abstract

讲一点wifi通讯的杂七杂八的问题。关于无线网络问题的诊断，可以回看之前文章。

技术标准

  • 技术标准：802.11a/b/g/n/ac/ax，也叫wifi4/5/6。粗略讲起来，wifi4=802.11n，wifi5=802.11ac，wifi6=802.11ax。
  • 频率：wifi传输数据所用的无线电频率。wifi只能使用ISM频率。一般就是使用2400MHz-2500Mhz这一块，还有5100MHz-5800MHz附近一块。这两块俗称2.4GHz和5Ghz频率。注意5GHz不是5G通讯协议那个5G。
  • 频宽：在频率许可范围内，占用多少范围内的频率。一般来说，在技术标准许可的范围内，频宽翻倍，速度大约翻倍（一般是翻倍多一点，也有翻倍）。如果两个AP的频宽重叠，那么会产生干扰。
  • MIMO：简单来说，几根天线。在标准许可的范围内，一倍的天线增加一倍左右的速度（一般是翻倍）。

为什么技术标准有两套名字？简单来说Wifi联盟（注意不是英雄联盟）认为，技术标准的名字叫802.11ax太拗口了，不利于宣传。所以直接冠以wifi6的名字。前面的a/b/g/n/ac，自然就变成了1/2/3/4/5。就这么简单。

如果你大概看了上面的介绍，就应该知道，技术标准是一切的核心。技术标准规定了能用几根天线，多少频率，多少频宽。例如，如果你自己来的话，你可能希望有100根天线，整个路由器就像麻辣烫似的一捆，速度爆炸。但是很不幸，技术规定限死最多3MIMO，也就是三根天线。而且，即便规定了三根天线，也要收发双方都支持才行。例如你可以从这里查到MBP各款的天线数量。大部分都是2MIMO，17-19款的有3MIMO。所以MBP19之后款的其实不支持3MIMO，哪怕路由器支持也没用。

不过苹果去掉3MIMO还真不是骗钱。因为11ac和11ax最高都只有2MIMO。所以3MIMO这东西只有11n用…

关于每个版本的协议，支持哪些参数，提供多少速率。可以看这里。

特别注意。11ac不支持2.4G。这导致很多路由器的2.4G频率停留在11n标准上。该标准对应的最大速率是450Mbps，所以好多路由都标自己2.4G是450Mbps。实际从上面的表可以看出。这种路由器在碰到新款MBP的时候，最多跑到300Mbps。

“穿墙”

先说重点。2.4G绕射能力好，所以“穿墙”性能好。5G反之。所谓穿墙，其实穿不过去。是wifi信号通过一些非阻挡物的穿透，再绕射到被钢筋水泥挡住的死角里。2.4G在绕射能力明显优于5G。但是从通讯角度来看，穿墙能力好不一定是优点。如果你用一个穿墙能力非常好的方案，能穿整个地球。那么理论上你的手机上会显示出地球上所有AP的名字…

那还用个P，是吧。

另外2.4G由于优秀的通用性，所以被各种地方普遍使用。门铃也是2.4G的，无绳电话也是2.4G的，蓝牙也是2.4G的。这些都算了。微波炉也是2.4G的。所以在家打开AP会让家里字面意义上的变成微波炉…

幸好功率不够。

由于2.4G绕射性能良好，且用途广泛，所以你的2.4G频率经常会被干扰。这就是这个频率最大的缺点。5G频率反之。站在路由器直射区，速度感人。一跑远，很快就渣。而且由于上面说的11ac不支持2.4G问题，因此很多家庭AP的2.4G性能严重差于5G。如果你恰好是这种AP，不妨给2.4G和5G起不一样的名字，手工选择看看。

MIMO和天线

通常来说，多MIMO代表多天线。如果是典型的2MIMO双频路由器，那就是4根天线。

推荐一个摆法。把5G的两根天线，一根垂直一根水平放置。2.4G也是如此。最好不要全平行放置。如这里所说。

频率频宽和合法性

另一个是频率/频宽/合法性问题。我们用2.4G作为例子，讲点形象的东西。

2.4G频率的ch1，中心频率是2412MHz。使用20MHz频宽的时候，频率范围是2402-2422MHz。但是ch2中心频率是2417MHz，ch3中心频率是2422MHz，每个ch中心频率互相差5MHz。这些都会和ch1x20MHz的组合冲突。实际上你可以很容易算出，理论上ch5中心频率2432MHz。频宽20MHz情况下，下边缘2422MHz，刚好和ch1x20MHz重叠。所以ch1和ch6在20MHz模式下不冲突，ch2和ch7不冲突，以下类推。最直接结论就是，ch1-ch11里，最多可以塞下三个互不冲突的20MHz通讯带。即ch1/ch6/ch11。如果一个办公室里有三个AP。一个AP一个频率，正好互不冲突。

如果改成40MHz频宽，情况就更加糟糕。ch1肯定不能用，最低是ch3，中心频率2422MHz，上边缘2442MHz。而ch11的中心频率2462MHz，下边缘一致。其实这已经发生了轻微冲突。所以2.4G频率在40MHz频宽下，只能塞下一个互不重叠的AP。第二个一定会和第一个发生冲突。如果此时办公室里有三个AP，它们就会有部分频率冲突，影响效率。

至于80MHz频宽。11ac根本不支持2.4G，11ax才重新支持，所以一定是11ax的标准。80MHz频宽下，ch根本没法选。只有ch7，中心频率2442MHz，2402MHz-2482MHz，正正好塞到整个频率里。如果办公室里此时有三个AP，他们的通讯将会正面冲突。而且下面我们会说到，2.4G其实根本不支持80MHz频宽。

为什么2.4G不支持80MHz频宽？为什么不能用足2400-2500MHz的范围呢？这就是是另一个问题——合法性。中国的规定是2400MHz-2500MHz都归属ISM用。（参考无线电频率划分规定）香港规定2400-2483.5MHz归ISM，2483.5-2500MHz归卫星。所以wifi的普适性产品，最多有13个ch。而美国更夸张，ch12已经违法了——算一下就知道，频率上边缘大约是2475MHz左右。所以美国恰好塞不进80MHz——这可能是11ac干脆不支持2.4G的在重要原因——兼容性频宽不足。

比较完整的世界各国信道一览可以看这里。长话短说，中国在5GHz频段，有以下ch可用。

  1. ch38, 5190MHz，40MHz，5170-5210MHz。注意ch38=ch36+ch40，下同。
  2. ch46，5230MHz，40MHz，5210-5250MHz。
  3. ch54，5270MHz，40MHz，5250-5290MHz，DFS。所谓DFS是碰到雷达波避让。因为这个频率里，ISM是次要业务。
  4. ch62，5310MHz，40MHz，5290-5330MHz，DFS。
  5. ch151，5755MHz，40MHz，5735-5775MHz。
  6. ch159，5795MHz，40MHz，5775-5815MHz。

可以看到，5G的频谱和2.4G不同，是不连续的。大致分为5170-5330MHz和5735-5815MHz这两段，分别配有160MHz和80MHz的总频宽。和2.4G相比，哪怕是中国，5G的频宽分配也远远比2.4G充足（大约是3倍吧）。这对于160MHz频宽非常重要。因为5G只能塞下一个160MHz，而2.4G压根儿没戏。

有一点细节要注意。从11ac标准开始支持160MHz频宽，和之前的20/40/80有所不同。之前的20-40频宽变化，速度都是翻倍多一点儿。40-80也是基本如此。但是80-160频宽变化，速度标标准准翻倍。其中有一个因素就是，由于频率割裂，所以160MHz规范有连续160MHz和80+80MHz两种模式。

顺便一提，中国合法的ISM频率分别是：

  • 13553-13567kHz
  • 26957-27283kHz
  • 40.66-40.70MHz
  • 902-928MHz
  • 2400-2500MHz
  • 5150-5350MHz
  • 5725-5875MHz
  • 24-24.25GHz

参考：

  1. 中华人民共和国无线电频率划分规定
  2. 工业和信息化部关于加强和规范2400MHz、5100MHz和5800MHz频段无线电管理有关事宜的通知

速度计算

下面我们假定有个设备，是2MIMO，支持2.4G和5G频率，支持/不支持wifi6标准。来算算理想通讯速度。

  • 不支持wifi6
    • 2.4G，11n标准，理想速度40MHz下300Mbps。
    • 5G，11ac标准，理想速度80MHz下866Mbps。（不考虑wave2中160MHz）
    • 一般来说，这路由器会宣称自己是1200M路由器（300+866，余数不要太认真）。当然，不支持wifi6中的顶格路由器是3x2.4G+2x5G天线。1300M（450+866）。
  • 支持wifi6
    • 2.4G，理想速度40MHz下601Mbps。
    • 5G，理想速度160MHz下2.4Gbps。
    • 所以这就是3000M路由器。