Wi-Fi7最大理论速率有多快？ Wi-Fi速率影响因素
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-fi 7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 ieee 802.11be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-fi 7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。
2.2 symbol 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-fi 7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。
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wi-fi7即 ieee 802.11be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。
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2. wi-fi速率影响因素
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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。
2.2 symbol 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。
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5. 总结
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