MIMO, MU-MIMO, OFDMA và điều chế QAM: vì sao tốc độ WiFi trên hộp khác thực tế

MIMO dùng nhiều anten để truyền nhiều luồng dữ liệu, MU-MIMO và OFDMA giúp bộ phát phục vụ nhiều thiết bị cùng lúc, QAM quyết định mỗi ký hiệu sóng chở bao nhiêu dữ liệu. Bài có bảng băng thông theo chuẩn WiFi và cách tính từ tốc độ trên hộp ra tốc độ thực tế.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) là kỹ thuật dùng nhiều anten để truyền nhiều luồng dữ liệu cùng lúc. Bộ phát 2x2 có 2 luồng, 4x4 có 4 luồng. MU-MIMO cho bộ phát gửi tới nhiều thiết bị cùng lúc, OFDMA chia một kênh cho nhiều thiết bị dùng chung. QAM là cách mã hóa dữ liệu lên sóng: QAM càng cao thì càng nhanh nhưng cần sóng càng mạnh.

Giải thích nhanh các thuật ngữ trong bài:

• Spatial stream (luồng không gian): một luồng dữ liệu độc lập truyền qua một cặp anten. Số luồng nhân lên thì tốc độ tối đa nhân lên.
• PHY rate (tốc độ vật lý): tốc độ truyền trên sóng, chính là con số ghi trên hộp, chưa trừ phần quản lý, chờ lượt, lỗi.
• MCS (Modulation and Coding Scheme): bậc tốc độ, gồm kiểu điều chế QAM và tỷ lệ mã hóa. Sóng mạnh dùng MCS cao, sóng yếu tự hạ MCS.
• Half-duplex (bán song công): trên một kênh WiFi, tại một thời điểm chỉ một bên được phát. Tải lên và tải xuống, mọi thiết bị đều phải chia nhau thời gian phát.

MIMO và số luồng dữ liệu

Ký hiệu 2x2, 3x3, 4x4 cho biết số anten phát và thu, cũng là số luồng tối đa. Một kết nối chỉ dùng được số luồng của bên ít hơn. Bộ phát 4x4 nói chuyện với điện thoại 2x2 thì kết nối đó chỉ có 2 luồng. Phần lớn điện thoại, laptop đời mới là 2x2; nhiều thiết bị rẻ, camera WiFi, thiết bị nhà thông minh chỉ 1x1.

Ví dụ: bộ phát 3x3 ghi 1800 Mbps ở băng 5 GHz (3 luồng x 600 Mbps, kênh 80 MHz). Laptop 2x2 kết nối tối đa 1201 Mbps, điện thoại 1x1 tối đa 600 Mbps. Đó mới là tốc độ vật lý khi đứng gần.

SU-MIMO, MU-MIMO và OFDMA

• SU-MIMO (Single User): mỗi lượt phát, bộ phát chỉ gửi cho một thiết bị, dùng hết các luồng cho thiết bị đó.
• MU-MIMO (Multi User): bộ phát chia các luồng cho nhiều thiết bị trong cùng một lượt phát. WiFi 5 (Wave 2) chỉ có chiều xuống (DL MU-MIMO). WiFi 6 và WiFi 7 có cả hai chiều (DL/UL MU-MIMO).
• OFDMA: chia một kênh thành nhiều phần nhỏ (resource unit) để gửi gói tin nhỏ cho nhiều thiết bị cùng lúc. Có từ WiFi 6, rất có lợi khi nhiều người nhắn tin, lướt web, thiết bị IoT.

Thông số hãng ghi rõ từng băng tần hỗ trợ kiểu nào. Ví dụ UniFi U6 Lite ở 2.4 GHz ghi "2x2 SU-MIMO", U6 Pro ở 2.4 GHz ghi "UL MU-MIMO", còn U7 Pro ghi "DL/UL MU-MIMO" trên cả ba băng tần. MU-MIMO chỉ phát huy khi thiết bị cũng hỗ trợ và đứng ở các vị trí khác nhau quanh bộ phát.

Điều chế QAM và MCS

QAM xếp nhiều bit dữ liệu vào mỗi ký hiệu sóng. QAM càng cao thì càng nhiều bit, nhưng các điểm tín hiệu nằm sát nhau hơn, chỉ cần nhiễu nhẹ là đọc sai. Vì vậy thiết bị chỉ dùng QAM cao khi sóng mạnh và sạch.

Ví dụ với bộ phát Ruijie RG-RAP2260 ở kênh 80 MHz, độ nhạy thu theo datasheet: MCS0 (chậm nhất) cần -82 dBm, MCS9 (256-QAM) cần -57 dBm, MCS11 (1024-QAM) cần -52 dBm. Tức là chỉ khi tín hiệu từ -52 dBm trở lên, rất gần bộ phát, mới đạt tốc độ cao nhất. Ra xa hơn, thiết bị tự hạ MCS. Cách tín hiệu yếu dần theo khoảng cách và vật cản xem bài suy hao sóng WiFi.

Băng thông theo từng chuẩn WiFi và số luồng

Tốc độ vật lý tối đa của một luồng (MCS cao nhất, khoảng bảo vệ 0.8 µs) theo độ rộng kênh:

Đơn vị Mbps mỗi luồng. Nhân với số luồng là ra con số trên hộp. Một số ví dụ:

• Ruijie RG-RAP62 AX1800: 5 GHz 2 luồng x 600 = 1201 Mbps (80 MHz); 2.4 GHz 2 luồng x 287 = 574 Mbps (40 MHz).
• Aruba Instant On AP25: 5 GHz 4x4, 4 luồng x 1201 = 4.8 Gbps (160 MHz). Cùng hãng, AP22 2x2 chỉ 1.2 Gbps ở 5 GHz (80 MHz).
• Aruba Instant On AP21: 5 GHz WiFi 6 1.2 Gbps, nhưng 2.4 GHz là WiFi 4, 2 luồng x 150 = 300 Mbps. Cùng là "bộ phát WiFi 6" mà băng 2.4 GHz chậm hơn AP22 (574 Mbps).
• Ruijie RG-EW3000GX AX3000: 5 GHz 2 luồng x 1201 = 2402 Mbps (160 MHz), cộng 2.4 GHz 574 Mbps.
• UniFi U7 Pro: 2.4 GHz 688 Mbps (2 x 344, 40 MHz); 6 GHz 5.8 Gbps (2 x 2882, 320 MHz).

Băng 2.4 GHz thường chỉ dùng kênh 20 hoặc 40 MHz nên tốc độ thấp hơn nhiều so với 5 GHz, dù cùng chuẩn.

Từ tốc độ trên hộp đến tốc độ thực tế

1. Bước 1, tách từng băng tần: AX3000 là 574 Mbps ở 2.4 GHz cộng 2402 Mbps ở 5 GHz. Một thiết bị chỉ dùng một băng tại một thời điểm (trừ WiFi 7 có MLO).
2. Bước 2, theo số luồng của thiết bị: điện thoại 1x1 chỉ nhận 1 luồng, dù bộ phát 3x3 hay 4x4.
3. Bước 3, trừ phần bán song công và phần quản lý: tải lên và tải xuống không chạy cùng lúc trên một kênh, cộng thêm thời gian chờ lượt, xác nhận, gói quản lý. Trong điều kiện lý tưởng, tốc độ thực thường chỉ khoảng 60–70% tốc độ vật lý, nơi đông và nhiễu còn thấp hơn, khoảng một nửa.
4. Bước 4, trừ suy hao: càng xa, càng nhiều vật cản thì MCS càng thấp.
5. Bước 5, chia cho số thiết bị: mọi thiết bị trên cùng kênh, kể cả của bộ phát hàng xóm cùng kênh, chia nhau thời gian phát.

Ví dụ: bộ phát 3x3 1800 Mbps ở 5 GHz, điện thoại 1x1 đứng gần. Tốc độ vật lý tối đa 600 Mbps, thực tế lý tưởng khoảng 360–420 Mbps. Nếu 10 điện thoại cùng xem video trên kênh đó, mỗi máy chỉ còn khoảng 36–42 Mbps. Còn nếu điện thoại ra xa, sau vách thạch cao và tường gạch (khoảng -75 dBm), một mình nó cũng chỉ còn khoảng 70–100 Mbps. Đây là lý do số người dùng mỗi bộ phát phụ thuộc ứng dụng.

Sai lầm thường gặp

• Cộng tốc độ các băng tần rồi nghĩ một điện thoại đạt được con số đó.
• Nghĩ bộ phát 4x4 làm điện thoại 1x1 nhanh gấp 4: kết nối chỉ dùng số luồng của bên ít hơn. Lợi ích của 4x4 là phục vụ nhiều thiết bị cùng lúc tốt hơn.
• Bật kênh 160 MHz ở văn phòng nhiều bộ phát: kênh rộng thì ít kênh trống, các bộ phát dễ trùng kênh và nhiễu nhau. Nơi đông nên dùng 40 hoặc 80 MHz ở 5 GHz, 20 MHz ở 2.4 GHz.
• Đo tốc độ sát bộ phát rồi tính cho cả văn phòng: ở xa, qua tường, MCS thấp hơn nhiều.

Bài liên quan trong Từ Điển Kỹ Thuật:

• WiFi 6, WiFi 6E và WiFi 7 khác nhau thế nào? Băng tần 6 GHz tại Việt Nam
• Suy hao sóng WiFi: khoảng cách, vật cản, vật liệu và cách tính tốc độ thực tế
• Số người dùng khuyến nghị của bộ phát WiFi: cách tính theo băng tần, ứng dụng và tín hiệu
• Anten WiFi: đa hướng, định hướng, dBi và vùng phủ sóng thực tế

Câu hỏi thường gặp

1. MIMO 2x2, 4x4 nghĩa là gì?
Là số anten phát và thu của bộ phát WiFi, cũng là số luồng dữ liệu tối đa. 2x2 có 2 luồng, 4x4 có 4 luồng. Một kết nối chỉ dùng số luồng của bên ít hơn giữa bộ phát và thiết bị.

2. MU-MIMO và OFDMA khác nhau thế nào?
MU-MIMO chia các luồng không gian cho nhiều thiết bị trong cùng lượt phát. OFDMA chia một kênh thành nhiều phần nhỏ cho nhiều thiết bị cùng lúc. MU-MIMO hợp với dữ liệu lớn, OFDMA hợp với nhiều gói tin nhỏ.

3. DL/UL MU-MIMO là gì?
DL MU-MIMO là chiều từ bộ phát xuống nhiều thiết bị, UL MU-MIMO là chiều từ nhiều thiết bị lên bộ phát. WiFi 5 chỉ có chiều xuống, WiFi 6 và WiFi 7 có cả hai chiều.

4. 1024-QAM và 4K-QAM có tác dụng gì?
Mã hóa nhiều bit hơn trên mỗi ký hiệu sóng nên tăng tốc độ khoảng 20–25% so với bậc trước, nhưng chỉ dùng được khi sóng mạnh, ở gần bộ phát.

5. Vì sao tốc độ thực tế thấp hơn nhiều so với con số trên hộp?
Con số trên hộp là tổng tốc độ vật lý của các băng tần, mọi luồng, ở MCS cao nhất. Thực tế thiết bị chỉ dùng một băng, ít luồng hơn, WiFi là bán song công và có phần quản lý, lại thêm suy hao và nhiều người dùng chung.

6. Điện thoại kết nối bộ phát 3x3 1800 Mbps thì được bao nhiêu?
Điện thoại 1x1 tối đa 600 Mbps tốc độ vật lý ở kênh 80 MHz, thực tế lý tưởng khoảng 360–420 Mbps. Điện thoại 2x2 tối đa 1201 Mbps. Càng xa và càng đông người thì càng thấp.

Lời khuyên từ chuyên gia & Hỗ trợ dự án

Khi so sánh bộ phát, hãy xem tốc độ từng băng tần, số luồng (MIMO) và kiểu MU-MIMO trên từng băng, không chỉ nhìn con số tổng trên hộp. Với nơi đông người, ưu tiên bộ phát có nhiều luồng ở 5 GHz và hỗ trợ OFDMA, MU-MIMO hai chiều. Xem các dòng bộ phát WiFi UniFi, bộ phát WiFi Ruijie và bài WiFi 6, 6E và WiFi 7 khác nhau thế nào.

Hòa Phát Telecom hỗ trợ dự án:

• Khảo sát và đo tốc độ thực tế miễn phí
• Chọn bộ phát theo số luồng, băng tần và số người dùng
• Thi công tận nơi tại TP. Hồ Chí Minh
• Cấu hình kênh, độ rộng kênh và hỗ trợ từ xa
• Lắp đặt trọn bộ: miễn phí bảo hành tận nơi 12 tháng

Liên hệ ngay 0977.588.820 (gọi hoặc Zalo) để được tư vấn giải pháp phù hợp.