网络设备硬核技术内幕 无线局域网篇 (十) 狂飙为我从天落 上

在上一期我们通过有趣的数学理论学习，掌握了无线通信的几条铁律，今天，我们终于可以计算一下Wi-Fi的传输速率啦！

先从802.11g算起。

802.11g有48个有效的子载波，采用64QAM调制——每个码元携带log2(64)=6bit信息，3b/4b编码，每次传输的时间(符号时间)为4微秒。

因此，802.11g的传输速率为：

1/0.000004 * 6 * (3/4) * 48 = 54Mbps。

我们用一个公式来抽象一下，WLAN速率的计算方法：

Speed为无线理论速率，symbol time为传输一个码元的时间。

每个码元可以携带若干个bit，与调制方式相关，如64QAM调制的情况下，每个码元携带6bit。

coding rate为编码率。由于有效信息要通过一定的编码才能形成码元(如1000M以太网使用8b/10b编码，编码率为0.8)，因此，码元速率还需要乘以编码率，才是每个码元的有效信息量。

sub-channel为子信道数，如802.11g为48。

到了802.11n时代，子信道数增加了4个，进化为52个子信道。

同时，由于802.11n允许将两个码元传输之间的保护时间减半，symbol time缩短为3.6ms。

码元编码技术也进行了优化，使用了5b/6b编码，coding rate提升到了5/6.

这样一来……

802.11n的理论速率为

1/0.0000036 * 6 * (5/6) * 52 = 65Mbps。

802.11n还有一项开创性的技术：

信道合并。

802.11n的每个信道宽度为20MHz，可以提供56个子载波，其中4个传输监控信令。当2个20MHz信道合并为1个40MHz信道后，它可以提供112个子载波，去掉4个监控信令信道，还剩下108个子信道。

理论速率为：

1/0.0000036 * 6 * (5/6) * 108 = 150Mbps。

让我们回顾前面的内容《无线局域网篇 (三) 飙车方法论(上)》，在802.11n中，新引入了MIMO机制，可以利用空间多条流同时收发，成倍提升WLAN传输速率。因此，在N x N的MIMO情况下，就可以提供150Mbps * N的速率，如4x4 MIMO可以达到600Mbps。

当WLAN演进到802.11ac世代，速率的计算也类似。

802.11ac相比起802.11n来，调制方式采用了256QAM，编码率仍然为5/6。

802.11ac与802.11n最大的区别是，802.11ac引入了5GHz频率，频宽为80MHz，划分为250个子载波，其中16个用于信道监控，其他234个用于传输数据。

我们将这些数据代入前文公式：

1/0.0000036 * 8 * (5/6) * 234 = 433.3Mbps。

当802.11ac使用2x2，3x3，4x4 MIMO的时候，数据传输速率可以达到867M，1300M和1733Mbps。

由于802.11ac只使用5GHz频段，而2.4GHz依然可以给802.11n使用，一般地，802.11ac的WLAN AP都同时支持802.11n。

这样一来——

我们注意到，802.11ac采用了256QAM调制，那么，如果将这种调制方式应用到802.11n上呢？

这种技术叫做TurboQAM。在引入了TurboQAM后，802.11n单条空间流速率也提升到了——

1/0.0000036 * 8 * (5/6) * 108 = 200Mbps。

4x4 MIMO的情况下可以达到800Mbps。

给大家留一个问题：

802.11ac wave2 3射频12条流的AP，最大吞吐可以到多少呢？