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:

 (1/4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

-----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:

(1/4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/(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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