Wi-Fi 802.11各标准速率确认

随着笔记本电脑，智能手机的普及，越来越多的用户体验到了无线WIFI 带来的便利，在5G普及，IOT物联网广泛应用的背景下，WIFI 6 和WIFI 6E 也横空出世。下面为简单探索wifi 的发展历程。

发展历史

Wi-Fi 802.11各标准速率确认

从以上IEEE802.11 各个标准协议可以看出，每一次的技术变更，都引起了互联网的发展进度和生活的改变。起初WLAN最流行标准802.11a和802.11b，后来发展到802.11g,这些都是用来在家庭、办公室、宾馆、飞机场、高档咖啡厅、商场等公共场所，满足桌面互联网时代方便的无线接入实现简单浏览网页、发送e-mail的功能。 在2009年后桌面互联网渐渐地迁移到了移动互联网时代，平板，笔记本电脑的应用对于移动网络性能要求越来越高，那个时代主要以通讯网络也是介于2G 语音通话到3G图文+低分辨率流媒体，但2014年前后4G 移动通讯出现后，网络应用一步步向视频流媒体要求越来越多，802.11ac 代表的WIFI 5也出现了并成为主流应用。过去的两年5G移动通讯出现并进入商用，更高网速和连接性能的WIFI6 802.11ax 也出现了，各种智能应用和apps随着技术的革新也变得丰富起来。

下表为各个协议下单天线通道的传输速率对比：

协议    频率        速率

802.11  2.4GHz        2Mbps

802.11a  5GHz        54Mbps

802.11b  2.4GHz      11Mbps

802.11g  2.4GHz        54Mbps

802.11n  2.4或5GHz       150Mbps

802.11ac  2.4或5GHz       867Mbps

802.11ax  2.4或5GHz       1201Mbps

802.11ax extended  2.4或5GHz 或6GHz      1201Mbps

各标准的速率计算

实际应用场景中网络速率影响因素有传播的介质，方向角度，设备信号强度等，路由器和应用设备的摆放位置很重要。在理论计算中影响速率的计算因子，分别是数据信道数、传输比特数、传输码率、工作频宽和传输时间。

Wi-Fi理论带宽 =（符号位长×码率×子载波数量×空间流）÷ 传输时间

  • 符号位长

一个Symbol能承载的bit数量，这个与调试有关。

Wi-Fi 802.11各标准速率确认

  • 码率

Wi-Fi在传输时，根据空口环境的好坏，会加入不同数量的纠错码，用来提高传输的可靠性，空口环境越差，纠错码越多，真是数据占比越少，码率越低，反之亦然。目前11n、11ac和11ax最高码率都为5/6。

  • 数据子载波数量

Wi-Fi 802.11各标准速率确认

  • 传输时间

传输时间是传输一个Symbol需要的时间加上一个间隙（GI）。为了避免Symbol之间的干扰，相邻两个Symbol之间需要有一定的间隙。不同Wi-Fi标准的间隙也不同。如下图。

Wi-Fi 802.11各标准速率确认

以下简单计算各个Wi-Fi协议的理论最大速率。

一、802.11g的最大速率54Mbps的由来

802.11g工作在2.4G频段下，能够支持OFDM和CCK两种调制方式，提供16-QAM、64-QAM、BPSK和QPSK四种编码方式，我们通常说的54Mbps速率就是在2.4G频段下，通过OFDM调制，采用64-QAM编码的情况下实现的。其中影响速率的计算因子如下：

1. 采用的OFDM能够提供52个子载波信道，但其中仅有48个用于数据传输；

-----相当于有52条车道，仅有48条可用

2. 64-QAM编码方式能够在每个子载波信道通过一次传输过程携带6bit的数据位；

-----每条车道每辆车上有6个座位

3. 64-QAM编码每次传输提供3/4的码率，即有效数据容量；

-----所有车辆的平均满座率是3/4

4. 一次传输占用的时间固定为4微秒；

-----平均每条车道每4微秒有一辆车发出

根据以上计算因子，802.11g能提供的最大速率（单位时间最多能拉乘客数量）为：

 (1秒/4微秒) × (6bit × 48 × 3/4) = 54M

二、802.11n单流最大速率150Mbps的由来

  1. 802.11n在11g的基础上对OFDM调制方式进行了优化，将子载波信道的数量从52个提升至56个，但只有52个用于数据传输；

-----相当于车道由52条增加至56条，其中仅有52条可用

（1秒/4微秒）×（6bit×52×3/4）=58.5Mbit/s

2. 802.11n对64-QAM编码技术进行优化，将每次传输提供的码率从3/4提升至5/6；

-----所有车辆的平均满座率由3/4提升至5/6

（1秒/4微秒）×（6bit×52×5/6）=65Mbit/s

  1. 802.11n可以工作的频宽从11g的20MHz变为40MHz，这样OFDM所能提供的子载波信道数量从56个进一步提升为112个，其中用来传输数据的子信道数量为108个；

-----道路宽度增加1倍，车道数相应增加1倍，被占用的4车道释放，共108条车道可用因此，802.11g单流能提供的最大速率（单位时间最多能拉乘客数量）为：

(1秒/4微秒) × (6bit × 108 × 5/6) = 135M

另外，802.11n在条件允许的情况下（当实际环境中的多径效应较小时）可将OFDM两次传输之间的保护间隔时间从11g的800ns缩短为400ns（相当于平均每条车道每3.6微秒有一辆车发出），这样可以进一步将最大速率提升至150Mbit/s。

[1秒/(4微秒 - 400纳秒) ] × (6bit × 108 × 5/6) = 150M

由于采用了MIMO技术，通过空间复用技术，在1-4条空间流的环境下最大速率将以150Mbit/s的1-4倍进行增长，即2条空间流达到300Mbit/s、3条空间流达到450Mbit/s、4条空间流达到600Mbit/s。802.11n为了向下兼容802.11a/b/g，因此能够支持的调制方式、编码方式、码率以及携带的数据位会有很多种的组合，正是这些组合形成了802.11n众多的接入速率标准。

三、802.11ac单流最大速率433Mbps的由来

802.11ac 是在原802.11n 基础上升级，1、 以前每次传输6位(64-QAM)，现在传输8位(256-QAM)。2、 以前双信道捆绑，有108个有效子载波。现在4信道捆绑，有234个子载波。

由此，802.11ac (80Mhz)单流速率 150M*8/6*234/108 = 433 M

同时2016年802.11ac 做一次升级版本，工作的频宽从80MHz扩展到160MHz, 由此802.11ac (160MHz）单流速率可以达到867MHz。

四、802.11ax大速率

我们以最高码率（5/6）、最大空间流（8*8)、最大频宽（160M）来计算一下11ax的最高速率。

11ax理论带宽 = （10bit × 5/6 × (2*980) * 8) ÷ (12.8 + 0.8) = 9607.86Mbps

单流理论带宽= （10bit × 5/6 × (2*980) * 1) ÷ (12.8 + 0.8) = 1201Mbps

802.11a/b/g/n/ac速率核对表

1、802.11b，最高速率11Mbps

调制方式 速率（Mbps）
DSSS 1
DSSS 2
CCK 5.5
CCK 11

2、802.11a/g，最高速率54Mbps

调制方式 码率 速率（Mbps）
BPSK 1/2 6
BPSK 3/4 9
QPSK 1/2 12
QPSK 3/4 18
16-QAM 1/2 24
16-QAM 3/4 36
64-QAM 2/3 48
64-QAM 3/4 54

3、802.11n，HT40单流最高速率150Mbps，HT40 4×4 MIMO最高速率600Mbps

空间流 MCS 调制方式 码率 HT20 数据速率(Mbps) HT40 数据速率(Mbps)
GI=800ns GI=400ns GI=800ns GI=400ns
1x1 0 BPSK 1/2 6.5 7.2 13.5 15.0
1 QPSK 1/2 13.0 14.2 27.0 30.0
2 QPSK 3/4 19.5 21.7 40.5 45.0
3 16-QAM 1/2 26.0 28.9 54.0 60.0
4 16-QAM 3/4 39.0 43.3 81.0 90.0
5 64-QAM 2/3 52.0 57.8 108.0 120.0
6 64-QAM 3/4 58.5 65.0 121.5 135.0
7 64-QAM 5/6 65.0 72.2 135.0 150.0
2x2 8 BPSK 1/2 13.0 14.4 27.0 30
9 QPSK 1/2 26.0 28.9 54.0 60
10 QPSK 3/4 39.0 43.3 81.0 90
11 16-QAM 1/2 52.0 57.8 108.0 120
12 16-QAM 3/4 78.0 86.7 162.0 180
13 64-QAM 2/3 104.0 115.6 216.0 240
14 64-QAM 3/4 117.0 130.0 243.0 270
15 64-QAM 5/6 130.0 144.4 270.0 300
3x3 16 BPSK 1/2 19.5 21.7 40.5 45
17 QPSK 1/2 39.0 43.3 81.0 90
18 QPSK 3/4 58.5 65.0 121.5 135
19 16-QAM 1/2 78.0 86.7 162.0 180
20 16-QAM 3/4 117.0 130.0 243.0 270
21 64-QAM 2/3 156.0 173.3 324.0 360
22 64-QAM 3/4 175.5 195.0 364.5 405
23 64-QAM 5/6 195.0 216.7 405.0 450
4x4 24 BPSK 1/2 26.0 28.9 54.0 60
25 QPSK 1/2 52.0 57.8 108.0 120
26 QPSK 3/4 78.0 86.7 162.0 180
27 16-QAM 1/2 104.0 115.6 216.0 240
28 16-QAM 3/4 156.0 173.3 324.0 360
29 64-QAM 2/3 208.0 231.1 432.0 480
30 64-QAM 3/4 234.0 260.0 486.0 540
31 64-QAM 5/6 260.0 188.9 540.0 600

4、802.11ac（160M）单流最高速率866Mbps；8×8 MIMO（160M）最高速率6.928Gbps

空间流 MCS 调制方式 码率 VHT20 速率(Mbps) VHT40速率

(Mbps)

 VHT80 速率

(Mbps)

 VHT160速率

(Mbps)
GI = 800ns GI = 400ns GI = 800ns GI = 400ns GI = 800ns GI = 400ns GI = 800ns GI = 400ns
1x1 0 BPSK 1/2 6.5 7.2 13.5 15 29.3 32.5 58.5 65
1 QPSK 1/2 13 14.4 27 30 58.5 65 117 130
2 QPSK 3/4 19.5 21.7 40.5 45 87.8 97.5 175.5 195
3 16-QAM 1/2 26 28.9 54 60 117 130 234 260
4 16-QAM 3/4 39 43.3 81 90 175.5 195 351 390
5 64-QAM 2/3 52 57.8 108 120 234 260 468 520
6 64-QAM 3/4 58.5 65 121.5 135 263.3 292.5 526.5 585
7 64-QAM 5/6 65 72.2 135 150 292.5 325 585 650
8 256-QAM 3/4 78 86.7 162 180 351 390 702 780
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 180 200 390 433.3 780 866
2x2 0 BPSK 1/2 13 14.4 27 30 58.6 65 117 130
1 QPSK 1/2 26 28.8 54 60 117 130 234 260
2 QPSK 3/4 39 43.4 81 90 175.6 195 351 390
3 16-QAM 1/2 52 57.8 108 120 234 260 468 520
4 16-QAM 3/4 78 86.6 162 180 351 390 702 780
5 64-QAM 2/3 104 115.6 216 240 468 520 936 1040
6 64-QAM 3/4 117 130 243 270 526.6 585 1053 1170
7 64-QAM 5/6 130 144.4 270 300 585 650 1170 1300
8 256-QAM 3/4 156 173.4 324 360 702 780 1404 1560
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 360 400 780 866.6 1560 1732
3x3 0 BPSK 1/2 19.5 21.6 40.5 45 87.9 97.5 175.5 195
1 QPSK 1/2 39 43.2 81 90 175.5 195 351 390
2 QPSK 3/4 58.5 65.1 121.5 135 263.4 292.5 526.5 585
3 16-QAM 1/2 78 86.7 162 180 351 390 702 780
4 16-QAM 3/4 117 129.9 243 270 526.5 585 1053 1170
5 64-QAM 2/3 156 173.4 324 360 702 780 1404 1560
6 64-QAM 3/4 175.5 195 364.5 405 N/A N/A 1579.5 1755
7 64-QAM 5/6 195 216.6 405 450 877.5 975 1755 1950
8 256-QAM 3/4 234 260.1 486 540 1053 1170 2106 2340
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 540 600 1170 1299.9 2340 2598
4x4 0 BPSK 1/2 26 28.8 54 60 117.2 130 234 260
1 QPSK 1/2 52 57.6 108 120 234 260 468 520
2 QPSK 3/4 78 86.8 162 180 351.2 390 702 780
3 16-QAM 1/2 104 115.6 216 240 468 520 936 1040
4 16-QAM 3/4 156 173.2 324 360 702 780 1404 1560
5 64-QAM 2/3 208 231.2 432 480 936 1040 1872 2080
6 64-QAM 3/4 234 260 486 540 1053.2 1170 2106 2340
7 64-QAM 5/6 260 288.8 540 600 1170 1300 2340 2600
8 256-QAM 3/4 312 346.8 648 720 1404 1560 2808 3120
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 720 800 1560 1733.2 3120 3464
5x5 0 BPSK 1/2 32.5 36 67.5 75 146.5 162.5 292.5 325
1 QPSK 1/2 65 72 135 150 292.5 325 585 650
2 QPSK 3/4 97.5 108.5 202.5 225 439 487.5 877.5 975
3 16-QAM 1/2 130 144.5 270 300 585 650 1170 1300
4 16-QAM 3/4 195 216.5 405 450 877.5 975 1755 1950
5 64-QAM 2/3 260 289 540 600 1170 1300 2340 2600
6 64-QAM 3/4 292.5 325 607.5 675 1316.5 1462.5 2632.5 2925
7 64-QAM 5/6 325 361 675 750 1462.5 1625 2925 3250
8 256-QAM 3/4 390 433.5 810 900 1755 1950 3510 3900
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 900 1000 1950 2166.5 3900 4330
6x6 0 BPSK 1/2 39 43.2 81 90 175.8 195 351 390
1 QPSK 1/2 78 86.4 162 180 351 390 702 780
2 QPSK 3/4 117 130.2 243 270 526.8 585 1053 1170
3 16-QAM 1/2 156 173.4 324 360 702 780 1404 1560
4 16-QAM 3/4 234 259.8 486 540 1053 1170 2106 2340
5 64-QAM 2/3 312 346.8 648 720 1404 1560 2808 3120
6 64-QAM 3/4 351 390 729 810 1579.8 1755 3159 3510
7 64-QAM 5/6 390 433.2 810 900 1755 1950 3510 3900
8 256-QAM 3/4 468 520.2 972 1080 2106 2340 4212 4680
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 1080 1200 2340 2599.8 4680 5196
7x7 0 BPSK 1/2 45.5 50.4 94.5 105 205.1 227.5 409.5 455
1 QPSK 1/2 91 100.8 189 210 409.5 455 819 910
2 QPSK 3/4 136.5 151.9 283.5 315 614.6 682.5 1228.5 1365
3 16-QAM 1/2 182 202.3 378 420 819 910 1638 1820
4 16-QAM 3/4 273 303.1 567 630 1228.5 1365 2457 2730
5 64-QAM 2/3 364 404.6 756 840 1638 1820 3276 3640
6 64-QAM 3/4 409.5 455 850.5 945 1843.1 2047.5 3685.5 4095
7 64-QAM 5/6 455 505.4 945 1050 2047.5 2275 4095 4550
8 256-QAM 3/4 546 606.9 1134 1260 2457 2730 4914 5460
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 1260 1400 2730 3033.1 5460 6062
8x8 0 BPSK 1/2 52 57.6 108 120 234.4 260 468 520
1 QPSK 1/2 104 115.2 216 240 468 520 936 1040
2 QPSK 3/4 156 173.6 324 360 702.4 780 1404 1560
3 16-QAM 1/2 208 231.2 432 480 936 1040 1872 2080
4 16-QAM 3/4 312 346.4 648 720 1404 1560 2808 3120
5 64-QAM 2/3 416 462.4 864 960 1872 2080 3744 4160
6 64-QAM 3/4 468 520 972 1080 2106.4 2340 4212 4680
7 64-QAM 5/6 520 577.6 1080 1200 2340 2600 4680 5200
8 256-QAM 3/4 624 693.6 1296 1440 2808 3120 5616 6240
9 256-QAM 5/6 N/A N/A 1440 1600 3120 3466.4 6240 6928

备注：VHT80 3×3 MIMO不支持MCS6。

5、802.11ax速率表

Wi-Fi 802.11各标准速率确认

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  • 怎么确定现有平台或将选用的SOC平台是否支持802.11ax方案呢？ | 洋葱兄弟

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