Wi-Fi 由 Wi-Fi 聯(lián)盟進行技術(shù)認證和商標授權(quán)。實際應用中 Wi-Fi 經(jīng)常被寫作 WiFi 或者 Wifi，但這兩種寫法并沒有被聯(lián)盟認可。 Wi-Fi 聯(lián)盟（全稱：國際 Wi-Fi 聯(lián)盟組織，英語：Wi-Fi Alliance，簡稱 WFA），是一個商業(yè)聯(lián)盟 ，擁有 Wi-Fi 的商標。它負責 Wi-Fi 認證與商標授權(quán)的工作，總部位于美國德克薩斯州 奧斯汀（Austin）。 Wi-Fi 這個朗朗上口的名字被廣泛認為是對無線高保真（Wireless Fidelity）的縮寫，實際上是誤讀。它只是個單純的名稱，并沒有實際含義，當然也沒有全稱。 Wi-Fi 背后的技術(shù)標準，則是由美國的電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）制定的 802.11 系列協(xié)議。 IEEE 全稱：Institute of Electrical and Electronics Enginees

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Wi-Fi 協(xié)議的發(fā)展

從 1997 年的第一個版本開始，802.11 系列協(xié)議不斷向前演進，經(jīng)歷了 802.11a/b/g/n/ac 等多個版本，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系列標準的發(fā)展歷程，從第一代到第六代 在最初的很多年里，Wi-Fi 雖然一代代向前發(fā)展，但世界上并沒有 Wi-Fi 幾代這樣的說法，直接就用 802.11 后面加幾個字母這樣的協(xié)議編號，對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)標準 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-Fi 5 和 Wi-Fi 4。至于更早的技術(shù)，反正也沒人關注了，也就不用再起馬甲了。

Wi-Fi6 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 Wi-Fi 6 認證計劃。此后，Wi-Fi 6 的大名響徹了全世界，目前新發(fā)布的設備基本都已經(jīng)支持 Wi-Fi 6 了。

02

Wi-Fi 信道及使用的頻段

Wi-Fi 主要工作在 2.4GHz 和 5GHz 這兩個頻段上。這兩個頻段被稱作 ISM（Industrial Scientific Medical 工業(yè)，科學，醫(yī)學）頻段，只要發(fā)射功率滿足國家標準要求，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，也會發(fā)射 2.4GHz 的無用信號，造成干擾。 由此可見，2.4GHz 上同時工作的設備眾多，頻段擁擠不堪，干擾嚴重。當萬家燈火，你和樓上樓下的鄰居在用 Wi-Fi 愉快上網(wǎng)的時候，路由器卻在背后默默地挑選信道，協(xié)調(diào)干擾。 Wi-Fi 把 2.4Ｇ 上的 83.5M 帶寬劃分為 13 個信道，每 20M 一個。注意這些信道是交疊的，本來只能放下 3 個，現(xiàn)在卻硬生生地擠進去了 13 個，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。就好比一條很窄的路，上面通行的車卻很多，堵車頻頻，勢必造成通行速度的下降。

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，就只能容納兩個信道了。因此只有在夜深人靜網(wǎng)絡空閑的時候，單個用戶才有可能使用 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 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，上面跑的的設備少，用起來自然速度快，干擾小。因此，如果想要家庭網(wǎng)絡達到良好的速率體驗，可用考慮用 5GHz 來進行全屋覆蓋。 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 信號的穿透損耗 因此，跟 2.4GHz 相比，5GHz 信號通常要弱得多。至于它們到底各能覆蓋多少米，這個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，以及個人期望達到的上網(wǎng)速率都有關聯(lián)，很難具體給出。 如果僅考慮到家里的各種智能家居的聯(lián)網(wǎng)，2.4GHz 的覆蓋和容量通常就夠用了。但如果需要高速上網(wǎng)，最大化發(fā)揮家庭寬帶的價值，就必須依靠 5GHz 才能實現(xiàn)。 因此，Wi-Fi 的覆蓋建議不用考慮 2.4GHz，直接以 5GHz 全屋覆蓋作為設計目標。一般情況下單個路由器在家庭的復雜環(huán)境下難以實現(xiàn)無死角覆蓋，需要考慮多臺路由器之間的組網(wǎng)以及漫游問題，這點后面再講。

03

Wi-Fi 關鍵技術(shù)

為什么 Wi-Fi 的速度越來越快？其實在 IEEE 的 802.11 系列協(xié)議一直在跟 3GPP 的 4Ｇ 和 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用。系統(tǒng)會在頻域上把載波帶寬分割為多個相互正交的子載波，相當于把一條大路劃分成了并行多個車道，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，每個用戶必須同時占用全帶寬下的所有子載波。如果某個需要發(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，只能干巴巴地排隊等著，頻譜資源的使用效率不高。 為了解決這個問題，Wi-Fi 6 引入了 OFDMA 技術(shù)，后面多了個字母 A，其全稱也就變成了正交頻分復用多址。多址就是多用戶復用的意思。

OFDMvs.OFDMA OFDMA 可以支持多個用戶在同一時刻共享所有子載波。相當于運輸公司把多個用戶的數(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？就是為了更好地實現(xiàn) MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)。簡單來說，就是在信號發(fā)射時，用多根天線來同時發(fā)送多路不同的數(shù)據(jù)，速度自然成倍提升；在接收時，多個天線同時接收手機發(fā)來的信號，跟戴了助聽器一樣，接收靈敏度也得到了增強。

單用戶 MIMO（SU-MIMO） 如果所有天線同時只為一個用戶服務，就叫做單用戶 MIMO（SU-MIMO）。更進一步，路由器四路發(fā)射，手機四路接收，也可以更精細地叫做 4x4 MIMO。 有時候，路由器的天線眾多能力強悍，但四顧茫然，發(fā)現(xiàn)手機個個都是弱雞。路由器能發(fā) 4 路信號，但手機最多只能收兩路，最終下來路由器也就不得不配合著只發(fā)兩路。這不是浪費么？

多用戶 MIMO（MU-MIMO） 解決辦法也是有的，一個手機的接收天線少，多個手機加起來不就多了？于是，路由器便將多個手機一起考慮，視作一個功能強大的虛擬手機，這樣就又能實現(xiàn)高階 MIMO 了。這種多手機共同參與的 MIMO 就叫做多用戶 MIMO（MU- MIMO），又叫虛擬 MIMO。 除此之外，多個天線還可以通過波束賦形技術(shù)，形成指向性的窄波束，對準用戶精準覆蓋。由于窄波束的能量集中，因此可以覆蓋得更遠，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)部的設計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，這里面的復雜度遠高于硬件，不同廠家算法優(yōu)化能力不同，可能導致很大的性能差異。 因此，建議在購買路由器時，不用太關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，4x4 MIMO，或者 MU-MIMO？如果廠家在這方面的宣傳聲勢很大，那至少說明他們對這些功能比較自信并將其作為賣點。

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間可以同時發(fā)送的比特數(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等級，級別越高，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 的隨機組合）映射到前面所說幀結(jié)構(gòu)的最小單元：OFDM 符號上。經(jīng)過調(diào)制的信號才能最終發(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，能同時發(fā)送的比特數(shù)為 1 個，2 個，4 個，6 個和 8 個。Wi-Fi 6 可以支持 1024QAM，可同時發(fā)送 10 個比特的數(shù)據(jù)，速率自然大為提升。

256QAM 和 1024QAM 對比圖 可是，原始數(shù)據(jù)在編碼時，為了糾錯而加入了很多的冗余比特，真正的有用數(shù)據(jù)其實只占一部分。我們考慮上網(wǎng)速率時，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，對應于 1024QAM 加 5/6 的碼率。

Wi-Fi 6 的 MCS 表 正是通過這些技術(shù)的不斷演進，Wi-Fi 標準一代代向前，速率越來越高，讓我們更為暢快地上網(wǎng)。

本文來源：無線深海

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