WIFI6 80211.ax 的理论速率计算及对照表

2024-03-28 05:18| 来源: 网络整理| 查看: 265

根据WiFi6协议可知，使用80MHz信道，1024-QAM可以产生600Mb / s的理论单流数据速率，相信大部分只是知道这个数据，但不知道这个数据是如何得到的，

在学习的过程中，老师都教导我们某些数据是可以通过公式得出的，那么这WLAN速率也是如此，可以通过公式得出：

速率 = 一次传输的数据量 / 传输时间

但是这个一次传输数据量与传输时间是如何得到的，通过查询802.11协议可得一个名词与这个一次传输的数据量有关，就是Symbol，翻译过来就是符号，Symbol就表示一次传输的数据。QAM将每个子载波调制后，一起传输出去。那么一次传输的数据就是一个Symbol（符号）。

OK，找到一次传输的数据量了，在查询Symbol时，发现了Symbol Time，刚好这个就代表传输时间，在传输一个Symbol时需要时间，所需要的传输时间就成为一次Symbol Time。编写802.11协议的人员知道无线传输在各种环境中是存在延迟的，经过测试计算，决定使用4000ns作为一个Symbol Time，一个Symbol Time里面也分成GI防护时间+数据传输时间。

Symbol Time

但是在使用时发现，GI防护时间可以缩短，802.11n提出了Short-GI，这个很好理解，大学看到一些同学在宿舍楼下表白，他们之间的语速是不是缓慢的： x x，我爱你。如果语速过快，对方可能会听不清，造成误解。但是我们在近距离沟通时是不是会语速加快一些，如果语速过慢，可能会浪费双方的时间。所以就推出Short-GI，GI防护时间变成400ns，那一个Symbol Time就缩短时间为3600ns。

Symbol Time

不过有时候传输的速率过快，比如WiFi6，GI防护时间需要加长，好比在赛车比赛时，每辆赛车发车需要时间间隔，而在人类的百米赛跑中是不需要时间间隔的。速度快如果不增加时间间隔会增加数据错误率。所以就需要增加GI防护时间，不过在这个时间变长造成的速率下降是可以忽略的。而且WiFi6的数据传输时间也变长了，4倍OFDM符号时间，时间变成12.8us，循环前缀（CP）将OFDM符号结尾的一部分添加到有效负载的前面，不过长的CP会重复更多的数据，在符号中占用空间，所以数据传输时间就变长了。

Symbol Time

两个都找到了，那么是不是就可以开始计算了，不急，一次传输的数据量里面还有很多门道，由多个因素组成。

先思考每次传输的数据是不是只有有效的数据？这样的传输速率是最快的。实际上是这样的吗？不是，这里就要说一个概念：Coding Rate，即编码率，指在电信和信息流数据流中有用部分（非冗余）的比例。就是说发送n位数据，有效数据位为n*编码率。

之所以需要编码率，是因为这些冗余部分是一些校验数据，为了确保接收的数据是正确的，需要留一些数据空间来给校验数据，不然接收的数据无法判断是否正确接收，那么数据的错误率就会很高，所以这个是必须要有的。

在802.11n之前没有支持MIMO-OFDM，最高的编码率为3/4，使用MIMO-OFDM技术后，最高的编码率为5/6，速率也进一步提升。

编码率

是不是到这里就结束这次探索之旅了，没有那么快。众所周知，WLAN是在一个信道上面传输数据，但是如果一个信道一次就传输一条道路的数据，那信道的利用率就非常低，就如同，一条8车宽的公路就只开一条车道。那么可不可以就信道分成多个子信道，然后同时传输数据。巧了，科研人员也有这个想法，就是FDM，即频分多路复用，简单来说就是将一个固定的信道，分成很多个子信道，每个子信道之间不会有重叠的部分，且每个子信道使用一个子载波来调制，这样就可以提高通信效率。

那可不可再改进呢？有，从802.11a时代开始，WLAN开始支持OFDM，即正交频分复用技术。是FDM的升级版，两个子信道是可以正交的，就是可以重叠，那么一个信道的最大子信道数就会增加，传输速率肯定也会跟着提升。

FDM与OFDM区别

OFDM是很厉害，能不能整点更厉害的。成，在2019年，802.11ax又开始革新，支持OFDMA，即正交频分多址。OFDMA是FDMA与OFDM的融合体，结合两者的优势出来的一个技术。FDMA，即频分多址，就是将一个单一的信道分成多个正交的信道，每一个用户占用一个子信道。OFDMA在OFDM的基础上，可以同时传输多个用户的数据，降低多用户使用时的延迟和提高速率。

技术发展

那么使用了这么多的技术，实际表现又是如何的？速率提升明显，在使用FDM的802.11协议上，最小子载波带宽为312.5KHz，那一个信道频宽为20MHz的信道可以分成64个子载波，但是由于技术原因，有效使用的是52个子载波，实际用于数据传输的只有48个，有4个子载波充当导频载波。使用OFDM技术后，有效使用的是56个子载波，实际用于数据传输的只有52个。还有使用OFDMA后，用于数据传输子载波个数飙升到234个。

子载波

需要注意的是，信道绑定频宽加倍后，子载波的个数比不成倍数关系，这个是因为使用OFDM技术后，子信道组成的信道频宽会小于20MHz，不同的协议对子载波数量的选取各不相同，从而占用的总信道带宽存在微小的差异。例如802.11a/g使用64个子载波中的52个，总信道带宽为 16.6MHz。而802.11n使用64个子载波中的56个，总信道带宽为17.8MHz。

信道规定，每个信道频宽为22MHz，实际使用20MHz，左右各留1MHz来防止信号的干扰，也是为了兼容802.11终端，802.11b使用DSSS/CCK的调制方式而占用22MHz的频宽。所以信道绑定也就可以使用这些没有使用的频宽。造成他们之间并不是倍数关系。

OK，道路有了，接下来就要有运输车了，正所谓好马配好鞍，那么道路修的这么好，运输车也是需要有点东西才可以对得起这道路。每个子信道使用一个子载波来调制，那么使用什么来调制子载波，答案就是QAM，QAM是调制方式中的一种，即正交振幅调制。QAM是在单一载波上编码数据，解码后体现的是电磁波的振幅和相位，通过振幅相位组合来表示数据。之前使用的PSK是一种认为幅度不变、仅有相位变化的解码方式。所以BPSK能识别两种方式的振幅和相位的排列组合，QPSK能识别4种。BPSK编码bit数为1位，QPSK就为2位。

QAM调制出来的信号使用星座图可以方便地表示，也可以使用二进制表示。星座图上一个星座点对应一个信号。设正交幅度调制的发射信号集大小为N，称之为N-QAM，星座点的个数为2的幂。常见的QAM有256-QAM，1024-QAM等。那么就可以得出256-QAM编码bit数为8位，1024-QAM为10位。星座点数越多，一次传输的数据可以越多。这样速率就越快。不过需要注意的是，星座点越多，星座点之间的距离就越小，那么星座点可能就会被误识别，所以更高等级的调制，要求更高的信噪比。

星座图

数据表示过程

调制方式与编码bit数

这些都整完了，可以进入正题了，还不行，一个人工作速度是不是有点慢，那么我在找一个人来，速度是不是就可以翻倍了，那么802.11协议有没有这类东西，巧了，它是存在的，称为Spatial Streams，空间流数，说白点就是使用多少根天线发送和接收数据。就是多输入多输出技术（MIMO），这项技术是从802.11n才开始支持的，之前的都是单天线。现在最新的802.11ax支持8x8MIMO。这个天线数越多，那同时接收和发送的数据就会越多，速率也会水涨船高。