近兩年來，隨著 Wi-Fi 6 以及 Mesh 組網(wǎng)技術(shù)的成熟和普及，高端路由器的價格也逐漸親民，從科技愛好者到普通家庭都用上了支持新一代 Wi-Fi 技術(shù)的無線路由器。特別是 2022 年，使用 Wi-Fi 6E 技術(shù)的路由器開始進入市場，很多廠商也給自己的路由器打上了「萬兆無線路由器」的稱號。這樣的宣傳自然會讓很多消費者認(rèn)為無線網(wǎng)絡(luò)取代有線網(wǎng)絡(luò)指日可待。

然而真的是這樣嗎，所謂的萬兆無線路由器究竟可以跑出多少快的速度？這些問題看完本文你應(yīng)該能有新的理解。

無線網(wǎng)絡(luò)速度由什么決定

家用無線路由器是一個高度集成的一體機，整合了：

    路由器與防火墻：提供三層功能，包括入網(wǎng)以及保護外界入侵。

    交換機：多 LAN 口提供了二層也就是局域網(wǎng)功能。

    無線接入點：Access Point 簡稱 AP，也就是發(fā)射 Wi-Fi 信號，讓無線設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的功能。

本文主要討論家用無線路由器中的無線接入點功能，下文簡稱為 AP。在聊實際速度之前，我們先需要理解一下決定 Wi-Fi 速率的各種因素。

Wi-Fi 協(xié)議

Wi-Fi 協(xié)議是最近被提及最多的，因為在 Wi-Fi 5 時代以及之前，協(xié)議名稱均由 IEEE 的 802.11 協(xié)議規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)命名，而非簡單的數(shù)字代表代數(shù)。直到 2018 年 Wi-Fi 6 協(xié)議的推出，802.11n 與 802.11ac 才被一起更名稱 Wi-Fi 4 與 Wi-Fi 5，所以大家的感知可能不強。

目前 Wi-Fi 通訊協(xié)議的世代和其對應(yīng)的 802.11 標(biāo)準(zhǔn)如下：

    Wi-Fi 6：IEEE 802.11ax

    Wi-Fi 5：IEEE 802.11ac

    Wi-Fi 4：IEEE 802.11n

影響 Wi-Fi 速率的主要因素之一就是 AP 與終端之間采用的 Wi-Fi 協(xié)議。

    兩種協(xié)議的極限條件下，Wi-Fi 5 的理論速率上限為 3466 Mbps，而 Wi-Fi 6 可以最高達到 9600 Mbps。

    使用相同的終端和無線接入點，分別使用 Wi-Fi 5/6 協(xié)議連接，Wi-Fi 6 的理論速率相較于 Wi-Fi 5 提升約 38% 。

有關(guān)于 Wi-Fi 6 的詳細(xì)科普可以閱讀 這篇文章。
頻率

Wi-Fi 信號的傳輸依賴于一定頻率的無線電波。目前 Wi-Fi 6 協(xié)議中支持三種頻段的無線信號，而 Wi-Fi 6E 協(xié)議則多支持一種 6GHz 的高頻無線電波：

    2.4GHz：2.4GHz 頻段在 IEEE 802.11a 中就得到了應(yīng)用，由于頻率較低，2.4GHz 可以獲得不錯的覆蓋范圍。值得注意的是 2.4GHz 僅有 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 6 協(xié)議支持。

    5.2GHz/5.8GHz：這兩個頻段一般統(tǒng)稱為 5GHz，也是目前最常用的高速 Wi-Fi 頻率，相比 2.4GHz，5GHz 覆蓋面積大幅度降低，但速度提升巨大且有更大的頻率范圍，干擾也更少。

    6GHz：6GHz 是 Wi-Fi 6E 標(biāo)準(zhǔn)下新劃分給 Wi-Fi 的頻率，相比于 5GHz，Wi-Fi 6E 協(xié)議下的 6GHz 頻段并沒有速度提升，但是增加了大量的頻段，減少了同頻干擾，覆蓋面積相較于 5GHz 略有下降。

頻率越高，單位時間無線電波負(fù)載的信息量就越大，因此速度也就越快，相同頻寬下 5GHz 的理論速率相較于 2.4GHz 約有一倍的提升。
頻寬和 MIMO

2.4GHz 和 5GHz 不僅在頻率上會產(chǎn)生速度差異，所能使用的頻寬寬度也有差異。

頻寬（Bandwidth）指信號所占據(jù)的 頻帶 寬度。這里可以簡單的把頻寬想象成高速公路的車道數(shù)量，車道數(shù)量越多，單位時間可以行駛的流量也就越大。

2.4GHz 僅支持 20Mhz 與 40MHz 的頻寬，而在 5GHz/6GHz 下，則能額外支持更大的 80Mhz 和160Mhz（160Mhz 僅有 5.2 GHz 支持）；頻寬和理論速度呈線性增長，頻寬越寬理論速率越大。

MIMO 理解起來相對復(fù)雜，但是可以簡單的想像成成天線數(shù)量，Wi-Fi 技術(shù)中，每一條天線都可以負(fù)責(zé)一個鏈路的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)天線越多傳輸速率也就越快。和頻寬一樣，大家不妨把 MIMO 想象成「立體」的車道，天線數(shù)量的翻倍也會帶來 Wi-Fi 速度吞吐量的翻倍。

正交振幅調(diào)制 QAM

QAM 技術(shù)在本文不做過多展開，在 Wi-Fi 5 到 Wi-Fi 6 協(xié)議的進步中，最大支持的協(xié)議從 256-QAM 提升到了 1024-QAM，這一提升使得速度提升約為 25%。

近期也有提前支持的 4k-QAM 的終端出現(xiàn)，相較于 1024-QAM 速度提升 20%。
總結(jié)

我們可以將 Wi-Fi 想象成城市道路——2.4GHz 就是城市的主干道，干擾嚴(yán)重且在城市中心因此運行效率不高；5GHz 則是城市的繞城高速，車輛較少且沒有限速，因此數(shù)據(jù)可以走的很快；頻寬和 MIMO 則是一組立體多車道，兩者直接增加了車流量。

我們把上面的參數(shù)整合一下，就可以得到一個無線接入點的無線速率公式了，

在 5GHz 下：

    Wi-Fi 5 3x3 MIMO 80Mhz 256 QAM 的無線接入點，最高支持 1300 Mbps

    Wi-Fi 6 4x4 MIMO 160Mhz 1024 QAM 的無線接入點，最高支持 4804 Mbps

如果你增加或者減少 MIMO 的數(shù)量或者頻寬的寬度，最大速率也會呈比例降低：

    Wi-Fi 5 Wave 2 2x2 MIMO 160Mhz 256 QAM，最高支持 1733 Mbps

    Wi-Fi 6 4x4 MIMO 80Mhz 1024 QAM，最高支持 2402 Mbps

    無線路由器的參數(shù)代表了什么

在解密無線網(wǎng)絡(luò)的實際速率之前，我們需要先講解一下無線路由器的各項參數(shù)究竟代表了什么。
商品名為：AX9000，其中：

    AX：代表支持最高的 Wi-Fi 規(guī)格為 IEEE 802.11ax 也就是 Wi-Fi 6 協(xié)議。

    9000：代表其硬件最高支持的聚合連接速率為 9000 Mbps，也就是 1125 MB/s 的傳輸速率。

而 9000 = 4804 + 2402 + 1196 + 576，相信這一串?dāng)?shù)字你并不陌生，在上文已經(jīng)詳細(xì)講解了 Wi-Fi 6 協(xié)議能達到的各類速率，這邊在詳細(xì)解釋一下：

    4804Mbps：在 5.2GHz 下 4x4 MIMO 160MHz 1024-QAM 的規(guī)格下能夠達到的理論速率

    2402 Mbps：在 5.8GHz 下 4x4 MIMO 80MHz 1024-QAM 的規(guī)格下能夠達到的理論速率

    1196 Mbps：在 2.4GHz 下 4x4 MIMO 40MHz 1024-QAM 的規(guī)格下能夠達到的理論速率

    576 Mbps：AIoT 天線速率，不能被終端使用。

9000 兆是由該路由器所有支持的頻段中硬件支持的最高速率加和而成，命名方式也符合 IEEE 的規(guī)定，但是這并不代表該無線路由器可以跑出 9000 Mbps 的速率。
實際握手速率與終端支持

此外我們需要注意兩點，一是高速 Wi-Fi 不僅需要 AP 支持，也需要終端設(shè)備支持。另一點則是 Wi-Fi 終端在同一時間只能在一個頻段工作，因此我的設(shè)備在這臺無線路由器上理論能達到的最高速率為選擇在 5.2GHz 頻段下使用 160Mhz、使用 4x4 MIMO 的終端，這樣的硬件條件下 Wi-Fi 速率可以協(xié)商到 4804Mbps 的理論速率。

由于目前市面上還沒有支持 4x4 MIMO 的 Wi-Fi 6 終端出現(xiàn)，主流設(shè)備仍然是 2x2 MIMO，因此我們的速率會再打一個對折，如果使用諸如小米 12 Pro 這樣的支持 160MHz 的移動終端，則可以達到 2402Mbps。

終端設(shè)備諸如 iPhone，在 iPhone 11 系列之后均支持 Wi-Fi 6 協(xié)議，只不過僅支持 2x2 MIMO 80Mhz，因此使用 iPhone 11 以后的支持 Wi-Fi 6 的終端設(shè)備，僅能達到 1201Mbps。

而諸如 MacBook Pro 16-inch 2019 這樣僅支持 3x3 Wi-Fi 5 的老設(shè)備，僅能達到 Wi-Fi 5 的 1300Mbps。

以上速率均為終端和路由器之間的協(xié)商速率，或者也稱為 PHY 速率或者握手速率，這一速率一定大于在現(xiàn)實環(huán)境中可以跑出的無線網(wǎng)絡(luò)速率。
Wi-Fi 的一些其它「開銷」

握手速率或者 PHY 速率我們可以理解成電動車的 NEDC 續(xù)航里程，根據(jù)實際環(huán)境的不同速率也會產(chǎn)生折扣。

由于 Wi-Fi 開銷過于復(fù)雜，本文不做深入討論，僅列舉幾種最為明顯的開銷類型：

    TCP/IP 開銷 ：在所有有線或無線網(wǎng)絡(luò)中，TCP/IP 連接的開銷約為 5%。這 5% 來自設(shè)置連接和解決正在交換的數(shù)據(jù)包和幀所需的所有數(shù)據(jù)。在標(biāo)準(zhǔn)幀尺寸下，有線 1Gbps 連接的 TCP 吞吐量約為940-950 Mbps。

    信標(biāo)幀 ：這是 AP 向客戶端設(shè)備宣傳網(wǎng)絡(luò)的方式。為了確保范圍內(nèi)的所有設(shè)備都能理解它們，AP 以最低的支持?jǐn)?shù)據(jù)速率發(fā)送管理流量，如信標(biāo)幀。這擴大了廣播的范圍，降低了速度傳輸?shù)乃俾?，消耗了寶貴的廣播時間。

    半雙工 ：基于OFDM的 Wi-Fi 是半雙工的，這意味著一次只能傳輸一臺設(shè)備，并且只能向一個方向傳輸?？梢员扔?，Wi-Fi 是一款對講機，而不是電話，這意味著同一時間只能有一人說話。以太網(wǎng)是全雙工的，允許同時向雙向傳輸。Wi-Fi 是半雙工并不意味著吞吐量被減半，但它確實意味著 Wi-Fi 設(shè)備不能進行多任務(wù)處理。下載大型文件時，客戶端設(shè)備必須花許多短暫的保護間隔將 TCP 確認(rèn)幀傳輸回其 AP，或允許其他人傳輸。Wi-Fi 設(shè)備無法同時下載和上傳數(shù)據(jù)，也無法在其終端傳輸中通訊。MU-MIMO 和 OFDMA 技術(shù)部分地解決了這個問題。

    干擾與重傳 ：除了（大部分）是半雙工外，Wi-Fi 還是一種共享媒體。當(dāng)一臺設(shè)備在通道上傳輸時，范圍內(nèi)的所有其他設(shè)備都必須等待輪到他們。如果多個設(shè)備同時傳輸，可能會發(fā)生碰撞，導(dǎo)致傳輸混亂。當(dāng)碰撞發(fā)生時，設(shè)備需要隨機等待一段時間才能重新傳輸。協(xié)調(diào)共享介質(zhì)的使用和處理碰撞消耗了寶貴的廣播時間，導(dǎo)致每個人的有效吞吐量較低。比如藍(lán)牙就會和 2.4GHz Wi-Fi 互相干擾，USB 3.0 也會影響到 5GHz Wi-Fi 信號。

    幀間的調(diào)制區(qū)別：當(dāng)看到 1200Mbps 的鏈接速率時，并不意味著傳輸過程中每幀都以 1024-QAM 調(diào)制發(fā)送。鏈接速率更像平均速度限制。隨著通道條件的變化或傳輸失敗，單個幀可能會被發(fā)送到高于或低于當(dāng)前鏈接速率值。

EIRP：無線信號發(fā)射能力

EIRP 是一種描述 AP 發(fā)射信號能力的參數(shù)：

    等效全向輻射功率（英語：equivalent isotropically radiated power，EIRP），或叫有效全向輻射功率（英語：effective isotropically radiated power，EIRP），是 無線電 通信領(lǐng)域的一個常見概念，它指的是 天線 在某個指定方向上的輻射功率，理想狀態(tài)下等于 發(fā)射器 的發(fā)射功率乘以天線的增益。

通常信號強度以對數(shù)單位 dBm 表示，因此 EIRP = 發(fā)射功率 + 天線增益 - 損耗值

EIRP 在一定程度上可以描述 AP 的無線信號發(fā)射能力。我國工信部對于 Wi-Fi 的 EIRP 有明確的限制：

    2.4 GHz 下，EIRP 限制在 100mW 也就是 20dBm

    5 GHz 下，EIRP 限制在 200mW 以下 也就是 23dBm

需要注意的是，這里限制的功率是 AP 所有天線的總功率，因此在多根天線同時工作的時候，每根天線的發(fā)射功率也會相應(yīng)打下折扣。其所帶來的影響的就是 Wi-Fi 降低連接的速率。
墻面阻隔、距離與信號強度

信號強度也是影響實際 Wi-Fi 速度的重要原因之一，我們的終端接收到的信號也和 EIRP 一樣都以對數(shù)單位 dBm 表示，不過因為實際接收到的信號折損很大，一般在 AP 周圍一米以內(nèi)（無遮擋）可以接受到 -30 ~ -25 dBm 的 5GHz 信號。

在空間中可以參考下圖：

國內(nèi)房屋的非承重混凝土墻壁會對信號造成 12-20dBm 的衰減，承重墻則更多：

而無線網(wǎng)絡(luò)的頻寬和調(diào)制技術(shù)的敏感程度如下：

如此這些影響 Wi-Fi 速率的因素存在，我們不必做過多組合計算，只需要知道，理想環(huán)境下，實際連接速度最大約為理論速度的 70%-80%，正常環(huán)境下：

    80 MHz 信道上的 2x2 設(shè)備可以實現(xiàn) 1201 Mbps 的最大協(xié)商速率，實際吞吐量約為 800-900 Mbps。

    160 MHz信道上的 2x2 設(shè)備可以實現(xiàn) 2402 Mbps 的最大協(xié)商速率，實際吞吐量約為 1400-1600 Mbps。

總結(jié)

看到這里相信你已經(jīng)對與 Wi-Fi 的實際傳輸速率有了一定的概念，回到本文最開始的問題，萬兆無線路由器真的能跑出萬兆嗎，答案肯定是否定的：現(xiàn)在市場上的無線路由器由于其命名規(guī)則，均為聚合速率，在實際使用中最優(yōu)秀的終端設(shè)備配合最好的 AP 也僅能在理想環(huán)境下達到 1.4Gbps-1.6Gbps 的傳輸速度。

而多設(shè)備（2x2 160Mhz Wi-Fi 6）同時使用同一個 AP 進行交換吞吐時，也會受限于 AP 的交換能力和天線功耗的限制，實際也只能達到 1Gbps 的速度。

本文所有討論的情況均在較為理想的環(huán)境中，現(xiàn)實生活中的 Wi-Fi 傳輸過程比理想環(huán)境復(fù)雜，更多的頻段干擾以及更多的信噪比都是影響 Wi-Fi 速度的重大因素。