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。

相信看到這些圖的工程師們，腦子會瞬間浮現(xiàn)超多苦澀而無奈的場景：

A：你的產品設計有問題，你看吞吐量值一時高一時低，相差極大…。.

B：在同一個辦公室里，我用手機在同一個位置測試Wi-Fi吞吐量值比你的高…。

C：我在辦公室對比了你們的產品和競品的Wi-Fi吞吐量…。.

D：你的產品無線傳屏功能有問題，我在辦公室傳輸圖像和視頻會出現(xiàn)卡頓…。

E：我在辦公室里用手機連你的產品測試Wi-Fi吞吐量，就將手機轉了90度，吞吐量值掉了一半，你的產品穩(wěn)定性有問題…。.

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

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

敲黑板：今日重點

一、 Wi-Fi的理論速率是個啥？

二、 這些個理論速率有什么依據(jù)？

三、 Wi-Fi的理論速率是怎么計算的？

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射頻應用之基本原理

七、Wi-Fi射頻干擾

八、總結

一、Wi-Fi的理論速率是個啥？

基友發(fā)的圖片上的“速度”就是通過電腦網卡讀出來的Wi-Fi的理論速率。（是哪個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)不同的調制方式、碼率、單個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)傳輸耗費的時間等信息計算出來的。

二、這些個理論速率有什么依據(jù)？

當然有依據(jù)！

請看下圖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算的？

舉個栗子，802.11n-HT20-MCS7這個模式下的理論速率是如何計算的：（ 插個話，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間是4μs （這點所有的Wi-Fi協(xié)議都相同）；

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

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

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

備注：Wi-Fi單次數(shù)據(jù)傳輸時間4μs對所有模式都是一樣的，參考如下計算：

4μs=Ndbps/DR；Ndbps= Number of data bits per OFDM symbol即為每個OFDM符號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特率（可參考圖1、2、3、4），DR=Data Rate；對802.11g-54Mbps時，傳輸時間=（Ndbps =216）/54Mbps=4μs；對802.11n-HT40-MCS7 1T/R時，傳輸時間=（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體現(xiàn)的是當前空口信道質量的變化。

在進行傳輸時，Wi-Fi的數(shù)據(jù)報文最開始通常會以設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），但此時當前信道因為信號強度、距離、干擾等因素，可能會造成數(shù)據(jù)的傳輸中出現(xiàn)較大的時延和誤碼時，為了能更有效的抑制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延和誤碼，802.11系列Wi-Fi協(xié)議規(guī)定此時的Wi-Fi設備需采用對信道環(huán)境要求相對較低的調制編碼方式來提高數(shù)據(jù)報文在空口中抗誤碼和時延的能力。

如基友發(fā)過來的圖中速率短時間內就從64-QAM （54Mbps）調整成CCK （12Mbps），但提升抗誤碼能力的同時，卻犧牲了數(shù)據(jù)的編碼效率，這個時候體現(xiàn)出來的就是空口協(xié)議速率的變小，也就是理論速率的變小，這也就是大家經常說的Wi-Fi降速率。

在辦公室環(huán)境中，由于Wi-Fi信道環(huán)境一直處于動態(tài)變化中，極端情況下，甚至會出現(xiàn)時而能連上，時而斷線的情況，其理論速率也一直在變化，吞吐量實測數(shù)據(jù)也會一直動態(tài)變化。

五、香儂定理與Wi-Fi理論速率

Shannon老先生在上個世紀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。結合Wi-Fi 802.11協(xié)議，比如802.11b，其在20MHz帶寬（實際是22MHz）在特定的S/N范圍內（該值與芯片性能相關），其C值可以表征為11Mbps，而此時使用的調制方式為CCK；同理，在802.11n-HT20 –MCS7 1T/R值時，其C值可以表征為65Mbps（如支持GI=400ns，為72.2Mbps）

而對Wi-Fi吞吐量測試而言，帶寬B確定以后，其理論速率與信噪比是成正相關的，信噪比越高，理論速率就越大；換言之，信噪比此時就成為當前Wi-Fi信道通信環(huán)境及通信質量的重要評估指標，是當前空口信道質量好壞的體現(xiàn)，也是前面中提到的碼率、調制解調、編碼方式等算法調整及切換的重要依據(jù)，當前信道信噪比變化超過一定閾值時，Wi-Fi的理論速率、調制方式等會做自適應切換。

實際上，對一些相對專業(yè)的無線終端廠商，他們即使在專業(yè)測試吞吐量的實驗室，都會從芯片端去讀取當前測試環(huán)境中的S/N、以及Noise值作為測試的參考依據(jù)。

六、Wi-Fi射頻應用之基本原理

在辦公室（家庭或者公共場合）使用Wi-Fi過程中，經常會出現(xiàn)網速慢、網絡時延大和掉線等現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因，除信號覆蓋不佳和Wi-Fi終端設備負荷過重外（產品的數(shù)據(jù)處理能力欠佳導致），比較常見的因素，就是射頻干擾。

但Wi-Fi的射頻干擾除常見的其他無線系統(tǒng)對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（如產品本身的電源、DDR等對Wi-Fi的干擾），還存在一種這樣的情況：

當大量Wi-Fi終端共享一個相同的空口信道進行持續(xù)性較大流量數(shù)據(jù)傳輸時（如播放高清視頻），會加大信道中數(shù)據(jù)幀沖突的概率，增多數(shù)據(jù)幀的重發(fā)頻率，導致當前信道的信噪比變差，單數(shù)據(jù)幀的傳輸時間變長，最終只能通過降低空口信道的傳輸效率、速率（當然在專業(yè)測試吞吐量的實驗室不會出現(xiàn)此種情況）來維持基本的通信。而當空口負荷增大到一定程度時，就會出現(xiàn)影響用戶體驗的網速慢、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）時隙碰撞、網絡延時與丟包的產生

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

圖5

如上圖，當 station 1 在某一個時隙中傳輸數(shù)據(jù)時，station 2 發(fā)起監(jiān)聽信道的請求。這時，由于信道已被占用， station2 只能等待避讓一個隨機的時隙后，再次監(jiān)聽該信道，直到信道空閑并且持續(xù)了一個 DIFS 的時間后，才可以傳遞相關數(shù)據(jù)幀，之后等候 ACK，ACK 經過一個 SIFS 的時間后反饋。

而在信道被利用頻繁的時候，多個 station監(jiān)聽到信道空閑后，同時發(fā)送數(shù)據(jù)，繼而在該時隙上出現(xiàn)碰撞，導致數(shù)據(jù)傳遞不成功，無 ACK（確認幀）返回，于是再次重傳，網絡時延因為重傳變大。

通常對于長幀的重傳設置規(guī)定為 7 次，即此數(shù)據(jù)幀當退避重傳 7 次仍無 ACK 響應后，則丟棄此數(shù)據(jù)幀，這時，對于網絡應用而言，出現(xiàn)誤碼丟包現(xiàn)象。

這就是Wi-Fi的載波監(jiān)聽與沖突避讓機制。

2）延時與誤碼導致選用更低階調制方式

當由于信號強度、距離、干擾等因素，造成在數(shù)據(jù)的傳輸中出現(xiàn)較大的時延和誤碼時甚至丟包時，為了能更有效緩解時延和誤碼，保證數(shù)據(jù)傳遞的準確性，802.11協(xié)議規(guī)定Wi-Fi終端設備需采用更低階編碼方式（如基友的例子，從64QAM 54Mbps 調整到CCK 11Mbps ），來提高數(shù)據(jù)報文在空口中抗誤碼和時延的能力。此機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設備而言，當出現(xiàn)較多時延、誤碼、丟包等現(xiàn)象時，它們會認為空口信道質量出現(xiàn)惡化，于是依據(jù)信道環(huán)境逐級采用有較強抗干擾能力的編碼方式來進行數(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)幀的占用時隙越大，最終這種方式導致每數(shù)據(jù)幀的時隙逐漸增大。

空口信道理論速率的降低，導致每個數(shù)據(jù)幀的長度增加（單次Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸時間都是4μs），又進一步加劇空口信道上的沖突競爭；當競爭加劇到一定程度，又迫使所有終端采用抗誤碼能力更強的編碼方式即更低階的調制方式來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量，從而就像多米諾骨牌一樣，進入惡性循環(huán)。

3）低階調制方式意味著較低的每符號比特數(shù)

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

但通過調整編碼方式，提高抗干擾能力的同時，卻降低了每符號 bit數(shù)，繼而理論傳輸速率也相應下降。（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：其他無線系統(tǒng)對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)聽與沖突避讓機制導致的同信道干擾。

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藍牙共存干擾吞吐量對比數(shù)據(jù)

圖8為在吞吐量實驗室只進行Wi-Fi連接的數(shù)據(jù)，圖9為測試Wi-Fi吞吐量時，打開藍牙連接藍牙音箱的數(shù)據(jù)，測試模式均為802.11n-HT20

圖8

圖9

2）微波爐對Wi-Fi的干擾

圖10為在家用環(huán)境中測試筆記本Wi-Fi吞吐量時，打開與關閉微波爐時的Wi-Fi吞吐量數(shù)據(jù)變化。

圖10

3）4G信號對Wi-Fi的干擾

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

圖11

圖12

八、總結

辦公室、家庭等實際傳輸環(huán)境情況較復雜，除了各種無線系統(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)聽與沖突避讓機制導致空口信道擁塞、理論速率降低的自干擾，而這個是Wi-Fi本身的通信機制所致，只要在實際環(huán)境中使用Wi-Fi就無法避免。

以上這些情況是都是無法在實際環(huán)境中通過Wi-Fi吞吐量測試量化評估Wi-Fi產品無線性能穩(wěn)定性、以及Wi-Fi產品在實際環(huán)境中的抗干擾能力的原因，通過在實際環(huán)境中測試Wi-Fi吞吐量來量化評估產品的射頻抗干擾能力本身就是一個偽命題。