Wi-Fi 7有多快？--WiFi速率理论计算

经常看到手机或路由器产品上面的Wi-Fi速率有多快，WiFi速率已经成为一个产品的最核心的指标和卖点，那Wi-Fi速率和什么有关系？Wi-Fi 7最大理论速率有多快？从Wi-Fi 1到Wi-Fi 7，速率越来越快，背后的理论依据是什么？本文从技术的角度，来阐述Wi-Fi速率的理论计算，最后以小米的万兆路由器为例，来计算下“万兆”的由来。

1.Wi-Fi7悄然而至

前些日子，看到小米发布了最新的路由器产品-小米万兆路由器，从名字上就可以看出，其速率已经达到了万兆，官方称，“Wi-Fi 7，不只是速度，更是系统性的体验跃升！多路连接、动态优选、更低延迟、更强抗干扰。为将来的娱乐、办公，带来更浩瀚的想象空间。”

Wi-Fi7即IEEE802.11be标准，虽然标准预计2024年才完全定下，但是各大芯片厂商都发布了相关产品，如高通，博通，联发科等芯片公司。

下图是高通公司官网截取的，FastConnect 7800支持Wi-Fi 7标准，支持的最大速率达5.8Gbps。

博通最新支持Wi-Fi 7标准的芯片BCM67263/BCM6726，支持4*4 MIMO，速率最高达11.5Gbps。

MTK最新的Wi-Fi7产品--Filogic 880的参数，最大支持到36Gbps。

这些芯片产品代表了目前最先进的Wi-Fi技术

2. Wi-Fi速率影响因素

WiFi速率究竟有多快，和很多方面有关，这一节从Wi-Fi标准来计算WiFi的理论速率。无线速度峰值是五个因子的乘积：空间流数量，每码元开销，编码方式，码率和信道带宽（有效子载波数量），计算公式如下：

2.1 空间流数量

空间流其实就是 AP 的天线，空间流越多，在发射器和接收器处便需要越多的天线、射频连接器以及射频电路来处理，这提高了芯片设计难度。空间流越多， 整机吞吐量也越大，就像高速公路的车道一样， 8车道一定会比 4 车道运输量更大。

2.2Symbol 与 GI
Symbol就是时域上的传输信号，相邻的两个Symbol之间需要有一定的空隙GI，以避免 Symbol 之间的干扰。802.11ac的symbol时间是3.2uS，仅有 400 ns 或 800 ns 两种可选保护间隔。而802.11 ax和802.11 be的symbol时间是12.8uS，有三种可选保护间隔（0.8、 1.6 或 3.2 μs）。从数学角度来看，Ts/(GI+Ts) 比率决定了峰值时域效率，对于 11ac 来说，这一结果高达 3.2 μs/(3.2 μs + 0.4us) 或 88.9%，而使用 802.11ax或者802.11be 时，可以达到 12.8/(12.8+0.8)= 94% 的效率，效率更高，同时具有更高的多路径可靠性。

2.3编码方式
编码方式就是调制技术，即1个Symbol里面能承载的bit数量。Wi-Fi每次调制技术的升级，都能给单空间流速率带来一定的提升。

Wi-Fi 6 采用最高 1024-QAM 调制，每个符号承载 10bit 信息；Wi-Fi 7 将采用最高 4096-QAM 调制，每个符号承载 12bit 信息， 因此相对于 Wi-Fi 6 来说， Wi-Fi 7的信息承载量会提升 20%。4096QAM调制对芯片设计来说，带来了很大挑战，比如射频电路各种非理想因素，时钟噪声等。

2.4 码率
理论上应该是按照编码方式无损传输， 但现实没有这么美好。传输时需要加入一些用于纠错的信息码，用冗余换取高可靠度。码率就是排除纠错码之后实际真实传输的数据码占理论值的比例。

2.5有效子载波数量
载波类似于频域上的 Symbol，一个子载波承载一个 Symbol， 不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样，和带宽以及每个子载波的带宽相关。对于Wi-Fi 7，最大支持带宽320MHz，子载波数量达到惊人的4*980=3920个。大带宽对射频电路设计也极具有挑战性。

3.Wi-Fi速率理论计算

通过第二节，可以计算Wi-Fi速率，利用到的公式再写一遍：

下面前三个表格是单空间流计算出的速率，分别为Wi-Fi 5/6/7。第四张表比较了近几代Wi-Fi最高理论速率，主要是空间流数量/MIMO数的提升，对最高理论速率提升比较明显。

• Wi-Fi 5 /802.11ac,GI=0.4uS，单空间流

• Wi-Fi 6/802.11ax,GI=0.8uS，单空间流

• Wi-Fi 7 /802.11be,GI=0.8uS，单空间流

• Wi-Fi 最高理论速率对比

4. 小米万兆路由器的“万兆”计算

正如一开头所说，小米发布的路由器达到万兆，那么这个万兆是如何得到的，下表是整理出的路由器参数：

支持3个频段2.4GHz, 5.8GHz和5.2GHz，每个频段都支持4*4MIMO, 因此在速率上得到极大的提升，另外全都支持到WIFI7的4K QAM调制，参数中已经标明了理论最高速率，通过前面章节，来计算下这些理论速率，3个频段的速率差异主要来自于带宽上的差异，带宽越大，子载波数越多，支持的速率越高，三个频段速率相加，达到10.024Gbps，即万兆，想要达到这么高的速率，需要3个频段同时工作，并需要支持4*4MIMO，因此天线数量需要3*4=12个，这路由器参数表中也标明了。

5. 总结

每一代的Wi-Fi升级，都带来更大的速率提升，不过对于芯片设计来说，带来的挑战也是巨大的，Wi-Fi7悄然而至，几个大厂都已经蓄势待发，大陆的芯片厂商，也希望尽早突破。

Reference:

华为 Wi-Fi 6 (802.11ax)技术白皮书；

Cisco: IEEE 802.11ax：The Sixth Generation of Wi-Fi White Paper.