MIT的科研團隊

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的急速發(fā)展，人們在日常生活和工作中越來越離不開WiFi。不過，當(dāng)我們在某個公共場所鏈接上WiFi信號時，也一定高頻率地遇到過這樣一個問題：網(wǎng)速緩慢，甚至不如手機自帶的4G。而且隨著接入公共網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的增多，這個問題就愈加明顯。

對此，來自美國麻省理工學(xué)院(MIT)計算機科學(xué)和人工智能實驗室(CSAIL)的一個科研團隊日前研發(fā)出一款“MegaMIMO 2.0”多信號接入點協(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題。

傳統(tǒng)方案

其實關(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，那么分到每個人手里的就越少。

于是，基于這個原因，通常都使用如下的解決方案：在人口密集的區(qū)域布置多個接入點以分擔(dān)接入壓力。然而這種簡單粗暴的解決方式效果卻不理想。這是因為WiFi信號作為一種電磁波，是以某種固定頻率發(fā)射到空間中的。當(dāng)同一空間內(nèi)同時出現(xiàn)多個信號源，并且他們還發(fā)出同頻率不同相位的信號，則很容易產(chǎn)生信號干擾。這里所謂“同頻率不同相位”的情況非常容易出現(xiàn)(因為保證同頻率相對簡單，但同相位則很難)，如動圖所示，在頻率不變的情況下，隨著兩個波形的相位持續(xù)變化，在多數(shù)情況下不但無法增強信號強度，相反會造成不同程度的信號衰減。

同頻率不同相位波形的干擾

關(guān)于這個方案，由于現(xiàn)在除了2.4GHz常見頻率路由器之外，5GHz頻率已經(jīng)逐漸被大家接受，如果采取這兩個不同頻率信號交叉覆蓋的方式，則可以有效避免這一問題。然而這也同時引入一個新問題：由于5GHz頻段的信號雖然使用少，不容易造成信號干擾，可是由于頻率太高，波長太短，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)域其實并不合適。

另一個避免信號干擾的方式就是多接入點之間分時復(fù)用，即每個時間點其實只有一臺路由器實際工作，其他路由器休息。這種方式雖然確保了不同頻率之間的無干擾，可是減弱了多接入點的協(xié)同效力。因此在人群密集區(qū)的網(wǎng)速提升作用不大。

基于這個現(xiàn)狀，來自MIT的科研人員研發(fā)了同頻率同相位情況下多接入點的協(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之后的無干擾頻譜

該系統(tǒng)相對傳統(tǒng)做法的一個重要改變就是讓不同信號源的信號相位也同步?？蒲腥藛T通過一種特殊的信號處理算法，將每個信號源的發(fā)射相位通過相互反饋和再修正過程，逐漸調(diào)整到統(tǒng)一步調(diào)。這樣就可以通過多接入點發(fā)射同頻率同相位信號的方式，大大增加一個空間內(nèi)的WiFi網(wǎng)速。

據(jù)團隊的負責(zé)人解釋稱：道理其實很簡單，就好像我們在一個房間同時打開兩部收音機收聽同一個FM頻道，通常播音員的聲音都是無法同步的。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)出聲音的時機罷了。

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，實時基帶處理系統(tǒng)和信號收發(fā)器等主要模塊組成，但內(nèi)部集成的算法卻大不一樣。團隊成員在一個十幾平米的房間內(nèi)布置了4個獨立的接入點和4個模擬的接入用戶進行實測。結(jié)果顯示使用MegaMIMO 2.0系統(tǒng)的WiFi速度可以達到傳統(tǒng)布局方式的330%，提高了3倍以上。

目前，研究人員正在進一步優(yōu)化MegaMIMO 2.0系統(tǒng)，以達到最終成功走向商用的目的。同時團隊也在想辦法擴展MegaMIMO 2.0系統(tǒng)的容量，計劃將來實現(xiàn)十幾臺路由器協(xié)同工作的目標(biāo)，帶來更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。

隨著科學(xué)家們的不斷努力，未來在大型會議和比賽現(xiàn)場等人群密集區(qū)的WiFi體驗將變得越來越好。