Wi-Fi 6關(guān)鍵技術(shù)解析
時(shí)間：2021-08-19 16:31:50
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[導(dǎo)讀]Wi-Fi，是由Wi-Fi聯(lián)盟進(jìn)行技術(shù)認(rèn)證和商標(biāo)授權(quán)的一種無線通信技術(shù)。它背后的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則是由美國的電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定的802.11系列協(xié)議。?Wi-Fi聯(lián)盟（全稱：國際Wi-Fi聯(lián)盟組織，英語：Wi-FiAlliance，簡稱WFA）一.?Wi-Fi協(xié)議的發(fā)展...
Wi-Fi，是由Wi-Fi聯(lián)盟進(jìn)行技術(shù)認(rèn)證和商標(biāo)授權(quán)的一種無線通信技術(shù)。它背后的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則是由美國的電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定的802.11系列協(xié)議。?
Wi-Fi聯(lián)盟（全稱：國際Wi-Fi聯(lián)盟組織，英語：Wi-Fi Alliance，簡稱WFA）
一.? Wi-Fi協(xié)議的發(fā)展
從1997年的第一個(gè)版本開始，802.11系列協(xié)議不斷向前演進(jìn)，經(jīng)歷了802.11a/b/g/n/ac等多個(gè)版本，支持的上網(wǎng)速率也不斷提升。
目前最新的協(xié)議版本是802.11ax，也就是近年來迅速發(fā)展的Wi-Fi 6。
IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程，從第一代到第六代?在最初的很多年里，世界上并沒有“Wi-Fi 幾代”這樣的說法，直接就用802.11后面加幾個(gè)字母這樣的協(xié)議編號(hào)，對(duì)普通用戶非常不友好。?直到2018年，Wi-Fi聯(lián)盟才決定把下一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)802.11ax用更為簡單易懂的Wi-Fi 6來宣傳。上一代的802.11ac和802.11n，就順理成章地成了Wi-Fi5和Wi-Fi4。
Wi-Fi?6 誕生之后，才有了Wi-Fi 5的叫法
2019年9月16日，Wi-Fi聯(lián)盟宣布啟動(dòng)Wi-Fi 6認(rèn)證計(jì)劃。此后，Wi-Fi 6的大名響徹了全世界，目前新發(fā)布的設(shè)備基本都已經(jīng)支持Wi-Fi 6了。
二.? Wi-Fi信道及使用的頻段
Wi-Fi主要工作在2.4GHz和5GHz這兩個(gè)頻段上。這兩個(gè)頻段被稱作ISM（Industrial Scientific Medical 工業(yè)，科學(xué)，醫(yī)學(xué)）頻段，只要發(fā)射功率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，就可以不用授權(quán)直接使用。
不同國家的ISM頻段有所不同
2.4GHz作為全球最早啟用的ISM頻段，頻譜范圍是2.40GHz～2.4835GHz，共83.5M帶寬。
?我們常用的藍(lán)牙，ZigBee，無線USB，也工作在2.4GHz頻段。此外，微波爐和無繩電話使用的頻段也是2.4GHz。甚至，有線USB接口的內(nèi)部芯片在工作時(shí)，也會(huì)發(fā)射2.4GHz的無用信號(hào)，造成干擾。?由此可見，2.4GHz上同時(shí)工作的設(shè)備眾多，頻段擁擠不堪，干擾嚴(yán)重。?Wi-Fi把2.4Ｇ上的83.5M帶寬劃分為13個(gè)信道，每20M一個(gè)。注意這些信道是交疊的，本來只能放下3個(gè)，現(xiàn)在卻硬生生地?cái)D進(jìn)去了13個(gè)，相互之間的干擾難以避免，只能盡量減輕，大不了大家速度慢一些，排隊(duì)輪著用。
2.4G頻譜及信道（第14信道在國內(nèi)是不允許使用的）
信道交疊到什么程度呢？由下圖可以比較直觀地看出，在這些信道里面，只有1，6，11或者2，7，12，或者3，8，13這三組是完全沒有交疊的，可見2.4GHz頻段的擁堵程度。
?2.4G不交疊的信道分布
到了802.11n，用戶可以使用40M的信道，但2.4GHz頻段依然只有83.5M的總帶寬，就只能容納兩個(gè)信道了。因此只有在夜深人靜網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)候，單個(gè)用戶才有可能使用40M信道，加之來自隔壁老王家的干擾，802.11n的高速率很大程度上難以達(dá)到。
2.4G 40M帶寬信道
如果說2.4GHz頻段是羊腸小道的話，5GHz頻段無疑就是康莊大道了。?5GHz頻段的可用范圍是4.910GHz～5.875GHz，有900多M的帶寬，是2.4G的10倍還多！這段頻譜過于寬了，不同國家根據(jù)自身情況，定義了Wi-Fi可以使用的范圍。?比如，在中國5GHz頻譜共有13個(gè)20M信道可用作Wi-Fi，連續(xù)的20M信道還可以組成40M，80M，甚至160M信道。
中國5G信道分布圖
5GHz的帶寬大，上面跑的的設(shè)備少，用起來自然速度快，干擾小。因此，如果想要家庭網(wǎng)絡(luò)達(dá)到良好的速率體驗(yàn)，可用考慮用5GHz來進(jìn)行全屋覆蓋。?然而尺有所短，寸有所長，5GHz雖然帶寬大干擾小，但是信號(hào)傳播衰減快，還很容易被阻擋，穿墻能力很弱。
2.4G和5G Wi-Fi信號(hào)的穿透損耗
因此，跟2.4GHz相比，5GHz信號(hào)通常要弱得多。
至于它們到底各能覆蓋多少米，這個(gè)由于路由器的天線增益，接收靈敏度，家里墻體和障礙物的分布，以及個(gè)人期望達(dá)到的上網(wǎng)速率都有關(guān)聯(lián)，很難具體給出。
?
三.? Wi-Fi關(guān)鍵技術(shù)
為什么Wi-Fi的速度越來越快？
其實(shí)，IEEE的802.11系列協(xié)議一直在跟3GPP的4G/5G相互借鑒，使用的底層技術(shù)都是通用的。
? ? ?OFDM/OFDMA
OFDM的全稱是正交頻分復(fù)用。系統(tǒng)會(huì)在頻域上把載波帶寬分割為多個(gè)相互正交的子載波，相當(dāng)于把一條大路劃分成了并行多個(gè)車道，通行效率自然就大幅提升了。
在Wi-Fi 5及以前（802.11a/b/g/n/ac），子載波寬度是312.5KHz。
到了Wi-Fi 6（802.11ax），子載波寬度縮小為78.125KHz，相當(dāng)于將同樣寬度的路劃分成了更多的車道。
Wi-Fi 6的擁有更多的子載波
在OFDM下，每個(gè)用戶必須同時(shí)占用全帶寬下的所有子載波。如果某個(gè)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)沒那么多，把頻率資源用不滿的話，其他用戶也沒法靈活使用，只能干巴巴地排隊(duì)等著，頻譜資源的使用效率不高。
為了解決這個(gè)問題，Wi-Fi 6引入了OFDMA技術(shù)，后面多了個(gè)字母A，其全稱也就變成了正交頻分復(fù)用多址。多址就是多用戶復(fù)用的意思。
OFDM?vs.?OFDMA
OFDMA可以支持多個(gè)用戶在同一時(shí)刻共享所有子載波。相當(dāng)于運(yùn)輸公司把多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)一打包，共同裝車，充分利用車廂容量，大家的發(fā)貨速度就都加快了，頻譜效率得以提升。?? ?? MIMO/波束賦形
路由器上面的天線數(shù)量是越來越多，從看不到天線，到一根，兩根，三根，四根，六根，八根...現(xiàn)在不管啥價(jià)錢的路由器，都長得跟螃蟹似的，張牙舞爪好不唬人。
為啥要用這么多天線？就是為了更好地實(shí)現(xiàn)MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)。
簡單來說，就是在信號(hào)發(fā)射時(shí)，用多根天線來同時(shí)發(fā)送多路不同的數(shù)據(jù)，速度自然成倍提升；在接收時(shí)，多個(gè)天線同時(shí)接收手機(jī)發(fā)來的信號(hào)，跟戴了助聽器一樣，接收靈敏度也得到了增強(qiáng)。
單用戶MIMO（SU-MIMO）
如果所有天線同時(shí)只為一個(gè)用戶服務(wù)，就叫做單用戶MIMO（SU-MIMO）。更進(jìn)一步，路由器四路發(fā)射，手機(jī)四路接收，也可以更精細(xì)地叫做4x4 MIMO。
?有時(shí)候，路由器的天線眾多能力強(qiáng)悍，但四顧茫然，發(fā)現(xiàn)手機(jī)個(gè)個(gè)都是弱雞。路由器能發(fā)4路信號(hào)，但手機(jī)最多只能收兩路，最終下來路由器也就不得不配合著只發(fā)兩路。這不是浪費(fèi)么？
多用戶MIMO（MU-MIMO）
解決辦法也是有的，一個(gè)手機(jī)的接收天線少，多個(gè)手機(jī)加起來不就多了？
于是，路由器便將多個(gè)手機(jī)一起考慮，視作一個(gè)功能強(qiáng)大的虛擬手機(jī)，這樣就又能實(shí)現(xiàn)高階MIMO了。這種多手機(jī)共同參與的MIMO就叫做多用戶MIMO（MU- MIMO），又叫虛擬MIMO。
?除此之外，多個(gè)天線還可以通過波束賦形技術(shù)，形成指向性的窄波束，對(duì)準(zhǔn)用戶精準(zhǔn)覆蓋。由于窄波束的能量集中，因此可以覆蓋得更遠(yuǎn)，穿墻效果也能得以提升。
波束賦形
這樣看來，路由器的天線個(gè)數(shù)是多多益善呀，買路由器就一定要挑天線多的嗎？這可能是一個(gè)陷阱。天線再多，只是在堆一些外部看得見的硬件而已，看起來牛逼閃閃，但內(nèi)部的設(shè)計(jì)到底能否支撐這么多天線還是未知數(shù)。
?更重要的是，不論是MIMO，還是波束賦形，都是需要軟件算法支撐的，這里面的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于硬件，不同廠家算法優(yōu)化能力不同，可能導(dǎo)致很大的性能差異。?因此，建議在購買路由器時(shí)，不用太關(guān)注外部到底能看到多少根天線，而要看他們的產(chǎn)品宣傳，是否支持波束賦形，4x4MIMO，或者M(jìn)U-MIMO？如果廠家在這方面的宣傳聲勢(shì)很大，那至少說明他們對(duì)這些功能比較自信并將其作為賣點(diǎn)。
? ?? ?調(diào)制編碼策略（MCS）
調(diào)制編碼，分為調(diào)制和編碼兩部分，它們共同決定了單位時(shí)間可以同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)。
調(diào)制編碼策略一般將調(diào)制和編碼兩部分綜合起來分為多個(gè)等級(jí)，級(jí)別越高，數(shù)據(jù)發(fā)送的速率也就越快。
調(diào)制的作用就是把經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)（一串0和1的隨機(jī)組合）映射到前面所說幀結(jié)構(gòu)的最小單元：OFDM符號(hào)上。經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)才能最終發(fā)射出去。
BPSK，QPSK，16QAM，64QAM及256QAM星座圖
常用的調(diào)制方式包括BPSK、QPSK、16QAM，64QAM和256QAM，能同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)為1個(gè)，2個(gè)，4個(gè)，6個(gè)和8個(gè)。
Wi-Fi 6可以支持1024QAM，可同時(shí)發(fā)送10個(gè)比特的數(shù)據(jù)，速率自然大為提升。
256QAM和1024QAM對(duì)比圖
可是，原始數(shù)據(jù)在編碼時(shí)，為了糾錯(cuò)而加入了很多的冗余比特，真正的有用數(shù)據(jù)其實(shí)只占一部分。我們考慮上網(wǎng)速率時(shí)，說的僅僅是有用數(shù)據(jù)的收發(fā)速率，冗余比特都在解碼的時(shí)候丟棄掉了。
這就要引入碼率的概念，也即是有用的數(shù)據(jù)在編碼后總數(shù)據(jù)量中的占比。如果碼率是3/4，就是指編碼后的數(shù)據(jù)中，3/4是有用數(shù)據(jù)，1/4是后來添加的冗余比特。
不同的調(diào)制方式，加上不同的碼率，就組成了調(diào)制編碼策略（MCS）。
下表是Wi-Fi 6中的MCS表，可以看出最高階MCS為11，對(duì)應(yīng)于1024QAM加5/6的碼率。
Wi-Fi 6 的MCS表
四.? Wi-Fi速率的計(jì)算
單個(gè)頻段Wi-Fi的峰值速率，可以用下面的公式來計(jì)算：
我們可以用公路系統(tǒng)來類比計(jì)算模型。
空間流數(shù)相當(dāng)于多層交通，子載波數(shù)量相當(dāng)于每層公路上的多條車道，調(diào)制階數(shù)相當(dāng)于路上貨車的車廂容積，碼率相當(dāng)于給貨物增加了包裝箱，OFDM符號(hào)時(shí)長和符號(hào)間隔相當(dāng)于貨車在公路的通行時(shí)長再加上發(fā)車間隔。
空間流數(shù)：隨著協(xié)議的演進(jìn)，Wi-Fi能支持的空間流數(shù)越來越多，推動(dòng)峰值速率不斷提升。
如下表所示，IEEE制定的802.11ac最多能支持8流，但是Wi-Fi聯(lián)盟（WFA）在認(rèn)證的時(shí)候，覺得這個(gè)能力過于強(qiáng)了，實(shí)現(xiàn)起來成本太高，因此就分成了兩個(gè)階段：wave 1和wave 2。
這兩個(gè)階段的能力也比較保守，并未最終實(shí)現(xiàn)IEEE的設(shè)計(jì)能力。Wave 1可支持3流，Wave 2可支持4流。
到了802.11ax，最多可以支持到8流。Wi-Fi聯(lián)盟將其包裝為Wi-Fi 6，也不再搞過渡版本了。但你的路由器到底能支持到幾流，還要看廠家具體的實(shí)現(xiàn)。
有效子載波數(shù)量：802.11系列協(xié)議對(duì)子載波的劃分越來越細(xì)，可支持的信道帶寬越來越大，這兩點(diǎn)促使有效子載波數(shù)量不斷增加。
如下表所示，802.11n可支持最大40M信道帶寬，802.11ac則能支持160M帶寬，因此有效子載波數(shù)量翻了4倍有余。
到了802.11ax，同樣最大支持160M信道寬度，但子載波間隔卻僅為之前協(xié)議的1/4，從而最大支持的子載波數(shù)量相比802.11ac又翻了4倍。
調(diào)制階數(shù)：802.11ac最大支持256QAM，調(diào)制階數(shù)為8，也就是每個(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶8個(gè)比特的數(shù)據(jù)。
802.11ax則最大支持到1024QAM，每個(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶10個(gè)比特的數(shù)據(jù)，比前一代提升了25%。
MCS和碼率：協(xié)議定義了多種調(diào)制方式和碼率的組合，就是調(diào)制編碼策略（Modulation Coding Scheme, MCS）。
調(diào)制階數(shù)越高，碼率越高，抗干擾能力也就越差。因此在無線信號(hào)強(qiáng)度足夠，且干擾很小的時(shí)候，高階MCS才能發(fā)揮作用。
符號(hào)長度 符號(hào)間隔：在802.11ac及以前，單個(gè)符號(hào)長度3.2微秒，符號(hào)間隔是0.8微秒，但也支持0.4微秒。我們計(jì)算峰值速率當(dāng)然用短的間隔，因此802.11ac的符號(hào)長度 符號(hào)間隔為3.6微秒。
到了802.11ax，符號(hào)長度成了12.8微秒，間隔長度為至少0.8微秒，兩者加起來就是13.6微秒。
這個(gè)值雖遠(yuǎn)高于之前的協(xié)議，看似吃了虧，但802.11ax在其他方面非常優(yōu)秀，速率還是對(duì)前輩形成了碾壓之勢(shì)。
把上述多個(gè)表格中的數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算，采用該協(xié)議可支持的最高階調(diào)試方式及碼率，符號(hào)間隔使用最小值，先不考慮空間流數(shù)，單流的計(jì)算結(jié)果見下表。
不同無線路由器Wi-Fi峰值速率的支持能力不同，主要體現(xiàn)在2.4G和5G這兩個(gè)頻段可支持的帶寬，以及空間流數(shù)。
2.4GHz通常最大支持到40M帶寬，5GHz頻段可最大支持160M帶寬，再根據(jù)協(xié)議版本的不同，以及空間流數(shù)的不同，把兩個(gè)頻段能支持的峰值速率加起來，就是路由器官方宣傳的峰值速率了。
上圖是蜉蝣君根據(jù)路由器的標(biāo)稱速率，來估計(jì)2.4G和5G這兩個(gè)頻段可支持的信道帶寬以及流數(shù)，并對(duì)速率計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。
舉例來說，對(duì)于AC1200，其中的AC是指它最高可以支持到802.11ac協(xié)議（Wi-Fi 5），2.4GHz頻段只能使用802.11n ，支持2x2 MIMO，速率可達(dá)300Mbps，5GHz頻段也是2x2 MIMO，速率為867Mbps，總和為1167Mbps，就按照1200M來宣傳了。
對(duì)于AX5600，其中的AX是指它最高可以支持到802.11ax協(xié)議（Wi-Fi 6），2.4GHz頻段支持2x2 MIMO，速率可達(dá)573.6Mbps，5GHz頻段可支持160M信道帶寬及4x4 MIMO，速率為4804Mbps，總和為5377.6Mbps，就按照5400M來宣傳了。
好了，本期的內(nèi)容就到這里，如果大家覺得所幫助，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)支持。
—— The End ——
Wi-Fi聯(lián)盟（全稱：國際Wi-Fi聯(lián)盟組織，英語：Wi-Fi Alliance，簡稱WFA）一.? Wi-Fi協(xié)議的發(fā)展
從1997年的第一個(gè)版本開始，802.11系列協(xié)議不斷向前演進(jìn)，經(jīng)歷了802.11a/b/g/n/ac等多個(gè)版本，支持的上網(wǎng)速率也不斷提升。
目前最新的協(xié)議版本是802.11ax，也就是近年來迅速發(fā)展的Wi-Fi 6。
IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程，從第一代到第六代?在最初的很多年里，世界上并沒有“Wi-Fi 幾代”這樣的說法，直接就用802.11后面加幾個(gè)字母這樣的協(xié)議編號(hào)，對(duì)普通用戶非常不友好。?直到2018年，Wi-Fi聯(lián)盟才決定把下一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)802.11ax用更為簡單易懂的Wi-Fi 6來宣傳。上一代的802.11ac和802.11n，就順理成章地成了Wi-Fi5和Wi-Fi4。Wi-Fi?6 誕生之后，才有了Wi-Fi 5的叫法2019年9月16日，Wi-Fi聯(lián)盟宣布啟動(dòng)Wi-Fi 6認(rèn)證計(jì)劃。此后，Wi-Fi 6的大名響徹了全世界，目前新發(fā)布的設(shè)備基本都已經(jīng)支持Wi-Fi 6了。
二.? Wi-Fi信道及使用的頻段
Wi-Fi主要工作在2.4GHz和5GHz這兩個(gè)頻段上。這兩個(gè)頻段被稱作ISM（Industrial Scientific Medical 工業(yè)，科學(xué)，醫(yī)學(xué)）頻段，只要發(fā)射功率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，就可以不用授權(quán)直接使用。
不同國家的ISM頻段有所不同2.4GHz作為全球最早啟用的ISM頻段，頻譜范圍是2.40GHz～2.4835GHz，共83.5M帶寬。
?我們常用的藍(lán)牙，ZigBee，無線USB，也工作在2.4GHz頻段。此外，微波爐和無繩電話使用的頻段也是2.4GHz。甚至，有線USB接口的內(nèi)部芯片在工作時(shí)，也會(huì)發(fā)射2.4GHz的無用信號(hào)，造成干擾。?由此可見，2.4GHz上同時(shí)工作的設(shè)備眾多，頻段擁擠不堪，干擾嚴(yán)重。?Wi-Fi把2.4Ｇ上的83.5M帶寬劃分為13個(gè)信道，每20M一個(gè)。注意這些信道是交疊的，本來只能放下3個(gè)，現(xiàn)在卻硬生生地?cái)D進(jìn)去了13個(gè)，相互之間的干擾難以避免，只能盡量減輕，大不了大家速度慢一些，排隊(duì)輪著用。
2.4G頻譜及信道（第14信道在國內(nèi)是不允許使用的）信道交疊到什么程度呢？由下圖可以比較直觀地看出，在這些信道里面，只有1，6，11或者2，7，12，或者3，8，13這三組是完全沒有交疊的，可見2.4GHz頻段的擁堵程度。
?2.4G不交疊的信道分布到了802.11n，用戶可以使用40M的信道，但2.4GHz頻段依然只有83.5M的總帶寬，就只能容納兩個(gè)信道了。因此只有在夜深人靜網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)候，單個(gè)用戶才有可能使用40M信道，加之來自隔壁老王家的干擾，802.11n的高速率很大程度上難以達(dá)到。
2.4G 40M帶寬信道如果說2.4GHz頻段是羊腸小道的話，5GHz頻段無疑就是康莊大道了。?5GHz頻段的可用范圍是4.910GHz～5.875GHz，有900多M的帶寬，是2.4G的10倍還多！這段頻譜過于寬了，不同國家根據(jù)自身情況，定義了Wi-Fi可以使用的范圍。?比如，在中國5GHz頻譜共有13個(gè)20M信道可用作Wi-Fi，連續(xù)的20M信道還可以組成40M，80M，甚至160M信道。
中國5G信道分布圖5GHz的帶寬大，上面跑的的設(shè)備少，用起來自然速度快，干擾小。因此，如果想要家庭網(wǎng)絡(luò)達(dá)到良好的速率體驗(yàn)，可用考慮用5GHz來進(jìn)行全屋覆蓋。?然而尺有所短，寸有所長，5GHz雖然帶寬大干擾小，但是信號(hào)傳播衰減快，還很容易被阻擋，穿墻能力很弱。
2.4G和5G Wi-Fi信號(hào)的穿透損耗因此，跟2.4GHz相比，5GHz信號(hào)通常要弱得多。
至于它們到底各能覆蓋多少米，這個(gè)由于路由器的天線增益，接收靈敏度，家里墻體和障礙物的分布，以及個(gè)人期望達(dá)到的上網(wǎng)速率都有關(guān)聯(lián)，很難具體給出。
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三.? Wi-Fi關(guān)鍵技術(shù)
為什么Wi-Fi的速度越來越快？
其實(shí)，IEEE的802.11系列協(xié)議一直在跟3GPP的4G/5G相互借鑒，使用的底層技術(shù)都是通用的。
? ? ?OFDM/OFDMA
OFDM的全稱是正交頻分復(fù)用。系統(tǒng)會(huì)在頻域上把載波帶寬分割為多個(gè)相互正交的子載波，相當(dāng)于把一條大路劃分成了并行多個(gè)車道，通行效率自然就大幅提升了。
在Wi-Fi 5及以前（802.11a/b/g/n/ac），子載波寬度是312.5KHz。
到了Wi-Fi 6（802.11ax），子載波寬度縮小為78.125KHz，相當(dāng)于將同樣寬度的路劃分成了更多的車道。
Wi-Fi 6的擁有更多的子載波在OFDM下，每個(gè)用戶必須同時(shí)占用全帶寬下的所有子載波。如果某個(gè)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)沒那么多，把頻率資源用不滿的話，其他用戶也沒法靈活使用，只能干巴巴地排隊(duì)等著，頻譜資源的使用效率不高。
為了解決這個(gè)問題，Wi-Fi 6引入了OFDMA技術(shù)，后面多了個(gè)字母A，其全稱也就變成了正交頻分復(fù)用多址。多址就是多用戶復(fù)用的意思。
OFDM?vs.?OFDMAOFDMA可以支持多個(gè)用戶在同一時(shí)刻共享所有子載波。相當(dāng)于運(yùn)輸公司把多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)一打包，共同裝車，充分利用車廂容量，大家的發(fā)貨速度就都加快了，頻譜效率得以提升。?? ?? MIMO/波束賦形
路由器上面的天線數(shù)量是越來越多，從看不到天線，到一根，兩根，三根，四根，六根，八根...現(xiàn)在不管啥價(jià)錢的路由器，都長得跟螃蟹似的，張牙舞爪好不唬人。
為啥要用這么多天線？就是為了更好地實(shí)現(xiàn)MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)。
簡單來說，就是在信號(hào)發(fā)射時(shí)，用多根天線來同時(shí)發(fā)送多路不同的數(shù)據(jù)，速度自然成倍提升；在接收時(shí)，多個(gè)天線同時(shí)接收手機(jī)發(fā)來的信號(hào)，跟戴了助聽器一樣，接收靈敏度也得到了增強(qiáng)。
單用戶MIMO（SU-MIMO）如果所有天線同時(shí)只為一個(gè)用戶服務(wù)，就叫做單用戶MIMO（SU-MIMO）。更進(jìn)一步，路由器四路發(fā)射，手機(jī)四路接收，也可以更精細(xì)地叫做4x4 MIMO。
?有時(shí)候，路由器的天線眾多能力強(qiáng)悍，但四顧茫然，發(fā)現(xiàn)手機(jī)個(gè)個(gè)都是弱雞。路由器能發(fā)4路信號(hào)，但手機(jī)最多只能收兩路，最終下來路由器也就不得不配合著只發(fā)兩路。這不是浪費(fèi)么？
多用戶MIMO（MU-MIMO）解決辦法也是有的，一個(gè)手機(jī)的接收天線少，多個(gè)手機(jī)加起來不就多了？
于是，路由器便將多個(gè)手機(jī)一起考慮，視作一個(gè)功能強(qiáng)大的虛擬手機(jī)，這樣就又能實(shí)現(xiàn)高階MIMO了。這種多手機(jī)共同參與的MIMO就叫做多用戶MIMO（MU- MIMO），又叫虛擬MIMO。
?除此之外，多個(gè)天線還可以通過波束賦形技術(shù)，形成指向性的窄波束，對(duì)準(zhǔn)用戶精準(zhǔn)覆蓋。由于窄波束的能量集中，因此可以覆蓋得更遠(yuǎn)，穿墻效果也能得以提升。
波束賦形這樣看來，路由器的天線個(gè)數(shù)是多多益善呀，買路由器就一定要挑天線多的嗎？這可能是一個(gè)陷阱。天線再多，只是在堆一些外部看得見的硬件而已，看起來牛逼閃閃，但內(nèi)部的設(shè)計(jì)到底能否支撐這么多天線還是未知數(shù)。
?更重要的是，不論是MIMO，還是波束賦形，都是需要軟件算法支撐的，這里面的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于硬件，不同廠家算法優(yōu)化能力不同，可能導(dǎo)致很大的性能差異。?因此，建議在購買路由器時(shí)，不用太關(guān)注外部到底能看到多少根天線，而要看他們的產(chǎn)品宣傳，是否支持波束賦形，4x4MIMO，或者M(jìn)U-MIMO？如果廠家在這方面的宣傳聲勢(shì)很大，那至少說明他們對(duì)這些功能比較自信并將其作為賣點(diǎn)。
? ?? ?調(diào)制編碼策略（MCS）
調(diào)制編碼，分為調(diào)制和編碼兩部分，它們共同決定了單位時(shí)間可以同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)。
調(diào)制編碼策略一般將調(diào)制和編碼兩部分綜合起來分為多個(gè)等級(jí)，級(jí)別越高，數(shù)據(jù)發(fā)送的速率也就越快。
調(diào)制的作用就是把經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)（一串0和1的隨機(jī)組合）映射到前面所說幀結(jié)構(gòu)的最小單元：OFDM符號(hào)上。經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)才能最終發(fā)射出去。
BPSK，QPSK，16QAM，64QAM及256QAM星座圖常用的調(diào)制方式包括BPSK、QPSK、16QAM，64QAM和256QAM，能同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)為1個(gè)，2個(gè)，4個(gè)，6個(gè)和8個(gè)。
Wi-Fi 6可以支持1024QAM，可同時(shí)發(fā)送10個(gè)比特的數(shù)據(jù)，速率自然大為提升。
256QAM和1024QAM對(duì)比圖可是，原始數(shù)據(jù)在編碼時(shí)，為了糾錯(cuò)而加入了很多的冗余比特，真正的有用數(shù)據(jù)其實(shí)只占一部分。我們考慮上網(wǎng)速率時(shí)，說的僅僅是有用數(shù)據(jù)的收發(fā)速率，冗余比特都在解碼的時(shí)候丟棄掉了。
這就要引入碼率的概念，也即是有用的數(shù)據(jù)在編碼后總數(shù)據(jù)量中的占比。如果碼率是3/4，就是指編碼后的數(shù)據(jù)中，3/4是有用數(shù)據(jù)，1/4是后來添加的冗余比特。
不同的調(diào)制方式，加上不同的碼率，就組成了調(diào)制編碼策略（MCS）。
下表是Wi-Fi 6中的MCS表，可以看出最高階MCS為11，對(duì)應(yīng)于1024QAM加5/6的碼率。
Wi-Fi 6 的MCS表四.? Wi-Fi速率的計(jì)算
單個(gè)頻段Wi-Fi的峰值速率，可以用下面的公式來計(jì)算：
我們可以用公路系統(tǒng)來類比計(jì)算模型。
空間流數(shù)相當(dāng)于多層交通，子載波數(shù)量相當(dāng)于每層公路上的多條車道，調(diào)制階數(shù)相當(dāng)于路上貨車的車廂容積，碼率相當(dāng)于給貨物增加了包裝箱，OFDM符號(hào)時(shí)長和符號(hào)間隔相當(dāng)于貨車在公路的通行時(shí)長再加上發(fā)車間隔。
空間流數(shù)：隨著協(xié)議的演進(jìn)，Wi-Fi能支持的空間流數(shù)越來越多，推動(dòng)峰值速率不斷提升。
如下表所示，IEEE制定的802.11ac最多能支持8流，但是Wi-Fi聯(lián)盟（WFA）在認(rèn)證的時(shí)候，覺得這個(gè)能力過于強(qiáng)了，實(shí)現(xiàn)起來成本太高，因此就分成了兩個(gè)階段：wave 1和wave 2。
這兩個(gè)階段的能力也比較保守，并未最終實(shí)現(xiàn)IEEE的設(shè)計(jì)能力。Wave 1可支持3流，Wave 2可支持4流。
到了802.11ax，最多可以支持到8流。Wi-Fi聯(lián)盟將其包裝為Wi-Fi 6，也不再搞過渡版本了。但你的路由器到底能支持到幾流，還要看廠家具體的實(shí)現(xiàn)。
有效子載波數(shù)量：802.11系列協(xié)議對(duì)子載波的劃分越來越細(xì)，可支持的信道帶寬越來越大，這兩點(diǎn)促使有效子載波數(shù)量不斷增加。
如下表所示，802.11n可支持最大40M信道帶寬，802.11ac則能支持160M帶寬，因此有效子載波數(shù)量翻了4倍有余。
到了802.11ax，同樣最大支持160M信道寬度，但子載波間隔卻僅為之前協(xié)議的1/4，從而最大支持的子載波數(shù)量相比802.11ac又翻了4倍。
調(diào)制階數(shù)：802.11ac最大支持256QAM，調(diào)制階數(shù)為8，也就是每個(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶8個(gè)比特的數(shù)據(jù)。
802.11ax則最大支持到1024QAM，每個(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶10個(gè)比特的數(shù)據(jù)，比前一代提升了25%。
MCS和碼率：協(xié)議定義了多種調(diào)制方式和碼率的組合，就是調(diào)制編碼策略（Modulation Coding Scheme, MCS）。
調(diào)制階數(shù)越高，碼率越高，抗干擾能力也就越差。因此在無線信號(hào)強(qiáng)度足夠，且干擾很小的時(shí)候，高階MCS才能發(fā)揮作用。
符號(hào)長度 符號(hào)間隔：在802.11ac及以前，單個(gè)符號(hào)長度3.2微秒，符號(hào)間隔是0.8微秒，但也支持0.4微秒。我們計(jì)算峰值速率當(dāng)然用短的間隔，因此802.11ac的符號(hào)長度 符號(hào)間隔為3.6微秒。
到了802.11ax，符號(hào)長度成了12.8微秒，間隔長度為至少0.8微秒，兩者加起來就是13.6微秒。
這個(gè)值雖遠(yuǎn)高于之前的協(xié)議，看似吃了虧，但802.11ax在其他方面非常優(yōu)秀，速率還是對(duì)前輩形成了碾壓之勢(shì)。
把上述多個(gè)表格中的數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算，采用該協(xié)議可支持的最高階調(diào)試方式及碼率，符號(hào)間隔使用最小值，先不考慮空間流數(shù)，單流的計(jì)算結(jié)果見下表。
不同無線路由器Wi-Fi峰值速率的支持能力不同，主要體現(xiàn)在2.4G和5G這兩個(gè)頻段可支持的帶寬，以及空間流數(shù)。
2.4GHz通常最大支持到40M帶寬，5GHz頻段可最大支持160M帶寬，再根據(jù)協(xié)議版本的不同，以及空間流數(shù)的不同，把兩個(gè)頻段能支持的峰值速率加起來，就是路由器官方宣傳的峰值速率了。
上圖是蜉蝣君根據(jù)路由器的標(biāo)稱速率，來估計(jì)2.4G和5G這兩個(gè)頻段可支持的信道帶寬以及流數(shù)，并對(duì)速率計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。
舉例來說，對(duì)于AC1200，其中的AC是指它最高可以支持到802.11ac協(xié)議（Wi-Fi 5），2.4GHz頻段只能使用802.11n ，支持2x2 MIMO，速率可達(dá)300Mbps，5GHz頻段也是2x2 MIMO，速率為867Mbps，總和為1167Mbps，就按照1200M來宣傳了。
對(duì)于AX5600，其中的AX是指它最高可以支持到802.11ax協(xié)議（Wi-Fi 6），2.4GHz頻段支持2x2 MIMO，速率可達(dá)573.6Mbps，5GHz頻段可支持160M信道帶寬及4x4 MIMO，速率為4804Mbps，總和為5377.6Mbps，就按照5400M來宣傳了。
好了，本期的內(nèi)容就到這里，如果大家覺得所幫助，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)支持。
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