Wi-Fi的上網速率怎麼算?

Wi-Fi到底能達到多大速率呢?

路由器廠家宣傳的Wi-Fi 6可以達到1800Mbps,3000Mbps,甚至5400Mbps速率,到底是怎麼算出來的呢?

本文將為你解答。

要計算Wi-Fi可以達到的峰值速率,必須用到上一篇《深入淺出話Wi-Fi,買路由器必看》中講到的幾點技術:OFDM,MCS,以及MIMO。

OFDM:正交分頻多重進接,把整個系統頻寬劃分為多個正交的子載波,劃分的粒度越細,子載波越多,可同時發送的資料就越多,速率自然也就越高。

此外,OFDM技術最終要把資料打包在一個一個的符號(Symbol)中發送,每個符號花的時間越短,兩個符號之間的間隔(Guard Interval,GI)越小,速率也就越高。

MCS:調製編碼策略,對速率的影響主要是調製方式和位元速率這兩方面。無線環境越好,可以使用的調製階數越高,單位時間攜帶的比特數也就越多,用於檢錯糾錯的冗餘比特也就可以少加一些,位元速率提升,有用資料的發送速率自然也就加快了。

MIMO:也就是通過多根天線,在空間中能同時發送的資料流數。空間流數越多,速率越高。比如,4x4MIMO的理論速率是2×2 MIMO兩倍,效果立竿見影。

綜上,單個頻段Wi-Fi的峰值速率可以用下面的公式來計算。跟5G峰值速率的計算類似,上述公式也可以用公路系統來類比。

空間流數相當於多層交通,子載波數量相當於每層公路上的多條車道,調製階數相當於路上貨車的車廂容積,位元速率相當於給貨物增加了包裝箱,OFDM符號時長和符號間隔相當於貨車在公路的通行時長再加上發車間隔。

空間流數:隨著協議的演進,Wi-Fi能支持的空間流數越來越多,推動峰值速率不斷提升。

如下表所示,IEEE制定的802.11ac最多能支持8流,但是Wi-Fi聯盟(WFA)在認證的時候,覺得這個能力過於強了,實現起來成本太高,因此就分成了兩個階段:

wave 1和wave 2。

這兩個階段的能力也比較保守,並未最終實現IEEE的設計能力。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現。

有效子載波數量:802.11系列協議對子載波的劃分越來越細,可支持的頻道頻寬越來越大,這兩點促使有效子載波數量不斷增加。

如下表所示,802.11n可支持最大40M頻道頻寬,802.11ac則能支持160M頻寬,因此有效子載波數量翻了4倍有餘。

到了802.11ax,同樣最大支持160M頻道寬度,但子載波間隔卻僅為之前協議的1/4,從而最大支持的子載波數量相比802.11ac又翻了4倍。

調製階數:802.11ac最大支持256QAM,調製階數為8,也就是每個符號可同時攜帶8個比特的資料。

802.11ax則最大支持到1024QAM,每個符號可同時攜帶10個比特的資料,比前一代提升了25%。

MCS和位元速率:協議定義了多種調製方式和位元速率的組合,就是調製編碼策略(Modulation Coding Scheme, MCS)。

調製階數越高,位元速率越高,抗干擾能力也就越差。因此在無線信號強度足夠,且干擾很小的時候,高階MCS才能發揮作用。

符號長度 + 符號間隔:在802.11ac及以前,單個符號長度3.2微秒,符號間隔是0.8微秒,但也支持0.4微秒。我們計算峰值速率當然用短的間隔,因此802.11ac的符號長度+符號間隔為3.6微秒。

到了802.11ax,符號長度成了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。

這個值雖遠高於之前的協議,看似吃了虧,但802.11ax在其他方面非常優秀,速率還是對前輩形成了碾壓之勢。

把上述多個表格中的資料帶入公式計算,採用該協議可支持的最高階調試方式及位元速率,符號間隔使用最小值,先不考慮空間流數,單流的計算結果見下表。

不同無線路由器Wi-Fi峰值速率的支持能力不同,主要體現在2.4G和5G這兩個頻段可支持的頻寬,以及空間流數。

2.4GHz通常最大支持到40M頻寬,5GHz頻段可最大支持160M頻寬,再根據協議版本的不同,以及空間流數的不同,把兩個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。

上圖是蜉蝣君根據路由器的標稱速率,來估計2.4G和5G這兩個頻段可支持的頻道頻寬以及流數,並對速率計算進行了驗證。

舉例來說,對於AC1200,其中的AC是指它最高可以支持到802.11ac協議(Wi-Fi 5),2.4GHz頻段只能使用802.11n ,支持2×2 MIMO,速率可達300Mbps,5GHz頻段也是2×2 MIMO,速率為867Mbps,總和為1167Mbps,就按照1200M來宣傳了。

對於AX5600,其中的AX是指它最高可以支持到802.11ax協議(Wi-Fi 6),2.4GHz頻段支持2×2 MIMO,速率可達573.6Mbps,5GHz頻段可支持160M頻道頻寬及4×4 MIMO,速率為4804Mbps,總和為5377.6Mbps,就按照5400M來宣傳了。

好了,本期的內容就到這裡,如果大家覺得所幫助,歡迎轉發支持。

非常感謝!

相關文章

無線路由器及Wi-Fi組網指南(史上最全)

無線路由器及Wi-Fi組網指南(史上最全)

白駒過隙,逝者如斯。經過斷斷續續幾個月的更新,關於無線路由器和Wi-Fi的介紹終於告一段落。 其實,這個話題下還有很多很多的內容沒有涉及到,...