な利点を実現できます。また、干渉の影響、ルーターからのクライアントの距離、またはその他の環境的要因や技術的要因の影響を無視しているため、実際のパフォーマンスはこれとまったく同じにはなりません。

How-To Geek は、このテクノロジーについてより簡単に説明していますが、SU-MIMOデバイスとの共存については説明していません。