可见2.4GHz上同时工作的设备很多,频段拥挤,干扰严重 。当千万盏灯都亮着,你和楼上楼下的邻居正在用Wi-Fi愉快地上网时,路由器在背后默默选择频道,协调干扰 。
Wi-Fi将2.4G频段的83.5M带宽分成13个频道,每20M一个 。请注意,这些通道是重叠的 。本来只能放下三个频道,现在强行挤进来13个频道 。它们之间的干扰是难以避免的,只能尽量减少 。大不了大家都会放慢脚步排队 。
2.4G频谱和频道(国内不允许使用14频道)
渠道重叠到什么程度?从下图可以直观的看出,在这些信道中,只有1、6、11、2、7、12或者3、8、13组完全没有重叠,可见2.4GHz频段的拥挤程度 。就像一条窄路,上面通过的车很多,经常堵车,必然会导致车速降低 。
2.4G非重叠渠道分布
在802.11n,用户可以使用40M的频道,但2.4GHz频段仍然只有83.5M的总带宽,只能容纳两个频道 。所以只有在网络空空闲的夜深人静的时候,单个用户才有可能使用40M的信道 。再加上隔壁老王家的干扰,802.11n的高速率很大程度上很难实现 。
2.4G 40M带宽通道
如果说2.4GHz频段是一条窄路,那么5GHz频段无疑是一条康庄大道 。
5GHz频段可用范围4.910 GHz ~ 5.875 GHz,带宽900 M以上,是2.4G的10倍以上!这个频谱太广了,不同的国家根据自己的情况定义了Wi-Fi可以使用的范围 。
例如,在中国的5GHz频谱中,有13个20M的信道可用于Wi-Fi 。连续的20M通道也可以形成40M、80M甚至160M通道 。
中国5G渠道分布图
5GHz的带宽大,上面运行的设备少,用起来自然快,干扰小 。所以,如果想让家庭网络达到良好的速率体验,可以考虑使用5GHz覆盖全屋 。
然而尺有所短,寸有所强 。5GHz虽然带宽大,干扰小,但信号传播衰减快,容易被遮挡,穿墙能力弱 。
2.4G和5G Wi-Fi信号穿透损耗
所以相对于2.4GHz,5GHz的信号通常要弱很多 。至于每个能覆盖多少米,由于路由器的天线增益、接收灵敏度、家中墙壁和障碍物的分布、个人期望达到的上网速率等因素,很难具体给出 。
如果只考虑家里各种智能家居的联网,2.4GHz的覆盖和容量通常是足够的 。但如果需要高速上网,最大限度发挥家庭宽带的价值,就必须依靠5GHz来实现 。
所以建议Wi-Fi的覆盖不要考虑2.4GHz,直接以全屋覆盖5GHz作为设计目标 。一般单个路由器很难在复杂的家庭环境下实现无死角覆盖,所以要考虑多个路由器之间的组网和漫游,后面会讲到 。
2.3.Wi-Fi的关键技术
为什么Wi-Fi越来越快?其实IEEE 802.11系列协议一直在向3GPP 4G和5G学习,使用的底层技术是通用的 。
OFDM/OFDMA
OFDM的全称是正交频分复用 。系统将载波带宽在频域上划分为多个正交的子载波,相当于将一条道路划分为平行车道,通行效率自然会大大提高 。
在Wi-Fi 5及之前(802.11a/b/g/n/ac)中,副载波宽度为312.5KHz,在Wi-Fi 6(802.11ax)中,副载波宽度降为78.125KHz,相当于把同样宽度的道路分成了更多的车道 。
Wi-Fi 6的副载波更多 。
在OFDM下,每个用户必须同时占用全部带宽中的所有子载波 。如果没有那么多数据要发送,频率资源也没有用够,其他用户无法灵活使用,只能干排队等待,频谱资源的使用效率不高 。
为了解决这个问题,Wi-Fi 6引入了OFDMA技术,后面多了一个字母A,全称变成了正交频分复用多址 。多址意味着多用户重用 。
OFDM与OFDMA
OFDMA可以支持多个用户同时共享所有子载波 。相当于运输公司把多个用户的数据统一打包,一起装载,充分利用车厢能力,让大家的投递速度加快,频谱效率提高 。
MIMO/波束成形
路由器上的天线数量不断增加,从看不见的天线到一根、两根、三根、四根、六根、八根...现在无论什么价位,路由器都像螃蟹一样,张牙舞爪,虚张声势 。
你为什么需要这么多天线?为了更好的实现MIMO(多输入多输出)技术 。简单来说,传输信号时,用多根天线同时发送多个不同的数据,速度自然翻倍;接收时,多根天线同时接收手机信号 。就像戴助听器一样,接收灵敏度也增强了 。
单用户多输入多输出
如果所有天线同时只服务于一个用户,则称为单用户MIMO(SU-MIMO) 。再者,路由器四通道发射,手机四通道接收,也可以更准确的称为4x4 MIMO 。
有时候,路由器的天线很强大,但是环顾四周,发现手机都是弱鸡 。路由器可以发四个信号,手机最多只能接收两个 。最终,路由器将不得不合作只发送两个 。这不是浪费吗?
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