Wi-Fi知識知多少 ：Wi-Fi速率怎么得來的？
從2013年發(fā)布的Wi-Fi5標(biāo)準(zhǔn)，到19年發(fā)布的Wi-Fi6，21年發(fā)布的Wi-Fi6E，到24年的Wi-Fi7逐步普及，更多的Wi-Fi7設(shè)備也來到了我們身邊。當(dāng)我們挑選無線路由器的時候，會遇到商品介紹里會提到BE7200，BE6500，AX3000這樣的字眼。可能會讓大家困惑，BE和AX分別是什么，以及后面的數(shù)字代表什么意思？下面我們將簡單為您介紹。
這里的BE對應(yīng)的是802.11be協(xié)議，也就是Wi-Fi7標(biāo)準(zhǔn)，AX則對應(yīng)的是802.11ax協(xié)議，也就是Wi-Fi6標(biāo)準(zhǔn)。相應(yīng)的更早的Wi-Fi5即802.11ac協(xié)議，以及Wi-Fi4即802.11n協(xié)議等等。下圖顯示了Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)展階段和其主要的指標(biāo)區(qū)別。
在圖中我們能看到Max data rate這個參數(shù)，也就是協(xié)商的物理層理論最大速率。那么這個速率是怎么計(jì)算出來的呢，下面我們將進(jìn)行討論。
Symbol
在802.11協(xié)議中，我們會用到Symbol這個概念，由于Wi-Fi系統(tǒng)采用OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)，而Symbol是OFDM通信中傳遞信息的最小單位，每個Symbol根據(jù)帶寬和子載波數(shù)量攜帶一定量的bits，在時域上表示一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
OFDM是采用正交子載波進(jìn)行工作的一種模式，即將整個數(shù)據(jù)信道分解成很多個子載波，這些子載波在數(shù)學(xué)上是正交的。所以在頻域上，多個子載波合成一個Symbol，每個子載波在頻譜上等間隔分布，Symbol包含所有子載波的信息總和。
在給定Symbol周期的情況下，發(fā)送速率實(shí)際上是由這個Symbol上所能夠攜帶的信息量決定的，而這個信息量又是由調(diào)制方式和編碼率決定的，后面我們會相繼說明。
下圖從時域和頻域?qū)ymbol的概念做了一個立體的全方位的展示。
傳輸時間
傳輸時間則表示傳輸這些符號所需要的時間。而相鄰的兩個Symbol之間需要有一定的空隙（GI），以避免 Symbol 之間的干擾。
那么傳輸一個Symbol需要多長時間呢，802.11ac以及之前802.11協(xié)議中，OFDM符號時間被定義為3.2μs，Wi-Fi 6將OFDM符號時間增加了4倍，即增加到了12.8μs，Wi-Fi 7的單Symbol傳輸時間沒有變化，單Symbol傳輸時長都是12.8μs。較長的符號時間有助于延遲擴(kuò)展較大的傳播環(huán)境，因?yàn)楦L的 OFDM 符號允許在不犧牲頻譜效率的情況下增加保護(hù)間隔的長度，這能夠提高對較大延遲的傳播環(huán)境的抗擾度，在多徑信道條件下的傳輸更加穩(wěn)健。
GI
保護(hù)間隔GI，是防止Symbol之間的多徑干擾，在Wi-Fi6之前，還支持Short GI，即400ns。但是在Wi-Fi6之后因?yàn)閟ymbol時域變長了，為了對抗多徑，所以GI不能太短，默認(rèn)保留最低為800ns，另外Wi-Fi6之后考慮了更多室外覆蓋場景，所以可以選擇超過800ns的更大GI。在增加保護(hù)間隔的同時還考慮到了將保護(hù)間隔占符號時間的百分比可以減少到更小，從而提高頻譜效率。綜上，為了保證每個Symbol之間不受到干擾，需要傳輸時間13.6μs。
下面為了計(jì)算Symbol的大小，即與bit之間的換算，我們介紹幾個概念。
編碼率
編碼率：
指數(shù)據(jù)流中有用部分（非冗余）的比例。之所以需要編碼率，是因?yàn)檫@些冗余部分是一些校驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了確保接收的數(shù)據(jù)是正確的，需要留一些數(shù)據(jù)空間來給校驗(yàn)數(shù)據(jù)，不然接收的數(shù)據(jù)無法判斷是否正確接收，那么數(shù)據(jù)的錯誤率就會很高，所以這個是必須要有的。
在802.11n之前沒有支持MIMO-OFDM，最高的編碼率為3/4，使用MIMO-OFDM技術(shù)后，最高的編碼率為5/6，速率也進(jìn)一步提升。
空間流
就是使用多少根天線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，即多輸入多輸出技術(shù)（MIMO），802.11ax最大支持8x8MIMO，802.11be則最大支持16x16MIMO。
符號位長度
一個符號可以攜帶若干位，根據(jù)調(diào)制方式的不同而變化。對比支持使用1024-QAM調(diào)制的Wi-Fi 6，Wi-Fi 7支持的4K-QAM傳輸技術(shù)將單個時間單位內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)密度提升20%。
下圖顯示的是1024-QAM和4096-QAM星座圖對比，每個符號可以在一個二維星座圖上有4096個不同的狀態(tài)或點(diǎn)。這意味著每個調(diào)制符號可以同時攜帶12位的信息（因?yàn)?的12次方等于4096）。
子載波數(shù)量
子載波類似于頻域上的 Symbol，一個子載波承載一個 Symbol。以802.11ax為例，最小資源單元 RU 尺寸為 2MHz， 最小子載波帶寬是 78.125KHz， 因此最小 RU 類型為26 子載波 RU。以此類推， 還有 52 子載波 RU， 106 子載波 RU， 242 子載波 RU， 484 子載波 RU 和 996 子載波 RU， 對于Wi-Fi6使用80M的帶寬，可以理論容納996個子載波，由于使用OFDM技術(shù)后子信道組成的信道頻寬會小于20MHz，并且要去掉保護(hù)間隔，實(shí)際可用子載波為980個。
各個帶寬對應(yīng)的有效子載波數(shù)量如下表格。
有了以上的參數(shù)，我們就可以通過以下公式計(jì)算Wi-Fi理論速率了。
理論Wi-Fi速率=符號/符號時間=(符號位長度*碼率*子載波數(shù)*空間流)/傳輸時間。
以Wi-Fi7 160M 4*4MIMO來計(jì)算如下：
(12bit * 5/6 * (2*980) * 4) / (12.8+0.8) μs = 5764.7 Mbps
那么如文章開頭提到的BE6500是怎么得出來的呢？這里還需要加上另外一個2.4G頻段的理論速率，也就是：
(12bit * 5/6 * (2*468) * 2) / (12.8+0.8) μs =688.2 Mbps
這兩個值加起來就接近6500了，代表這個路由器在Wi-Fi7的5G和2.4G兩個頻段理論速率的總和。你會計(jì)算了么？
當(dāng)然，理論速率是計(jì)算得出的最大值，實(shí)際速率受到無線環(huán)境，系統(tǒng)開銷，終端適配等多種因素的影響，通常遠(yuǎn)低于這個數(shù)值。
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