經(jīng)常看到手機或路由器產品上面的Wi-Fi速率有多快，WiFi速率已經(jīng)成為一個產品的最核心的指標和賣點，那Wi-Fi速率和什么有關系？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？本文從技術的角度，來闡述Wi-Fi速率的理論計算，最后以小米的萬兆路由器為例，來計算下“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品-小米萬兆路由器，從名字上就可以看出，其速率已經(jīng)達到了萬兆，官方稱，“Wi-Fi 7，不只是速度，更是系統(tǒng)性的體驗躍升！多路連接、動態(tài)優(yōu)選、更低延遲、更強抗干擾。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標準，雖然標準預計2024年才完全定下，但是各大芯片廠商都發(fā)布了相關產品，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標準，支持的最大速率達5.8Gbps。

博通最新支持Wi-Fi 7標準的芯片BCM67263/BCM6726，支持4*4 MIMO，速率最高達11.5Gbps。

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

這些芯片產品代表了目前最先進的Wi-Fi技術

2. Wi-Fi速率影響因素

WiFi速率究竟有多快，和很多方面有關，這一節(jié)從Wi-Fi標準來計算WiFi的理論速率。無線速度峰值是五個因子的乘積：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），計算公式如下：

2.1 空間流數(shù)量

空間流其實就是 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，這提高了芯片設計難度?？臻g流越多， 整機吞吐量也越大，就像高速公路的車道一樣， 8車道一定會比 4 車道運輸量更大。

2.2 Symbol 與 GI

Symbol就是時域上的傳輸信號，相鄰的兩個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時間是3.2uS，僅有 400 ns 或 800 ns 兩種可選保護間隔。而802.11 ax和802.11 be的symbol時間是12.8uS，有三種可選保護間隔（0.8、 1.6 或 3.2 μs）。從數(shù)學角度來看，Ts/（GI+Ts） 比率決定了峰值時域效率，對于 11ac 來說，這一結果高達 3.2 μs/（3.2 μs + 0.4us） 或 88.9%，而使用 802.11ax或者802.11be 時，可以達到 12.8/（12.8+0.8）= 94% 的效率，效率更高，同時具有更高的多路徑可靠性。

2.3 編碼方式

編碼方式就是調制技術， 即 1 個 Symbol 里面能承載的 bit 數(shù)量。Wi-Fi 每次調制技術的升級， 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 調制，每個符號承載 10bit 信息；Wi-Fi 7 將采用最高 4096-QAM 調制，每個符號承載 12bit 信息， 因此相對于 Wi-Fi 6 來說， Wi-Fi 7的信息承載量會提升 20%。4096QAM調制對芯片設計來說，帶來了很大挑戰(zhàn)，比如射頻電路各種非理想因素，時鐘噪聲等。

2.4 碼率

理論上應該是按照編碼方式無損傳輸， 但現(xiàn)實沒有這么美好。傳輸時需要加入一些用于糾錯的信息碼，用冗余換取高可靠度。碼率就是排除糾錯碼之后實際真實傳輸?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，一個子載波承載一個 Symbol， 不同調制方式及不同頻寬下的子載波數(shù)量不一樣，和帶寬以及每個子載波的帶寬相關。對于Wi-Fi 7，最大支持帶寬320MHz，子載波數(shù)量達到驚人的4*980=3920個。大帶寬對射頻電路設計也極具有挑戰(zhàn)性。

3. Wi-Fi速率理論計算

通過第二節(jié)，可以計算Wi-Fi速率，利用到的公式再寫一遍：

下面前三個表格是單空間流計算出的速率，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 最高理論速率對比

4. 小米萬兆路由器的“萬兆”計算

正如一開頭所說，小米發(fā)布的路由器達到萬兆，那么這個萬兆是如何得到的，下表是整理出的路由器參數(shù)：

支持3個頻段2.4GHz， 5.8GHz和5.2GHz，每個頻段都支持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調制，參數(shù)中已經(jīng)標明了理論最高速率，通過前面章節(jié)，來計算下這些理論速率，3個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，三個頻段速率相加，達到10.024Gbps，即萬兆，想要達到這么高的速率，需要3個頻段同時工作，并需要支持4*4MIMO，因此天線數(shù)量需要3*4=12個，這路由器參數(shù)表中也標明了。

5. 總結

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

審核編輯：黃飛