Wi-Fi7最大理論速率有多快？ Wi-Fi速率影響因素

經(jīng)?？吹?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)或路由器產(chǎn)品上面的Wi-Fi速率有多快，WiFi速率已經(jīng)成為一個(gè)產(chǎn)品的最核心的指標(biāo)和賣點(diǎn)，那Wi-Fi速率和什么有關(guān)系？Wi-Fi 7最大理論速率有多快？從Wi-Fi 1到Wi-Fi 7，速率越來越快，背后的理論依據(jù)是什么？本文從技術(shù)的角度，來闡述Wi-Fi速率的理論計(jì)算，最后以小米的萬兆路由器為例，來計(jì)算下“萬兆”的由來。

1.Wi-Fi 7悄然而至

前些日子，看到小米發(fā)布了最新的路由器產(chǎn)品-小米萬兆路由器，從名字上就可以看出，其速率已經(jīng)達(dá)到了萬兆，官方稱，“Wi-Fi 7，不只是速度，更是系統(tǒng)性的體驗(yàn)躍升！多路連接、動(dòng)態(tài)優(yōu)選、更低延遲、更強(qiáng)抗干擾。為將來的娛樂、辦公，帶來更浩瀚的想象空間?！?/p>

Wi-Fi7即 IEEE 802.11be標(biāo)準(zhǔn)，雖然標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)2024年才完全定下，但是各大芯片廠商都發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品，如高通，博通，聯(lián)發(fā)科等芯片公司。

下圖是高通公司官網(wǎng)截取的，F(xiàn)astConnect 7800支持Wi-Fi 7標(biāo)準(zhǔn)，支持的最大速率達(dá)5.8Gbps。

博通最新支持Wi-Fi 7標(biāo)準(zhǔn)的芯片BCM67263/BCM6726，支持4*4 MIMO，速率最高達(dá)11.5Gbps。

MTK最新的Wi-Fi 7產(chǎn)品--Filogic 880的參數(shù)，最大支持到36Gbps。

這些芯片產(chǎn)品代表了目前最先進(jìn)的Wi-Fi技術(shù)

2. Wi-Fi速率影響因素

WiFi速率究竟有多快，和很多方面有關(guān)，這一節(jié)從Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算WiFi的理論速率。無線速度峰值是五個(gè)因子的乘積：空間流數(shù)量，每碼元開銷，編碼方式，碼率和信道帶寬（有效子載波數(shù)量），計(jì)算公式如下：

2.1 空間流數(shù)量

空間流其實(shí)就是 AP 的天線，空間流越多，在發(fā)射器和接收器處便需要越多的天線、射頻連接器以及射頻電路來處理，這提高了芯片設(shè)計(jì)難度?？臻g流越多， 整機(jī)吞吐量也越大，就像高速公路的車道一樣， 8車道一定會(huì)比 4 車道運(yùn)輸量更大。

2.2 Symbol 與 GI

Symbol就是時(shí)域上的傳輸信號(hào)，相鄰的兩個(gè)Symbol之間需要有一定的空隙GI，以避免 Symbol 之間的干擾。802.11ac的symbol時(shí)間是3.2uS，僅有 400 ns 或 800 ns 兩種可選保護(hù)間隔。而802.11 ax和802.11 be的symbol時(shí)間是12.8uS，有三種可選保護(hù)間隔（0.8、 1.6 或 3.2 μs）。從數(shù)學(xué)角度來看，Ts/（GI+Ts） 比率決定了峰值時(shí)域效率，對(duì)于 11ac 來說，這一結(jié)果高達(dá) 3.2 μs/（3.2 μs + 0.4us） 或 88.9%，而使用 802.11ax或者802.11be 時(shí)，可以達(dá)到 12.8/（12.8+0.8）= 94% 的效率，效率更高，同時(shí)具有更高的多路徑可靠性。

2.3 編碼方式

編碼方式就是調(diào)制技術(shù)， 即 1 個(gè) Symbol 里面能承載的 bit 數(shù)量。Wi-Fi 每次調(diào)制技術(shù)的升級(jí)， 都能給單空間流速率帶來一定的提升。

Wi-Fi 6 采用最高 1024-QAM 調(diào)制，每個(gè)符號(hào)承載 10bit 信息；Wi-Fi 7 將采用最高 4096-QAM 調(diào)制，每個(gè)符號(hào)承載 12bit 信息， 因此相對(duì)于 Wi-Fi 6 來說， Wi-Fi 7的信息承載量會(huì)提升 20%。4096QAM調(diào)制對(duì)芯片設(shè)計(jì)來說，帶來了很大挑戰(zhàn)，比如射頻電路各種非理想因素，時(shí)鐘噪聲等。

2.4 碼率

理論上應(yīng)該是按照編碼方式無損傳輸， 但現(xiàn)實(shí)沒有這么美好。傳輸時(shí)需要加入一些用于糾錯(cuò)的信息碼，用冗余換取高可靠度。碼率就是排除糾錯(cuò)碼之后實(shí)際真實(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼占理論值的比例。

2.5有效子載波數(shù)量

載波類似于頻域上的 Symbol，一個(gè)子載波承載一個(gè) Symbol， 不同調(diào)制方式及不同頻寬下的子載波數(shù)量不一樣，和帶寬以及每個(gè)子載波的帶寬相關(guān)。對(duì)于Wi-Fi 7，最大支持帶寬320MHz，子載波數(shù)量達(dá)到驚人的4*980=3920個(gè)。大帶寬對(duì)射頻電路設(shè)計(jì)也極具有挑戰(zhàn)性。

3. Wi-Fi速率理論計(jì)算

通過第二節(jié)，可以計(jì)算Wi-Fi速率，利用到的公式再寫一遍：

下面前三個(gè)表格是單空間流計(jì)算出的速率，分別為Wi-Fi 5/6/7。第四張表比較了近幾代Wi-Fi最高理論速率，主要是空間流數(shù)量/MIMO數(shù)的提升，對(duì)最高理論速率提升比較明顯。

Wi-Fi 5 / 802.11ac， GI=0.4uS，單空間流

Wi-Fi 6 / 802.11ax， GI=0.8uS，單空間流

Wi-Fi 7 / 802.11be， GI=0.8uS，單空間流

Wi-Fi 最高理論速率對(duì)比

4. 小米萬兆路由器的“萬兆”計(jì)算

正如一開頭所說，小米發(fā)布的路由器達(dá)到萬兆，那么這個(gè)萬兆是如何得到的，下表是整理出的路由器參數(shù)：

支持3個(gè)頻段2.4GHz， 5.8GHz和5.2GHz，每個(gè)頻段都支持4*4MIMO， 因此在速率上得到極大的提升，另外全都支持到WIFI7的4K QAM調(diào)制，參數(shù)中已經(jīng)標(biāo)明了理論最高速率，通過前面章節(jié)，來計(jì)算下這些理論速率，3個(gè)頻段的速率差異主要來自于帶寬上的差異，帶寬越大，子載波數(shù)越多，支持的速率越高，三個(gè)頻段速率相加，達(dá)到10.024Gbps，即萬兆，想要達(dá)到這么高的速率，需要3個(gè)頻段同時(shí)工作，并需要支持4*4MIMO，因此天線數(shù)量需要3*4=12個(gè)，這路由器參數(shù)表中也標(biāo)明了。

5. 總結(jié)

每一代的Wi-Fi升級(jí)，都帶來更大的速率提升，不過對(duì)于芯片設(shè)計(jì)來說，帶來的挑戰(zhàn)也是巨大的，Wi-Fi 7悄然而至，幾個(gè)大廠都已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)，大陸的芯片廠商，也希望盡早突破。

審核編輯：黃飛