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標準，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設備也來到了我們身邊。當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?？赡軙尨蠹依Щ?，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對應的是802.11be協(xié)議，也就是Wi-Fi7標準，AX則對應的是802.11ax協(xié)議，也就是Wi-Fi6標準。相應的更早的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標準的主要發(fā)展階段和其主要的指標區(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算出來的呢，下面我們將進行討論。
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（正交頻分復用）技術，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。
下圖從時域和頻域對Symbol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展較大的傳播環(huán)境，因為更長的 OFDM 符號允許在不犧牲頻譜效率的情況下增加保護間隔的長度，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之后因為symbol時域變長了，為了對抗多徑，所以GI不能太短，默認保留最低為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。在增加保護間隔的同時還考慮到了將保護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，是因為這些冗余部分是一些校驗數(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技術后，最高的編碼率為5/6，速率也進一步提升。
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（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)調制方式的不同而變化。對比支持使用1024-QAM調制的Wi-Fi 6，Wi-Fi 7支持的4K-QAM傳輸技術將單個時間單位內傳輸?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。這意味著每個調制符號可以同時攜帶12位的信息（因為2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技術后子信道組成的信道頻寬會小于20MHz，并且要去掉保護間隔，實際可用子載波為980個。
各個帶寬對應的有效子載波數(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。你會計算了么？
當然，理論速率是計算得出的最大值，實際速率受到無線環(huán)境，系統(tǒng)開銷，終端適配等多種因素的影響，通常遠低于這個數(shù)值。
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