MIMO в Wi-Fi: как несколько антенн увеличивают скорость и что значит 2x2

MIMO (Multiple Input, Multiple Output) появился в Wi-Fi вместе со стандартом 802.11n. До него передатчик и приёмник использовали по одной антенне и один поток данных. В MIMO на каждой стороне работает несколько антенн, а радиоканал используется как набор параллельных путей.

Такая схема выгодна тем, что радиоволны в помещении не идут прямо: они отражаются от стен, мебели, потолка. Обычно это вредит, но для MIMO многолучевое распространение становится ресурсом, потому что разные пути помогают различать несколько независимых потоков.

Запись вида 2x2 означает две передающие и две приёмные антенны, 3x3 — три и три, и так далее; иногда добавляют число потоков: 2x2:2. Число пространственных потоков определяется меньшим из значений количества антенн на обеих сторонах. Роутер с четырьмя антеннами и телефон с одной будут общаться по одному потоку, потому что одна антенна принимает один поток.

Отсюда и расхождения между заявленной «скоростью роутера» и тем, что видит смартфон. Пиковая скорость в паспорте относится к максимальному числу потоков, а у большинства телефонов их один или два, у ноутбуков — чаще два.

Пространственное мультиплексирование передаёт разные данные разными потоками одновременно, и за счёт этого растёт скорость: два потока дают примерно вдвое больше, чем один, при той же ширине канала. Пространственное разнесение (diversity) работает иначе: одни и те же данные передаются по разным путям, и приёмник комбинирует их. Скорость не растёт, зато повышается надёжность при слабом сигнале.

Роутер выбирает режим динамически, ориентируясь на условия канала. На границе покрытия чаще выигрывает разнесение, вблизи точки — мультиплексирование.

Увеличение числа антенн само по себе не расширяет зону покрытия радикально и не увеличивает скорость канала провайдера. Прирост даёт только при наличии клиента с несколькими антеннами и достаточно хорошего сигнала; в плохих условиях два потока не работают, и система откатывается к одному.

Не стоит путать MIMO с MU-MIMO: в обычном (однопользовательском, SU-MIMO) режиме все потоки достаются одному клиенту в каждый момент. Одновременная работа с несколькими клиентами разобрана в отдельной статье, а направленная передача — в материале про beamforming.

В Windows команда netsh wlan show interfaces выводит тип радио (например, 802.11ac) и скорость приёма и передачи: значения 866 Мбит/с в диапазоне 5 ГГц при 80 МГц обычно соответствуют двум потокам, 433 — одному. На Linux то же показывает iw dev wlan0 link в строках rx bitrate и tx bitrate с пометкой NSS или MCS. Сравните с характеристиками адаптера в описании модели и убедитесь, что канал у роутера достаточно широкий (см. статью про ширину канала).

В Wi-Fi 4 (802.11n) MIMO допускал до четырёх пространственных потоков. Wi-Fi 5 (802.11ac) довёл максимум до восьми и добавил MU-MIMO, а Wi-Fi 6 (802.11ax) сохранил восемь потоков и вывел многопользовательский режим в обе стороны. Большинство домашних роутеров реально используют от двух до четырёх потоков, а восемь встречаются в дорогом оборудовании.

Число потоков в паспорте роутера обычно указывают вместе с полосой. Так, «AX3000» или «AC1200» — это суммарное максимальное значение для всех диапазонов, а не скорость, которую получит одно устройство. В реальности клиент получает долю, ограниченную его антеннами, шириной канала и уровнем сигнала.

Заметьте также, что MIMO не связан с версией диапазона: он работает и в 2,4 ГГц, и в 5 ГГц. Но в 2,4 ГГц узкая полоса и загруженность ограничивают выигрыш, поэтому именно в 5 ГГц многопоточность и широкие каналы дают наибольший практический эффект.

Нередко пользователи спрашивают, нужны ли роутеру наружные антенны. Они не создают MIMO сами по себе, но помогают направить и разделить излучение, а также позволяют повернуть их под нужным углом; встроенные антенны компактнее, и их результат зависит от расположения внутри корпуса. Оценивайте не внешний вид, а заявленное число потоков и фактические замеры в вашем помещении.