WiFi的真实速率

Posted 2022-12-06 苏导

“虽然许多路由器厂商宣称自家的路由器可以达到极高的速率，但实际上用户购买回去用起来却很难达到很快的速率。因为WiFi传输速率是符合木桶效应的，许多时候速率受限于接入路由器的WiFi终端性能。只有全链路能够达到的速率，才是使用者感受到的速率。”

01

通信领域的木桶效应

一个水桶无论有多高，它盛水的高度取决于其中最低的那块木板，若要使此木桶盛水量增加，只有换掉短板或将其加长才行，这就是木桶效应。通信领域，数据传输一般都涉及到多个终端，每个终端的处理能力、终端之间的传输线路，都是水桶的木板，有一个环节是短板，那么整个链路的通信就会被阻塞。而通信上的优化，经常用的手段就是分析出短板位置，然后想办法进行解决。或者是对各个环节都进行监测比对，从整体上考量将每个环节的速率进行提升，最终达到整体速率提高。

我们平时使用最多的WiFi终端是手机，手机通过WiFi网络的数据传输，将使用不同手机的用户紧密联系起来。在家里手机连接WiFi上网，目前比较常见的网络连接框架是像下图这样的。

首先是运营商的光纤入户，家里会购买一个运营商的网络服务（像电信、移动、联通等），购买的时候就会有带宽的说明，比如价格高一些的，带宽就高。然后运营商安装网络时会送一个光猫以及提供一个网络账号和密码，这个光猫一般有2个功能，一个接口用来接电视直播的盒子（运营商还会赠送一个电视直播盒子），直播盒子通过HDMI连接到电视机，这样可以收看电视直播。光猫另外的接口是用来接入路由器的WAN口的，这样家里的路由器就能够接入互联网了。路由器的LAN口可以再扩充到各个房间的下一级路由器或无线AP（这个不一定会安装，手机等WiFi终端可以方便接入，信号很好的覆盖到全屋），另外路由器本身也会开启无线热点，信号可以覆盖大部分家庭空间。

所以像上面的情况，运营商网络带宽、无线路由器性能、无线传输干扰、手机WiFi的性能等都可能成为网络传输的速率瓶颈。

02

主流WiFi设备基本情况

目前市面上主流的WiFi终端设备（平板，笔记本，手机）一般支持2x2 MIMO（多天线），高质量的路由器现在普遍支持 WI-FI 5或Wi-Fi 6，4x4 MIMO多天线，还有波束成形等特性。

相较于运营商提供的以太网速率（几百Mbps，或者是千兆bps的），WiFi是在受限的无线频谱资源上使用，通常许多不同的设备会同时使用该有限的频谱资源，因此会造成WIFI信道的拥塞，传输速度无法跟上以太网的速度。鉴于此，越来越多的WIFI设备支持5G频段、WiFi 6甚至是未来的WiFi 7来达到更高的WIFI速率。

当前手机基本只支持2x2 MIMO，可能原因如下：

• 暂时没有非常迫切的需求到4x4，300Mbps的WIFI速率已经满足所有App的应用需求，（元宇宙目前还是概念探索阶段）

• 天线增多会增加功耗，对手机的电池续航造成影响

下图是参考一个网站上统计的手机MIMO的支持情况：

03

路由器宣称速率与实际速率的差距

这里参考了一个网站对一款路由器速率的实测数据，用来说明路由器宣称的速率和实际速率的差距，这个实测以AC5300这款路由器为例，其支持80.211ac（Wi-Fi 5）:

测试的方法以及各实测速率数据如下图，分别是路由器和一个2x2天线的手机终端，以及路由器和一个4x4的开发板终端。

如下以路由器和手机的实测数据进行详细说明：

5300 -> 2166: 最大频段速率

5300是路由器宣称的速率，其实是对所有的频段的速率进行激进的累加来计算的，但实际上其最大速率只能达到5 GHz频段的峰值（使用所有MIMO天线），

5300 = 2166 + 2166 + 1000

• 1000：2.4GHz 频段速率

• 2166：5GHz 频段速率

2166 -> 2166: 实际的信道频宽

路由器制造商2.4GHz频段的速率都是用40MHz频宽来对外宣称的，但实际上用户基本都是用的20MHz的频宽（传输距离要更远）。5GHz频段的都是以80MHz频宽来对外宣称的，如果以160MHz频宽来宣称，那实际使用时速率就得砍半了。

2166 -> 1083: WiFi终端MIMO多天线

一般手机终端只支持2x2 MIMO，所以虽然路由器是4x4的，实际手机连接路由器使用时还是只有2x2 MIMO可用，速率要砍半。

1083 -> 866: 路由器QAM

路由器厂商一般以1024-QAM来宣称速率(Router DOES支持)，但目前基本上WiFi终端是不支持1024-QAM的，即使支持，通信距离也需要靠的非常近才行，一般实际用的是256-QAM。

866 -> 650: 调制和码率

路由器厂商喜欢宣称最大的PHY（物理层）速率，但是只有WiFi终端设备与路由器非常靠近时才能达到最大的PHY速率，当距离拉远时，速率会递减。调制方式/码率是决定一次能够传输多少信息的指标，且与传输距离直接相关，距离越远，一次能够传输的信息就越少。

650 -> 357: MAC效率

前面讨论的都是PHY（物理层）上的速率，实际到应用层的速率，因为有底层各层协议报文包头的消耗，一般用户实际的数据是PHY速率的50%到70%，经验上选取55%来做评估，650x55%=357。

357 -> 进一步降低: 干扰

如果WIFI信道有干扰，速率上会继续下降。

04

如何得到实际的WiFi速率

可以使用测速工具，通过搜索引擎即可搜到，有网页版的工具会比较方便。

另外可以查看自己的无线设备的PHY的速率，乘以55%来大致预估实际应用数据上的速率。PHY的速率的决定因素：

• 频宽

• 调制方式与传输距离

• MIMO多天线