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一、前言
相信大家买路由器的时候经常会遇到这样一个场景:路由器外包装壳上标着大大的参数,比如AC1200,AX3000,AX6000。 之所以要贴图的原因,是因为后面的内容会用到图片的内容。 (强调一下,这不是广告,只是某东上随便找的例子,为啥都是小米?因为他把参数和图放在了一起啊,我需要用到图上的天线!) 为什么要写这个文章,其实是因为我翻了很多文章,但是没看到一篇可以说清楚这个事情的。 有些文章甚至对于WiFi协议没有基本的了解就谈参数计算。有些甚至是一些很低级的错误,比如WiFi 5里面2.4GHz的速率的计算方式竟然是拿着ac去算的。 二是算是自己的总结的文章,也是给大家一个参考,欢迎大家积极讨论和指正。 就拿AC1200,AX3000和AX6000上面这三款路由器来阐述这些标注的由来。 二、速率计算正文(以AC1200为例) 首先,先给速率计算公式: 速率(Mbps) = 1/符号长度(us)* 有效子载波个数 * 每个子载波承载有效bit数 * 码率 * 天线数目 后面我们就开始介绍每个参数的含义(以AC为例,也就是802.11ac,也就是常说的WiFi 5协议); 1. 符号长度 在WiFi协议中,一个做完IFFT后插入GI的时域上的一段数据,称为一个符号,即symbol。显然,暂不论一个symbol内包含什么内容,一个符号长度越长,则速率越低。因为单位时间发出的符号数越少。 那么1/符号长度(us)其实代表1秒钟可以传输的symbol数量。使用us做单位,是为了速率单位直接就是Mbps。 那么如果还可以得到每个symbol包含的数据bit数,不就可以得到每秒钟发出的数据比特数了吗?单位就是Mbps; 而对于802.11ac,其最小的symbol长度3.6us。(详情可关注后续的文章介绍) 2. 有效子载波个数 其实这里的全称应该是有效子载波的个数/symbol。对于802.11ac协议来说,最高支持160MHz带宽,在这个带宽上,有效子载波的个数是: 484-16=468个(参见802.11ac 协议) (其中,484是子载波总个数,16是导频个数,468就是有效的数据子载波个数) 3. 每个子载波可以承载的有效bit数 那有了有效子载波的个数,为什么还需要每个子载波可以承载的有效bit数? 因为子载波的单位并不是bit啊(而最后的速率是bps),每个子载波可以承载的有效bit数的单位可以理解为:bit/数据子载波; 根据802.11ac的协议,最高可以支持256QAM,也就是一个子载波最高可以承载8bit的比特数,即256=2^8; 4. 码率 知道BCC编码的可能会对此有所熟悉。BCC作为一种冗余编码,具有一定纠错能力,但是代价是牺牲了一部分速率。 802.11ac中的最高码率是5/6。也就是说发出6个数据,最多有5个是有效数据。
至此,已经可以计算一根天线的最大吞吐率了。拿802.11ac来说: 单天线的速率Mbps= 1/3.6*468*8*(5/6)=866.7Mbps 5. 天线数目 天线数量很好理解。就是有几根天线,其吞吐量和天线数目成正比关系。 因此,802.11ac作为最高支持8天线,其具有的最大吞吐量为: 速率Mbps= 1/3.6*468*8*(5/6)*8=6.93Gbps 6. 频段 想要说清楚这个事情,还要解释下WiFi支持的频段这个问题。802.11ac是不支持2.4GHz频段的,只支持5GHz频段。(详见我写的WiFi发展史简述一文) 因此,市面上AC1200的路由器对于2.4GHz频段的支持,还是基于802.11n协议,也就是WiFi 4。其单根天线最高支持150Mbps的吞吐量。
回到小米的AC1200。 这个路由器有四根天线,但是并不全是5G频段的天线。而是2+2形式,即两根天线是工作在2.4GHz,两根天线工作在5GHz。 那么速率应该是这样算的: 2.4GHz频段:150*2 = 300Mbps 5GHz频段: 866.7*2= 1733.3Mbps 是不是感觉不太对? 这是因为5GHz频段上,其支持的最高带宽并不是协议理论的最高带宽160MHz,而是80MHz。对于80MHz,其单根天线的理论速率是433.3Mbps 那么5GHz频段的吞吐速率: 433.3*2= 866.7Mbps 则总的理论速率应该是866.7+300=1166.7Mbps 约等于1200Mbps。 往后看看小米AC1200的参数介绍,如下图。相信大家理解这个1167Mbps的含义了。 三、小试牛刀 -- AX3000 既然掌握了方法,那我们就再去验证下,请大家自己回看小米AX3000。我给出的结论是: 2.4GHz频段速率:576Mbps 5GHz频段速率:2400Mbps 首先,11ax是支持2.4G和5GHz,则其计算时就和11ac不一样。 先说下参数,感兴趣的可以自己去翻协议: (1)单个symbol长度最短是:13.6us (2)有效子载波个数在40M是468个,在80M带宽是980个,160M贷款时980*2个; (3)单个子载波可承载最高比特数:10bit/symbol; (4) 最高码率:5/6; 对于2.4GHz,其不支持最高160MHz,而是40MHz,两根天线,因此:1/13.6*468*10*(5/6)*2=573.5Mbps 对于5GHz,两根天线:1/13.6*980*2*10*(5/6)*2=2402Mbps 2402+573.6=2976Mbps,约为3000Mbps 可能有人发现一件事,就是这款AX3000是6根天线,不是2+2. 那继续看他的参数介绍 (1)2976Mbps完美契合 (2)四根天线不能同时使用到最高160MHz,可以有两种模式,4根天线时降到80MHz,实际上5GHz吞吐量没有变。 综上,计算方法正确。 四、小试牛刀 -- AX6000 继续AX6000。我给出的结论是: 2.4GHz频段速率:576Mbps 5GHz频段速率:4804Mbps 首先,11ax是支持2.4G和5GHz,则其计算时就和11ac不一样。 先说下参数,感兴趣的可以自己去翻协议: (1)单个symbol长度最短是:13.6us (2)有效子载波个数在40M是468个,在80M带宽是980个,160M贷款时980*2个; (3)单个子载波可承载最高比特数:10bit/symbol; (4) 最高码率:5/6; 对于2.4GHz,其不支持最高160MHz,而是40MHz,两根天线,因此:1/13.6*468*10*(5/6)*2=573.5Mbps 对于5GHz,四根天线:1/13.6*980*2*10*(5/6)*4=4804Mbps 还差点:小米的数据说是AIoT:584Mbps,一根天线怎么凑出来584Mbps,我不是太懂。。。。 可能有人发现一件事,就是这款AX3000是6根天线,不是2+2. 我还要吐槽下小米关于4K QAM的噱头,开始我甚至怀疑是不是协议有更新,最高可以支持4096QAM的星座映射方式,但是觉得不对啊,这个不是你说支持就支持的。 毕竟,技术难度在那里呢。 后来发现只是小米在宣传的时候玩了一个文字游戏。 AX6000和AX3000一样,还是最高支持1024QAM,但是人家有四根天线,不就是4K QAM了嘛?最后的注释里面还是1024 QAM。我真的是醉了。
至此,就基本讲完WiFi路由器的速率到底是怎么计算的这个问题。 其实,说了这么多,上面说的那些速率都是理论速率。那么这个理论速率有多理论呢? 1. 首先信道要特别的干净,所有的最高参数都可以设置上去;而且不能丢包; 2. 其次就是不考虑任何中间交互的时间,比如一个数据包前面都要有一些同步信息之类的,其实并不是数据。 基本上就是实验室的环境也只是能够尽量逼近这个理论值。跟别说外面的环境了。 但是这似乎并不妨碍我们选择路由器和理解路由器的参数。
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