前幾日，好基友分享給小編幾張圖片，小編看到有了想要撞墻的沖動(dòng)。

相信看到這些圖的工程師們，腦子會(huì)瞬間浮現(xiàn)超多苦澀而無(wú)奈的場(chǎng)景：

A：你的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有問(wèn)題，你看吞吐量值一時(shí)高一時(shí)低，相差極大…。.

B：在同一個(gè)辦公室里，我用手機(jī)在同一個(gè)位置測(cè)試Wi-Fi吞吐量值比你的高…。

C：我在辦公室對(duì)比了你們的產(chǎn)品和競(jìng)品的Wi-Fi吞吐量…。.

D：你的產(chǎn)品無(wú)線傳屏功能有問(wèn)題，我在辦公室傳輸圖像和視頻會(huì)出現(xiàn)卡頓…。

E：我在辦公室里用手機(jī)連你的產(chǎn)品測(cè)試Wi-Fi吞吐量，就將手機(jī)轉(zhuǎn)了90度，吞吐量值掉了一半，你的產(chǎn)品穩(wěn)定性有問(wèn)題…。.

F：我要在辦公室這種實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，測(cè)試下Wi-Fi吞吐量，看看在實(shí)際環(huán)境中，你的產(chǎn)品Wi-Fi的吞吐量以及抗干擾能力怎么樣……

大家是否也經(jīng)歷著小編之前經(jīng)歷過(guò)的絕望呢？不過(guò)小編的心可是想著大家呢~作為一個(gè)踩坑大圣，班妹決定今天跟大家分享一波繞坑秘籍~~

敲黑板：今日重點(diǎn)

一、 Wi-Fi的理論速率是個(gè)啥？

二、 這些個(gè)理論速率有什么依據(jù)？

三、 Wi-Fi的理論速率是怎么計(jì)算的？

四、 為啥Wi-Fi的理論速率還可以一直變？

五、香儂定理與Wi-Fi理論速率

六、Wi-Fi射頻應(yīng)用之基本原理

七、Wi-Fi射頻干擾

八、總結(jié)

一、Wi-Fi的理論速率是個(gè)啥？

基友發(fā)的圖片上的“速度”就是通過(guò)電腦網(wǎng)卡讀出來(lái)的Wi-Fi的理論速率。（是哪個(gè)Wi-Fi協(xié)議的理論速率，各位看官自己猜）

Wi-Fi的理論速率是根據(jù)不同的調(diào)制方式、碼率、單個(gè)子載波承載編碼字節(jié)位數(shù)、承載數(shù)據(jù)的子載波總數(shù)、空間流數(shù)、單次Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸耗費(fèi)的時(shí)間等信息計(jì)算出來(lái)的。

二、這些個(gè)理論速率有什么依據(jù)？

當(dāng)然有依據(jù)！

請(qǐng)看下圖IEEE 802.11g（圖1）以及IEEE 802.11n（圖2、圖3、圖4）協(xié)議所列舉出來(lái)的部分理論速率：

（圖1：IEEE 802.11g理論速率集）

（圖2：IEEE 802.11n-HT20 1T/R理論速率集）

（圖3：IEEE 802.11n-HT20 2T/R理論速率集）

（圖4：IEEE 802.11n-HT40 1T/R理論速率集）

三、Wi-Fi的理論速率是怎么計(jì)算的？

舉個(gè)栗子，802.11n-HT20-MCS7這個(gè)模式下的理論速率是如何計(jì)算的：（ 插個(gè)話，802.11n協(xié)議是支持2.4G和5.8G雙頻的哈）

1、每次Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是4μs （這點(diǎn)所有的Wi-Fi協(xié)議都相同）；

2、MCS7采用的是64-QAM的調(diào)制技術(shù)（可參考上圖），意即每個(gè)子載波每次可傳輸6bit（2的6次方=64）數(shù)據(jù)，速率為MCS7時(shí)，其對(duì)應(yīng)的碼率（coding rate）是5/6；

3、HT20時(shí)，OFDM將20M帶寬分割成56個(gè)子載波，用于傳輸數(shù)據(jù)的子載波數(shù)目為52；（參考圖2 MCS7時(shí)，Nsd=52，Nsd ：Number of complex data numbers per spatial stream per OFDM symbol）

4、所以在HT20的MCS7時(shí)，速率=（1/4us）*（52*6bit）*5/6 = 65Mbit/s，而當(dāng)有多空間流時(shí)，乘以同時(shí)工作的空間流（天線根數(shù)）即可，安裝的假天線不算。其它速率的計(jì)算方式是一樣的。

備注：Wi-Fi單次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間4μs對(duì)所有模式都是一樣的，參考如下計(jì)算：

4μs=Ndbps/DR；Ndbps= Number of data bits per OFDM symbol即為每個(gè)OFDM符號(hào)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特率（可參考圖1、2、3、4），DR=Data Rate；對(duì)802.11g-54Mbps時(shí)，傳輸時(shí)間=（Ndbps =216）/54Mbps=4μs；對(duì)802.11n-HT40-MCS7 1T/R時(shí)，傳輸時(shí)間=（Ndbps=540）/135Mbps=4μs

四、 為啥Wi-Fi的理論速率還可以一直變？

Wi-Fi的理論速率的大小其實(shí)體現(xiàn)的是當(dāng)前空口信道質(zhì)量的變化。

在進(jìn)行傳輸時(shí)，Wi-Fi的數(shù)據(jù)報(bào)文最開(kāi)始通常會(huì)以設(shè)備支持的編碼效率最高的協(xié)議速率在空中信道發(fā)起傳輸（協(xié)商），但此時(shí)當(dāng)前信道因?yàn)?a target="_blank">信號(hào)強(qiáng)度、距離、干擾等因素，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的傳輸中出現(xiàn)較大的時(shí)延和誤碼時(shí)，為了能更有效的抑制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延和誤碼，802.11系列Wi-Fi協(xié)議規(guī)定此時(shí)的Wi-Fi設(shè)備需采用對(duì)信道環(huán)境要求相對(duì)較低的調(diào)制編碼方式來(lái)提高數(shù)據(jù)報(bào)文在空口中抗誤碼和時(shí)延的能力。

如基友發(fā)過(guò)來(lái)的圖中速率短時(shí)間內(nèi)就從64-QAM （54Mbps）調(diào)整成CCK （12Mbps），但提升抗誤碼能力的同時(shí)，卻犧牲了數(shù)據(jù)的編碼效率，這個(gè)時(shí)候體現(xiàn)出來(lái)的就是空口協(xié)議速率的變小，也就是理論速率的變小，這也就是大家經(jīng)常說(shuō)的Wi-Fi降速率。

在辦公室環(huán)境中，由于Wi-Fi信道環(huán)境一直處于動(dòng)態(tài)變化中，極端情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)時(shí)而能連上，時(shí)而斷線的情況，其理論速率也一直在變化，吞吐量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也會(huì)一直動(dòng)態(tài)變化。

五、香儂定理與Wi-Fi理論速率

Shannon老先生在上個(gè)世紀(jì)就提出了基于理想高斯白噪聲干擾信道容量、信噪比、容量的定理（如下公式），與奈奎斯特定理不同的是，它選用的信道模型是存在噪聲干擾的，更接近實(shí)際通信數(shù)據(jù)交互。

C=B log2（1+S/N）

C為信道容量、B為帶寬、S/N為信噪比。（名詞公式雖枯燥，但理論之樹(shù)常青）

其中，信道容量C可以理解為不同的B、S/N狀態(tài)下，所使用信道最大的理論傳輸速率。結(jié)合Wi-Fi 802.11協(xié)議，比如802.11b，其在20MHz帶寬（實(shí)際是22MHz）在特定的S/N范圍內(nèi)（該值與芯片性能相關(guān)），其C值可以表征為11Mbps，而此時(shí)使用的調(diào)制方式為CCK；同理，在802.11n-HT20 –MCS7 1T/R值時(shí)，其C值可以表征為65Mbps（如支持GI=400ns，為72.2Mbps）

而對(duì)Wi-Fi吞吐量測(cè)試而言，帶寬B確定以后，其理論速率與信噪比是成正相關(guān)的，信噪比越高，理論速率就越大；換言之，信噪比此時(shí)就成為當(dāng)前Wi-Fi信道通信環(huán)境及通信質(zhì)量的重要評(píng)估指標(biāo)，是當(dāng)前空口信道質(zhì)量好壞的體現(xiàn)，也是前面中提到的碼率、調(diào)制解調(diào)、編碼方式等算法調(diào)整及切換的重要依據(jù)，當(dāng)前信道信噪比變化超過(guò)一定閾值時(shí)，Wi-Fi的理論速率、調(diào)制方式等會(huì)做自適應(yīng)切換。

實(shí)際上，對(duì)一些相對(duì)專(zhuān)業(yè)的無(wú)線終端廠商，他們即使在專(zhuān)業(yè)測(cè)試吞吐量的實(shí)驗(yàn)室，都會(huì)從芯片端去讀取當(dāng)前測(cè)試環(huán)境中的S/N、以及Noise值作為測(cè)試的參考依據(jù)。

六、Wi-Fi射頻應(yīng)用之基本原理

在辦公室（家庭或者公共場(chǎng)合）使用Wi-Fi過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)速慢、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延大和掉線等現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因，除信號(hào)覆蓋不佳和Wi-Fi終端設(shè)備負(fù)荷過(guò)重外（產(chǎn)品的數(shù)據(jù)處理能力欠佳導(dǎo)致），比較常見(jiàn)的因素，就是射頻干擾。

但Wi-Fi的射頻干擾除常見(jiàn)的其他無(wú)線系統(tǒng)對(duì)Wi-Fi的共存干擾、Wi-Fi終端的相鄰信道干擾，以及Wi-Fi射頻物理層上受到的干擾外（如產(chǎn)品本身的電源、DDR等對(duì)Wi-Fi的干擾），還存在一種這樣的情況：

當(dāng)大量Wi-Fi終端共享一個(gè)相同的空口信道進(jìn)行持續(xù)性較大流量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)（如播放高清視頻），會(huì)加大信道中數(shù)據(jù)幀沖突的概率，增多數(shù)據(jù)幀的重發(fā)頻率，導(dǎo)致當(dāng)前信道的信噪比變差，單數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間變長(zhǎng)，最終只能通過(guò)降低空口信道的傳輸效率、速率（當(dāng)然在專(zhuān)業(yè)測(cè)試吞吐量的實(shí)驗(yàn)室不會(huì)出現(xiàn)此種情況）來(lái)維持基本的通信。而當(dāng)空口負(fù)荷增大到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)影響用戶體驗(yàn)的網(wǎng)速慢、丟包，甚至掉線等現(xiàn)象。

那么是如何出現(xiàn)這種情況的呢？前方又高能了！

1）時(shí)隙碰撞、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與丟包的產(chǎn)生

如大家知道，Wi-Fi的空口信道是一個(gè) TDD（時(shí)分雙工）時(shí)分系統(tǒng)，其一個(gè)基本數(shù)據(jù)幀操作是由多個(gè)幀結(jié)構(gòu)組成，幀之間以“幀間間隔”加以區(qū)分。訪問(wèn) 802.11 媒介時(shí)，通常以分布式幀間間隔（DIFS）為起點(diǎn)，開(kāi)始整個(gè)幀交換序列，之后的幀則以短幀間間隔（SIFS）加以區(qū)分。一個(gè)基本的數(shù)據(jù)幀傳送流程見(jiàn)圖 5。

圖5

如上圖，當(dāng) station 1 在某一個(gè)時(shí)隙中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，station 2 發(fā)起監(jiān)聽(tīng)信道的請(qǐng)求。這時(shí)，由于信道已被占用， station2 只能等待避讓一個(gè)隨機(jī)的時(shí)隙后，再次監(jiān)聽(tīng)該信道，直到信道空閑并且持續(xù)了一個(gè) DIFS 的時(shí)間后，才可以傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)幀，之后等候 ACK，ACK 經(jīng)過(guò)一個(gè) SIFS 的時(shí)間后反饋。

而在信道被利用頻繁的時(shí)候，多個(gè) station監(jiān)聽(tīng)到信道空閑后，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，繼而在該時(shí)隙上出現(xiàn)碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳遞不成功，無(wú) ACK（確認(rèn)幀）返回，于是再次重傳，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延因?yàn)橹貍髯兇蟆?/p>

通常對(duì)于長(zhǎng)幀的重傳設(shè)置規(guī)定為 7 次，即此數(shù)據(jù)幀當(dāng)退避重傳 7 次仍無(wú) ACK 響應(yīng)后，則丟棄此數(shù)據(jù)幀，這時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，出現(xiàn)誤碼丟包現(xiàn)象。

這就是Wi-Fi的載波監(jiān)聽(tīng)與沖突避讓機(jī)制。

2）延時(shí)與誤碼導(dǎo)致選用更低階調(diào)制方式

當(dāng)由于信號(hào)強(qiáng)度、距離、干擾等因素，造成在數(shù)據(jù)的傳輸中出現(xiàn)較大的時(shí)延和誤碼時(shí)甚至丟包時(shí)，為了能更有效緩解時(shí)延和誤碼，保證數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性，802.11協(xié)議規(guī)定Wi-Fi終端設(shè)備需采用更低階編碼方式（如基友的例子，從64QAM 54Mbps 調(diào)整到CCK 11Mbps ），來(lái)提高數(shù)據(jù)報(bào)文在空口中抗誤碼和時(shí)延的能力。此機(jī)制的好處是可以提升抗誤碼能力，壞處是，降低了編碼的效率。

具體到AP/STA設(shè)備而言，當(dāng)出現(xiàn)較多時(shí)延、誤碼、丟包等現(xiàn)象時(shí)，它們會(huì)認(rèn)為空口信道質(zhì)量出現(xiàn)惡化，于是依據(jù)信道環(huán)境逐級(jí)采用有較強(qiáng)抗干擾能力的編碼方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而越低階的編碼方式，其編碼效率越低、數(shù)據(jù)幀的占用時(shí)隙越大，最終這種方式導(dǎo)致每數(shù)據(jù)幀的時(shí)隙逐漸增大。

空口信道理論速率的降低，導(dǎo)致每個(gè)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度增加（單次Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間都是4μs），又進(jìn)一步加劇空口信道上的沖突競(jìng)爭(zhēng)；當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)加劇到一定程度，又迫使所有終端采用抗誤碼能力更強(qiáng)的編碼方式即更低階的調(diào)制方式來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，從而就像多米諾骨牌一樣，進(jìn)入惡性循環(huán)。

3）低階調(diào)制方式意味著較低的每符號(hào)比特?cái)?shù)

在 802.11 協(xié)議中，高速率的無(wú)線數(shù)據(jù)接入能力主要源于其所采用的多載波調(diào)制技術(shù) OFDM（正交頻分復(fù)用調(diào)制）。OFDM采用n-QAM ，n 表示各種調(diào)制映射到星座圖上的模數(shù)。由于星座圖上的點(diǎn)位需精確定位以實(shí)現(xiàn)能被正確解調(diào)，所以，模數(shù)越低也就是越低階的調(diào)制方式，其對(duì)信號(hào)傳輸條件的要求越低，也就更能適應(yīng)惡劣的空口傳輸環(huán)境。

但通過(guò)調(diào)整編碼方式，提高抗干擾能力的同時(shí)，卻降低了每符號(hào) bit數(shù)，繼而理論傳輸速率也相應(yīng)下降。（如圖6： 64-QAM及256QAM星座圖所示；圖7： 256QAM星座圖第一象限）。

圖6

圖7

七、Wi-Fi射頻干擾

如第六部分所述，Wi-Fi的射頻干擾有：其他無(wú)線系統(tǒng)對(duì)Wi-Fi的共存干擾、Wi-Fi終端的相鄰信道干擾、Wi-Fi射頻物理層上受到的干擾、以及Wi-Fi 載波監(jiān)聽(tīng)與沖突避讓機(jī)制導(dǎo)致的同信道干擾。

如下數(shù)據(jù)為兩種典型的Wi-Fi射頻受到干擾的數(shù)據(jù)，供參考：

1）Wi-Fi藍(lán)牙共存干擾吞吐量對(duì)比數(shù)據(jù)

圖8為在吞吐量實(shí)驗(yàn)室只進(jìn)行Wi-Fi連接的數(shù)據(jù)，圖9為測(cè)試Wi-Fi吞吐量時(shí)，打開(kāi)藍(lán)牙連接藍(lán)牙音箱的數(shù)據(jù)，測(cè)試模式均為802.11n-HT20

圖8

圖9

2）微波爐對(duì)Wi-Fi的干擾

圖10為在家用環(huán)境中測(cè)試筆記本W(wǎng)i-Fi吞吐量時(shí)，打開(kāi)與關(guān)閉微波爐時(shí)的Wi-Fi吞吐量數(shù)據(jù)變化。

圖10

3）4G信號(hào)對(duì)Wi-Fi的干擾

圖11為不同手持設(shè)備測(cè)試Wi-Fi OTA TIS時(shí)，連接與關(guān)閉LTE Band 7 （UL = 2 505 MHz）對(duì)2.4G不同 Wi-Fi信道 TIS數(shù)據(jù)的影響。圖12為設(shè)備打開(kāi)LTE Band 7 （UL = 2 505 MHz）與工作在Wi-Fi ch13時(shí)的頻譜。

圖11

圖12

八、總結(jié)

辦公室、家庭等實(shí)際傳輸環(huán)境情況較復(fù)雜，除了各種無(wú)線系統(tǒng)的共存干擾、Wi-Fi射頻物理層上可能受到的干擾外，還有Wi-Fi自身載波監(jiān)聽(tīng)與沖突避讓機(jī)制導(dǎo)致空口信道擁塞、理論速率降低的自干擾，而這個(gè)是Wi-Fi本身的通信機(jī)制所致，只要在實(shí)際環(huán)境中使用Wi-Fi就無(wú)法避免。

以上這些情況是都是無(wú)法在實(shí)際環(huán)境中通過(guò)Wi-Fi吞吐量測(cè)試量化評(píng)估Wi-Fi產(chǎn)品無(wú)線性能穩(wěn)定性、以及Wi-Fi產(chǎn)品在實(shí)際環(huán)境中的抗干擾能力的原因，通過(guò)在實(shí)際環(huán)境中測(cè)試Wi-Fi吞吐量來(lái)量化評(píng)估產(chǎn)品的射頻抗干擾能力本身就是一個(gè)偽命題。