家用WiFi設(shè)備如何選擇？你問我干啥？應(yīng)該問你自己啊！

歡迎來到「Kim工房」，今天來科普重新命名的WiFi規(guī)格世代，并談?wù)劥问来?strong>802.11ax有何過人之處。

2018年10月，Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）借著推廣802.11ax新標準的機會，正式對WiFi規(guī)格世代進行重新命名。主流標準802.11n改名WiFi 4，主流標準802.11ac改名WiFi 5，新標準802.11ax改名WiFi 6。不要問前三代標準去哪兒，既然都是過去式，相逢何必曾相識。

誠然，WiFi標準啟用全新命名系統(tǒng)，確實能在一定程度上讓W(xué)iFi規(guī)格的新舊與高低更直觀更友好，不過也只是在一定程度上而已。WiFi規(guī)格的高低不完全由世代決定，它還受多重技術(shù)因素的影響，因此有必要再科普一把，順便解讀一下WiFi 6到底溜不溜？

友情提醒：本文純粹講道理，不推薦任何產(chǎn)品，授人以魚很簡單，但Kim較瘦偏偏不走尋常路，就是要授之以漁。至于家用WiFi產(chǎn)品究竟如何選擇，本期課程結(jié)束后，請你來告訴我！

本文概況：

〇、WiFi溜不溜

一、協(xié)議

二、調(diào)制

三、頻寬&頻段

四、空間流

五、WiFi速率算法

六、OFDMA

尾巴、終端才是王道

全文8000字，圖片24張。

〇、WiFi溜不溜

所謂WiFi，就是基于IEEE 802.11標準的，用于無線局域網(wǎng)（WLAN）的通信技術(shù)。

講真，直到今天才知道WiFi已經(jīng)發(fā)展到第六代，之前那堆亂七八糟的802.11命名序列顯然不是面向普通消費者，撇開非主流的11ad和11ah不談，光是下列主流標準就足夠讓人懵逼。

802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax……

當前WiFi主流標準是11ac，但它只支持5GHz頻段，因此11n仍是2.4GHz頻段下的另一股主流。2017年8月，新標準11ax隨華碩新品RT-AX88U一同步入消費視野，然而這款次世代無線路由并未即時發(fā)售，而是在一年之后被再次發(fā)布，實在耐人尋味。

事實上，華碩（ASUS）對待11ax的態(tài)度非常超前，家用無線路由的另外兩位大佬，網(wǎng)件（NETGEAR）與領(lǐng)勢（LINKSYS）明顯要謹慎得多，至今仍未發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品，甚至吹起押注11ad的非主流風(fēng)向，難道血統(tǒng)正宗的WiFi 6就這么不被業(yè)界看好？

至少Wi-Fi聯(lián)盟還是樂觀的，根據(jù)他家最新調(diào)研報告預(yù)測，2018年度全球WiFi相關(guān)產(chǎn)業(yè)的（直接與間接）經(jīng)濟價值高達2萬億美元，到2023年更有望增長至3.5萬億美元！其中，美英法德日韓是全球WiFi最發(fā)達（財）的國家。

（較瘦，你車速太快，都跑題了……）

咳咳，先來看看華碩次世代無線路由的WiFi規(guī)格，參數(shù)信息還算直觀清晰，簡單說RT-AX88U是一款A(yù)X6000無線路由器，支持4空間流，11ax協(xié)議下2.4G理論帶寬1148Mbps、5G理論帶寬4804Mbps，兩個數(shù)值累加為5952，向上取整即6000，因此叫AX6000。

同理，隔壁網(wǎng)件家的無線路由也是這么標定，旗艦款R9000是AD7200規(guī)格，即AD4600＋AC1733＋N800，再向上取整。

老實說，目前家用WiFi市場直接采用各頻段理論帶寬累加值來標定WiFi規(guī)格的方式，簡單粗暴且極不嚴謹，因為單從累加值無法直觀透視它分解后的帶寬構(gòu)成，普通消費者光憑累加值根本無法判斷設(shè)備規(guī)格的高低。關(guān)于這個問題，Kim較瘦早在去年就吐槽過，詳見前期課程《紙上談兵系列 @ 篇一：如何選無線路由器》，此處不再贅述。

那么本期課程的問題來啦……

▲1148、4804、1625、1733，理論帶寬的數(shù)值并不太工整，既然商家喜歡向上取整，為何不直接把帶寬做成整數(shù)？為什么非要是1148？1150或者1200行不行？

▲眼尖的同學(xué)應(yīng)該有留意，華碩RT-AX88U的5G頻段下，11ax理論帶寬為4804Mbps，而11ac也能跑到4333Mbps呀，號稱次世代的11ax就這么點能耐？

帶著上述疑問，請系好安全帶，接下來Kim較瘦將全方位解讀WiFi規(guī)格的奧秘。協(xié)議、調(diào)制、頻寬&頻段、空間流、OFDMA、WiFi 4、WiFi 5、WiFi 6，真相只有一個！

一、協(xié)議

先從開篇的WiFi規(guī)格世代談起，所謂的WiFi 4－5－6就是IEEE 802.11規(guī)范里的若干標準或協(xié)議。不管11n、11ac還是11ax，每套標準都由若干技術(shù)、規(guī)格與功能組成，并形成統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范，從而確保設(shè)備的兼容性與一致性。

WiFi 4

802.11n誕生于2009年，它憑借40MHz頻寬與MIMO黑科技，將WiFi理論帶寬從11a/g的54Mbps飆升至600Mbps（150Mbps×4條空間流），而且11n同時支持2.4G/5G頻段，最終完美取代舊標準，從此一統(tǒng)江湖。

WiFi 5

802.11ac誕生于2013年，最初版本（Wave 1）憑借80MHz頻寬與256QAM調(diào)制，將WiFi單流帶寬提升至433Mbps；2016年第二版（Wave 2）借鑒部分11ax的特性，將頻寬再次翻倍到160MHz，更帶來噱頭十足（然并卵）的MU-MIMO，不過此MU-MIMO并非完整版，它只支持下行多終端并行傳輸，而且使用局限性較大（只有同一信道下的所有終端都兼容MU-MIMO的情況下，MU-MIMO機制才會生效?。?。

盡管11ac理論上支持8條空間流，但在家用WiFi市場基本只做到4×4（80MHz）或2×2（160MHz），即理論帶寬為1733Mbps，距離11ac極限帶寬（6.9Gbps）差很大，但仍足以將WiFi帶寬提升到千兆，與家用有線網(wǎng)絡(luò)平級。

值得注意的是，11ac僅支持5G頻段，在技術(shù)上無法完全取代支持2.4G頻段的11n，因此所謂的WiFi 4與WiFi 5其實是基友關(guān)系（平行標準），Wi-Fi聯(lián)盟將它們定義為迭代關(guān)系，多少有些不夠嚴謹。

WiFi 6

嚴格來說，802.11ax還在娘胎，預(yù)產(chǎn)期2018年底或2019年初，不過它絕大部分技術(shù)規(guī)范均已公開。單從理論帶寬來看，11ax似乎乏善可陳，例行更新的1024QAM調(diào)制并沒有帶來突飛猛進的單流帶寬，極限帶寬（1.2×8＝9.6Gbps）僅比11ac（6.9Gbps）提高40%左右。

好消息是，11ax同時支持2.4G/5G頻段，是真正意義上的第六代WiFi標準，勢必取代11n與11ac，重新一統(tǒng)江湖。

天大好消息是，11ax帶來完整版MU-MIMO，支持8個終端上行/下行MU-MIMO，同時引入OFDMA黑科技，實現(xiàn)與MU-MIMO互補的另外一種并行傳輸能力，而且比MU-MIMO更靈活更實用。

二、調(diào)制

從WiFi協(xié)議迭代歷程不難看出，對單流帶寬影響最大的，一個是調(diào)制，一個是頻寬。所謂調(diào)制，就是將電信號轉(zhuǎn)換為無線電波的過程，反之則稱為解調(diào)，其核心技術(shù)是調(diào)制方式，調(diào)制方式越高階，轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)密度就越高。

根據(jù)802.11的標準協(xié)議，11n最高支持64QAM，11ac最高256QAM，11ax最高1024QAM，不過某些芯片/設(shè)備廠家，將高階調(diào)制技術(shù)移植到低級協(xié)議中，使得11n協(xié)議也能支持256QAM甚至1024QAM，從而讓單流帶寬從150Mbps提升到200Mbps甚至250Mbps。同理，前述華碩RT-AX88U在“11ac協(xié)議＋160MHz頻段＋4空間流”的情況下，居然能跑到4333Mbps，正是依賴1024QAM在11ac協(xié)議上的非標拓展。

調(diào)制方式?jīng)Q定無線信號子載波單個符號的數(shù)據(jù)密度，折算方法很簡單，QAM數(shù)值是2的N次方，對應(yīng)的符號位長就是N。因此，64QAM符號位長6bit，表示一次可傳輸6bit的數(shù)據(jù)，256QAM符號位長8bit，1024QAM符號位長自然就是10bit。這就是11n的單流帶寬從150Mbps提升至200Mbps甚至250Mbps的奧秘。

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，在調(diào)制過程中需要插入一些冗余數(shù)據(jù)用于糾錯校驗，因此有個碼率的概念，它以分數(shù)形式來體現(xiàn)每次傳輸時有效數(shù)據(jù)的占比。例如，1/2表示只有一半是有效數(shù)據(jù)，另一半是冗余數(shù)據(jù)；5/6表示5/6是有效數(shù)據(jù)，1/6是冗余數(shù)據(jù)。

將調(diào)制方式與碼率組合起來，就得到一張神奇的MCS（Modulation and Coding Scheme）策略表，WiFi設(shè)備的實際連接速率，其實就是在這張表里動態(tài)自適應(yīng)選擇的。當無線信號強勁時，MCS會盡量選擇高階組合（高bit+低冗余），當無線信號羸弱時，MCS會盡量選擇低階組合（低bit+高冗余）。趕緊看看你手頭的終端，WiFi速率是不是在特定數(shù)值之間動態(tài)切換（飄來飄去）？

這是為什么呢？魚與熊掌的老問題。

隨著數(shù)據(jù)密度的提升，數(shù)字調(diào)制的抗干擾能力卻在下降，這就對無線信號的質(zhì)量提出更高的要求?；氐街暗腗CS策略表，WiFi速率自適應(yīng)的原理就這么簡單，協(xié)議與頻寬確定的情況下，終端與AP距離越近遮擋越少，WiFi信號質(zhì)量就越好，MCS就會自動選擇高階組合，數(shù)據(jù)密度與碼率就越高，WiFi速率自然就越高。

值得注意的是，整個MCS動態(tài)選擇機制完全由WiFi設(shè)備根據(jù)當前信號質(zhì)量自行評估并選擇，不需要也不可能由用戶來控制。比如在無線信號較差的情況下，你愿意接受丟包來換取更高的WiFi空口速率，不好意思，802.11不同意。

PS：本文所談及的單流帶寬與理論帶寬，均指MCS最高階情況下的WiFi速率，即極限空口速率，與無線信號質(zhì)量無關(guān)，特此聲明。

三、頻寬&頻段

與幕后默默奉獻的MCS策略不同，頻寬更為消費者所熟知，因為它本身就是WiFi設(shè)備的核心設(shè)置選項之一。無論2.4G還是5G頻段，最小信道都是20MHz的帶寬，簡稱頻寬，兩個相鄰小信道可聚合成一個大信道，此時傳輸帶寬翻倍，以此類推促成WiFi單流帶寬成倍增長。

無線電波在信道內(nèi)以幀的形式傳輸，每一幀又由若干子載波組成，子載波的數(shù)量直接反映傳輸帶寬的高低。以11n/ac為例，20MHz信道支持64個子載波，扣掉抗擾子載波與導(dǎo)頻子載波后，實際用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖虞d波為52個，而40MHz信道的數(shù)據(jù)子載波為108個，是前者的2.08倍（并非工整的兩倍）。

有意思的是，11ax在20MHz的數(shù)據(jù)子載波數(shù)量“暴增”至234個，莫非有何黑科技？這就要從幀傳輸周期談起……

在11n/ac標準中，每一幀是發(fā)送3.2微秒，再停止0.4微秒（即幀間隔，Guard Interval），接著繼續(xù)發(fā)下一幀，那么每一幀的傳輸周期是3.6微秒。

11ax標準將幀結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，單幀容量增至原來的四倍（即256個子載波/20MHz），幀發(fā)送時長自然也是原來的四倍（12.8微秒），不過幀間隔僅為原來的兩倍（0.8微秒），即每一幀的傳輸周期是13.6微秒。

因此，沒有所謂黑科技，11ax不過是利用接近4倍的傳輸周期，發(fā)送略高于4倍的數(shù)據(jù)子載波數(shù)量，整體的效率提升大約10%多一點，僅此而已。

誠然，頻寬越大，單幀發(fā)送的數(shù)據(jù)子載波就越多，WiFi速率就越高，但仍離不開魚與熊掌的問題。頻寬越大，WiFi信號質(zhì)量越差，覆蓋能力越弱，兼容性也不理想。所以，通常無線路由器或AP上都有頻寬設(shè)置選項，由用戶根據(jù)終端與應(yīng)用情況自行取舍。

那么問題來啦，頻段跟WiFi帶寬又是什么關(guān)系？5G頻段一定比2.4G頻段更快么？

事實上，頻段跟帶寬并無直接關(guān)聯(lián)，之所以5G頻段的理論帶寬遠高于2.4G頻段，僅僅緣于頻譜分配上的先天優(yōu)勢，5G頻段中用于WiFi傳輸?shù)念l譜比2.4G寬很多，因此窮孩子2.4G頻段最高只能聚合出40MHz頻寬，而富二代5G頻段可以輕松上80MHz甚至160MHz頻寬。

假設(shè)兩者站在同一起跑線，即相同協(xié)議、相同MCS范圍、相同頻寬、相同空間流的情況下，2.4G與5G頻段下的理論帶寬其實一樣樣！再考慮到5G頻段在傳輸距離與越障能力方面的劣勢，實際的WiFi速率還不如2.4G頻段……

四、空間流

空間流（Spatial Stream）源于MIMO技術(shù)，即多天線同步收發(fā)，通常以I×O來標識接收/發(fā)送的天線數(shù)，兩者可以是任意比例，不過在WiFi設(shè)備里基本是收發(fā)對等，例如2×2或4×4，即2條空間流（2SS）或4條空間流（4SS）。因此，在單流帶寬確定的情況下，WiFi設(shè)備的理論帶寬＝單流帶寬×空間流數(shù)。

注意空間流是在設(shè)備兩端就低適配的，無論4×4的無線路由器搭配2×2的終端，還是2×2的無線路由器搭配4×4的終端，實際運行的空間流都是2條。

既然空間流多多益善，而且早在11ac標準就已經(jīng)支持8條空間流，為何家用無線路由器最高卻只到4×4規(guī)格？因為終端跟不上，目前絕大多數(shù)的智能手機或平板電腦最高只到2×2，臺式機或筆記本基本也是2×2，只有極少數(shù)發(fā)燒級電腦才會配置3×3甚至4×4的無線網(wǎng)卡。道理很簡單，天線越多，功耗越大，而移動終端最緊張的永遠是電量……

五、WiFi速率算法

回到本期課程的第一大問題：

1148、4804、1625、1733，理論帶寬的數(shù)值并不太工整，既然商家喜歡向上取整，為何不直接把帶寬做成整數(shù)？為什么非要是1148？1150或者1200行不行？

WiFi設(shè)備的理論帶寬不工整，是緣于單流帶寬本身就不工整，簡單歸納一下，近三代標準在不同調(diào)制&頻寬情況下的單流帶寬是這樣滴，基本乘上個二三四，就是你所熟悉的理論帶寬。

事實上，WiFi理論帶寬的計算公式遠比你想象中簡單，所有關(guān)鍵因素均已在前篇科普，并有明確的取值范圍，只需根據(jù)WiFi技術(shù)規(guī)格選取相應(yīng)的數(shù)值，丟進公式掐指一算即可。

符號位長，由MCS策略表里的調(diào)制方式?jīng)Q定，64QAM是6bit，256QAM是8bit，1024QAM是10bit。

子載波數(shù)，特指數(shù)據(jù)子載波數(shù)，由協(xié)議&頻寬決定，11n/ac與11ax的幀結(jié)構(gòu)不同，子載波數(shù)基本與頻寬成正比。

碼率，由MCS策略表決定，與調(diào)制方式有一定關(guān)聯(lián)，對于高階調(diào)制（64/256/1024QAM）碼率都取5/6。

傳輸周期，由協(xié)議決定，11n/ac按3.6微秒（3.2＋0.4）取值，11ax按13.6微秒（12.8＋0.8）取值。

空間流數(shù)，由WiFi設(shè)備的天線數(shù)決定，通常會在參數(shù)中標識，取值范圍是1~4之間的整數(shù)。

接下來舉幾顆栗子，看看理論帶寬的計算過程有多稀松……

▲常見的三流設(shè)備規(guī)格，11ac是1300Mbps，再加上11n的450Mbps（標準64QAM）或600Mbps（非標256QAM），就是AC1750或AC1900設(shè)備。

▲常見的四流頂配設(shè)備，11ac是2167Mbps，假設(shè)是雙5G頻段（即2167Mbps＋2167Mbps），再加上11n的1000Mbps（非標1024QAM），就是奢華的AC5300設(shè)備。

▲猶抱琵琶半遮面的四流160MHz次世代設(shè)備，11ax（5G頻段）是4804Mbps，再加上11ax（2.4G頻段）的1148Mbps（287×4），就是開篇的華碩AX6000設(shè)備。

六、OFDMA

回到本期課程的第二大問題：

眼尖的同學(xué)應(yīng)該有留意，華碩RT-AX88U的5G頻段下，11ax理論帶寬為4804Mbps，而11ac也能跑到4333Mbps呀，號稱次世代的11ax就這么點能耐？

承前所述，單純從規(guī)格上看，11ax相比當紅的11ac＋11n非標搭檔并沒有明顯優(yōu)勢……

2.4G頻段：非標11n單流帶寬也能跑到250Mbps，與11ax的287Mbps沒差多少，短期內(nèi)WiFi終端最高就4條空間流，根本拉不開差距。

5G頻段：非標11ac單流帶寬1083Mbps，同樣緊跟11ax的1201Mbps，而且大家都支持8條空間流，就算多戰(zhàn)幾個回合，11ac仍有還手之力。

并行傳輸：11ac也有乞丐版MU-MIMO，11ax不就滿血MU-MIMO么，有啥特別的，咦，這個OFDMA是什么鬼？

為什么要引入并行傳輸？這得從MIMO談起……

嚴格來說，原有的MIMO也叫SU-MIMO（即單用戶MIMO），雖然它支持多天線同步傳輸，但在同一信道&同一時刻，無線路由器只能與一個終端通信，即串行傳輸。

假設(shè)路由器支持4條空間流，在信道149（5G頻段）下掛三臺終端，分別是2×2的筆記本電腦、1×1的手機A和1×1的手機B，那么在某一時刻，路由器只能三選一來通信，如果選中筆記本，那么其他終端就要排隊，即使2×2筆記本只占用4條空間流中的2條，剩余2條也沒法分配給兩臺手機。

于是MU-MIMO（即多用戶MIMO）應(yīng)運而生，它在SU-MIMO的基礎(chǔ)上，增加多終端同步傳輸機制，從而提高空間流的利用率。還是之前的例子，在支持MU-MIMO的情況下，4條空間流恰好滿足三臺終端同時傳輸而且不會降速，高端路由器終于物盡其用。

MU-MIMO并不完美，它的運行狀態(tài)不夠穩(wěn)定，很容易受終端影響。還是之前的例子，4條空間流只能滿足合計4SS的終端完美跑MU-MIMO，基本就是下面這五種組合，頂多支持四臺終端。一旦終端數(shù)量超過4臺，就要排隊；一旦合計負載超過4SS，就要降速。

下面掌聲有請，11ax真正的黑科技OFDMA，壓軸登場！

長久以來，WiFi一直采用OFDM作為核心傳輸方案，11ax在OFDM的基礎(chǔ)上加入多址（即多用戶）技術(shù)，從而演進成OFDMA。簡單說，OFDMA將幀結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，細分成若干資源單元（RU），從而為多個用戶服務(wù)。

OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access），正交頻分多址。

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），正交頻分復(fù)用。

以20MHz信道為例，在OFDM方案（即11n/ac）里每一幀由52個數(shù)據(jù)子載波組成，這組子載波只能為一個終端服務(wù)，如果該終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包較?。奶煜ⅲ?，根本就裝不滿52個子載波，那么空載的子載波也無法分配給其他終端。

在OFDMA方案（即11ax）里每一幀由234個數(shù)據(jù)子載波組成，但在幀內(nèi)進行二次分組，每26個子載波定義為一個RU（Resource Unit，資源單元），每個RU可以為一個終端服務(wù)，那么每一幀就被分成9份，可以同時為9個用戶服務(wù)！

用卡車拉貨來解釋更直觀，OFDM方案是按訂單發(fā)車，不管貨物多少，來一單發(fā)一趟，哪怕車廂空蕩蕩；OFDMA方案會將多個訂單聚合起來，盡量讓卡車滿載上路，使得運輸效率大大提升。

看到這里，你可能會以為OFDMA跟MU-MIMO差不多呢，其實差很大。盡管兩者均為并行傳輸解決方案，但既不是迭代關(guān)系，也不是競爭關(guān)系，而是互補關(guān)系。它們的技術(shù)原理不盡相同，適用的場景也有所區(qū)別，具體視服務(wù)的應(yīng)用類型而定。

▲OFDMA：適用于小數(shù)據(jù)包的并行傳輸，提升單空間流的信道利用率與傳輸效率，減少應(yīng)用延遲與用戶排隊。運行狀態(tài)穩(wěn)定，不容易受終端影響。

▲MU-MIMO：適用于大數(shù)據(jù)包的并行傳輸，提升多空間流的利用率與系統(tǒng)容量，提高單用戶的有效帶寬，同樣能減少時延。運行狀態(tài)不夠穩(wěn)定，很容易受終端影響。

▲好消息是，兩種方案不沖突，甚至可以疊加，用戶無需操心并行傳輸背后的運行機制，唯一的感受就是，再多的終端網(wǎng)絡(luò)也不卡頓！

▲壞消息是，兩種方案都需要WiFi設(shè)備的支持，而且只有同一信道下的所有終端都支持11ax的情況下，并行傳輸?shù)倪\行狀態(tài)才是完美的，否則效果會嚴重打折，打骨折。

尾巴、終端才是王道

誠然，11ax的新特性遠不止于此，考慮到課堂時間有限（估計你們也快睡著），暫時就到這里吧。前五代WiFi標準的發(fā)展，主要致力于無線帶寬的提升，當WiFi帶寬追平有線網(wǎng)絡(luò)后，WiFi標準開始橫向發(fā)展，次世代的11ax著重改善多終端的用戶體驗。

回到開篇的命題，家用WiFi設(shè)備如何選擇？一句話：終端決定一切。

從WiFi規(guī)格的迭代歷程不難看出，真正的瓶頸并不在無線路由器或AP上，而是你手頭的終端。路由器的規(guī)格再高，終端不行也白搭，理論上高端路由器確實能帶更多的終端，前提是你的終端全得支持MU-MIMO或OFDMA，問題是你有么？

講道理，家用WiFi設(shè)備的選購從來就不是技術(shù)活，而是量體裁衣的藝術(shù)活，僅當路由器/AP與終端之間門當戶對時，才是物盡其用的最佳拍檔，至于多出來的性能與功能，真的只是擺設(shè)。