揭秘 Wi-Fi 速率之谜：OFDM、MCS 和 MIMO 技术的作用

揭秘 Wi-Fi 速率之谜：OFDM、MCS 和 MIMO 技术的作用

Wi-Fi 可以达到什么速度？

路由器厂商宣称Wi-Fi 6可以实现甚至的速度，具体是怎么算出来的呢？

本文将解答您的疑问。

要计算Wi-Fi能够达到的峰值速率，必须用到上一篇文章中提到的技术：OFDM、MCS、MIMO。

OFDM：正交频分多址，把整个系统带宽划分为多个正交的子载波，划分粒度越细，子载波越多，能同时发送的数据就越多，速率自然就越高。

另外，OFDM技术最终将数据打包成一个个符号（）然后逐个发送，每个符号所花的时间越短，两个符号之间的间隔（Guard，GI）越小，速率就越高。

MCS：调制与编码策略，主要从调制方式和比特率两个方面来影响速率。无线环境越好，可以使用的调制阶数越高，单位时间内可以承载的比特数就越多，用于检错和纠错的冗余比特就越少。比特率提高了，有用数据的传输速率自然就更快了。

MIMO：这是指通过多根天线在空间上可以同时发送的数据流数量。空间流越多，速率越高。例如，理论速率是2x2 MIMO的两倍，而且效果立竿见影。

综上所述，Wi-Fi在单频段的峰值速率可以用下面的公式来计算，与5G峰值速率的计算类似，上面的公式也可以类比高速公路系统。

空间流数相当于多层流量，子载波数相当于高速公路各层多条车道，调制阶数相当于道路上卡车车厢的容积，码率相当于给货物添加包装箱，OFDM符号时长和符号间隔相当于高速公路上卡车的行驶时间加上出发间隔。

空间流数：随着协议的演进，Wi-Fi可以支持越来越多的空间流，驱动峰值速率不断提升。

如下表所示，IEEE 的 802.11ac 最多可以支持 8 条流。但是 Wi-Fi 联盟（WFA）在认证的时候觉得这个能力太强，实现起来成本太高，所以分为两个阶段：

波 1 和波 2。

这两个阶段的能力也相对保守，还没有达到IEEE的最终设计能力。Wave 1可以支持3条流，Wave 2可以支持4条流。

802.11ax 最多可支持 8 条数据流。Wi-Fi 联盟将其打包为 Wi-Fi 6，不再有过渡版本。但您的路由器可以支持多少条数据流取决于制造商的具体实现。

有效子载波数量：802.11系列协议对子载波的划分越来越细，同时支持的信道带宽也越来越大，导致有效子载波数量不断增加。

如下表所示，802.11n最大可以支持40M的信道带宽，而802.11ac可以支持160M的带宽，因此有效子载波数量增加了4倍多。

802.11ax也支持最大160M的信道宽度，但是子载波间隔只有之前协议的1/4，所以支持的最大子载波数量相比802.11ac增加了4倍。

调制阶数：802.11ac支持最大调制阶数为8，也就是每个符号可以同时携带8位数据。

802.11ax 每个符号最多支持 10 位数据，比上一代增加了 25%。

MCS与码率：协议定义了多种调制方式和码率的组合，即调制编码策略（MCS）。

调制阶数越高，码率越高，但抗干扰能力越差，因此高阶MCS只能在无线信号强度足够、干扰较小的条件下才能发挥作用。

符号长度+符号间隔：802.11ac 及之前的版本单个符号长度为 3.2 微秒，符号间隔为 0.8 微秒，但也支持 0.4 微秒。我们计算峰值速率的时候，采用的间隔比较短，所以 802.11ac 的符号长度+符号间隔为 3.6 微秒。

在802.11ax中，符号长度变成12.8微秒，间隔长度至少为0.8微秒，加起来为13.6微秒。

虽然这个数值相比之前的协议高出不少，看似处于劣势，但是802.11ax在其他方面表现非常出色，速度依然碾压前辈。

将上表数据代入公式进行计算，采用协议支持的最高阶调试方式和码率，采用最小符号间隔，忽略空间流数，单流计算结果如下表所示。

不同的无线路由器对Wi-Fi峰值速率的支持能力有所不同，主要体现在2.4G、5G频段支持的带宽，以及空间流数量上。

2.4GHz通常支持最大带宽40M，5GHz频段最大可以支持160M带宽，根据协议版本、空间流数不同，两个频段支持的峰值速率相加就是路由器官方宣传的峰值速率。

上图是我根据路由器标称速率预估了2.4G和5G频段能够支持的通道带宽和码流数，并验证了速率计算。

比如说，AC就是说最高可以支持802.11ac协议（Wi-Fi 5），2.4GHz频段只能用802.11n，支持2x2 MIMO，速率可以达到，5GHz频段也是2x2 MIMO，速率为，总共为，所以宣传的是1200M。

对于AX来说，就是最高可以支持802.11ax协议（Wi-Fi 6），2.4GHz频段支持2x2 MIMO，速率最高可达573.6Mbps，5GHz频段可以支持160M信道带宽，4x4 MIMO，速率为，合计5377.6Mbps，所以宣传是5400M。

好了，本期就到这里，如果觉得有帮助的话，欢迎转发，支持一下。

太感谢了！

- 结尾 -