上一篇介紹了Wi-Fi頻譜的知識,但是衍生了更多的問題與諸多的名詞與疑問,特別是寫WT-398測試規範的時候,覺得有許多觀念與名詞沒有解釋清楚。於是繼續深入的往下瞭解。
本篇其實是依照WT-398測試時出現的名詞來分段說明,分為以下幾個部分:Protocol、MCS、GI、Spatial Stream (空間流),以下就分別看一下:
1. Protocol
之前有許多許多協定的標準在歷史上出現:11a, 11b, 11g, 11n, 11ax, 11ax,這就是Protocol,2019年Wi-Fi產業聯盟覺得太難懂了,於是就定義幾個比較好記的名字Wi-Fi 4、Wi-Fi 5、Wi-Fi 6,下面這張表,足以說明名詞與協定:
2. Modulation Coding Scheme (MCS)
上面圖中大致上理解不會有太大問題,但是其中有一個MCS,一般來說大家比較沒有注意。這裡需要多談一下。
Modulation 中文叫做調變,Modulation Coding Scheme 就是調變編碼方式。所謂調變,就是將數位的資料轉換為無線電波(Analog)的方式,接收端接到信號之後,必須要再解譯回來,稱之為解調(Demodulation),轉換過程中,切割資料的越密,數據的傳輸量就越大。
那為什麼一開始不切密一些? 因為這是實際問題,切割資料的越密,需要CPU的運算能力越大,考慮實務面的困難度,所以前面定標準的人,只能用保守一些的方式來定義規格。此外,越簡單的演算法,就算是微弱的信號也可以完成訊號的傳遞,但是複雜的演算法,只要信號太弱,就無法Recover回來,換成我們生活用語,就是會開始掉包,一旦掉包就要重傳,這時候連線速度就會大幅下降。
MCS其實也代表了依照時間,技術發展的演進。請參考下表:
調變方式決定無線信號(RF)載波時的數據密度,計算的公式如下:QAM數值是2的N次方,因此,64QAM = 2^6,表示一次可傳輸6 bit的數據;256QAM = 2^8,一次可以傳8 bit;1024QAM = 2^10,就可以傳10bit了。
為保證數據傳輸的完整性,在調製過程中需要插入一些容錯數據用於糾正錯誤,因此有個Coding Rate的概念,它以分數形式來體現每次傳輸時有效數據的比例。上表當中,1/2表示只有一半是有效數據,另一半是容錯數據;5/6表示5/6是有效數據,1/6是容錯數據。所以MCS=5就與MCS=7來比較,MCS-7會有比較好的容錯能力。
將調製方式與碼率組合起來,就得到上面的MCS (Modulation and Coding Scheme)速度表,WiFi設備的實際連接速率,會在這張表當中上、下跑,當無線信號強勁時,裝置會使用MCS較高的組合,當無線信號比較弱的時候,裝置會傳送失敗,這時候就會自動往低階的組合來嘗試。
3. GI (Guard Interval) 保護間隔
這裡面還有一個名詞叫做GI需要解釋一下,GI是Guard Interval的簡寫,在11n/ac標準中,每一封包是發送3.2微秒,再停止800 ns (微秒),接著繼續發下一封包,這個間隔時間就叫做Guard Interval。
保護間隔的設計是在避免多路徑效應(Multi-path Effect)造成的信號損失。在無線傳輸中,通常天線都不只一支,RF信號會通過兩條或更多條路徑到達接收天線,如果後一個封包到達天線的速度過快,則信號可能會干擾較早的封包(意味著信號品質下降)。
除了天線之外,傳輸的RF信號可能會遇到障礙或牆壁,這些障礙可能會改變原始信號或反射出新信號。一個或多個原始RF可能會繼續直行到達接收天線,反射的RF接著也來到接收天線。這樣就全亂了。GI就是等一下,等處理完了再繼續送。
注意: 802.11 a/b/g的GI為800 ns。但是之後的802.11n/ac/ax,都可以使用較短保護間隔(400 ns),
那如果短GI是不是可以提高速度? 的確可以,整體而言,GI=400 ns時,可以將傳輸的效率提升10%多。但是也有一些條件限制:
- 如果金屬或其他反射材料不會過多,可以啟用短GI。
- 如果僅使用 802.11n、802.11ac、802.11ax時,可以啟用短GI。
而幾乎所有無線裝置的GI的預設值仍設置為800 ns。
4.Spatial Stream (空間流)
空間流(Spatial Stream)源於MIMO(多天線同步收發)技術,通常以I×O來標識接收/發送的天線數,兩者可以是任意比例,不過在WiFi設備中,基本是收發對等的,例如2×2或4×4,即2條空間流(2SS)或4條空間流(4SS)。因此,在每支天線的傳輸速度假設為相同的情況下,WiFi設備的理論傳輸帶寬=單一流帶寬×空間流數目。
PS: 實務上,其實每支天線的效能都不太一樣。
5. 如何計算速度
(1) Wi-Fi 5
這裡提供一個常用的理論值,如果5GHz 802.11ac/256QAM/80MHz時:
1SS : 433Mbps
2SS : 867Mbps
3SS:1300 Mbps
4SS: 1733Mbps
如果 2.4GHz 802.11n/64QAM/40MHz時:
1SS: 150 Mbps
2SS: 300 MBps
以WAP-7531來說,最大的頻寬就是 1733 + 300 = 2033,廣告詞就是AC2033。
而WAP-3518來說,最大的頻寬就是 867 + 300 = 1167,廣告詞就是AC1200。
(2) Wi-Fi 6
WAP-7631 的話,5GHz 802.11ax/1024QAM/80MHz,所以 600.5 x 4 (5GHz) + 287 x 2 (2.4GHz) = AX2974,可以號稱為AX3000。
WAP-6002 的話,5GHz 802.11ax/1024QAM/160MHz,所以 1200 x 4 (6GHz) + 1200x4 (5GHz) X4 + 1200 x 4 (2.4GHz) = 14400,可以號稱為AX14000。

