WiFi名字的由來

Wi-Fi這個術語經常被誤以為是指無線保真（Wireless Fidelity），類似歷史悠久的音頻設備分類：長期高保真（1930年開始采用）或Hi-Fi（1950年開始采用）。即便是Wi-Fi聯盟本身也經常在新聞稿和文件中使用“Wireless Fidelity”這個詞，事實上，Wi-Fi一詞是沒有任何意義。

1999年，幾家富有遠見的公司聯合起來組成了一個全球性非營利性協會——無線以太網兼容性聯盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA），其目標是使用一種新的無線網絡技術，無論品牌如何，都能帶來最佳的用戶體驗。在2000年，該小組采用術語“Wi-Fi”作為其技術工作的專有名稱，并宣布了正式名稱：Wi-Fi Alliance。

無線頻率

無線是通過電磁波來傳輸數字信號的一種方式。使用網線上網，是有物理的網線，使用無線上網，可以想象成是你的手機，電腦與無線路由器之間有一條（或者幾條）虛擬的網線。

主要的無線分類和頻率和用途

2.4G工作在UHF頻段，屬于分米波。2.4G非常擁擠，藍牙，微波爐，zigbee（物聯網設備），業余無線電等都在這個頻段，所以日常生活中，2.4G的WiFi干擾非常嚴重。但是2.4G的覆蓋范圍比5G要大，這也就是在家里，可以搜到左右鄰居的無線信號的原因。能搜到的信號基本都是2.4G信號。

5G工作在SHF頻段，屬于厘米波。日常生活中干擾較少。主要的干擾源是雷達等。5G的覆蓋范圍相對2.4G小很多。

無線在傳輸過程中。會被不同的材質吸收，導致信號的衰減，這是無線衰減的主要形式。一般來說，材質的密度越高，含有的金屬越多，對無線信號的吸收越強烈。會造成無線信號損耗的，還包括反射，散射，折射，衍射等。

我國房屋周中，大部分是承重墻，鋼筋水泥結構，對無線的損耗非常強，所以在家中使用的無線路由器，號稱的穿墻能力，在承重墻面前是不堪一擊的。

電磁波穿透不同材質的損耗情況

因為電磁波既有波的屬性，也有粒子的屬性，在傳輸的過程中，遇到障礙物，會發生穿透，反射，衍射，折射，散射等現象，我們連接的無線信號，是經過這些復雜過程之后的綜合結果。

802.11標準

Wi-Fi與IEEE 802.11常常被混淆，兩者的區別可以概述為IEEE 802.11是一種無線局域網標準，而Wi-Fi是IEEE 802.11標準的一種實現。

802.11標準的制定周期大概是4，5年左右，基本在最新一代標準出臺的時候，上一個標準仍然是目前的主流。

技術上不需要立刻的追求新，需要根據的自己的實際需求。目前的路由器，主要還是WIFI5和WIFI6。WIFI標準向下兼容。

802.11標準的發展大事記

現在支持802.11a，802.11b的設備已經非常少了。

WiFi1：802.11b 1999年 2.4G 11Mbps

WiFi2：802.11a 1999年 5G 54Mbps

WiFi3：802.11g 2003年 2.4G 54Mbps

WiFi4，WiFi5，WiFi6對比表

2.4G頻段信道

各國對2.4G頻段的支持情況，我們國家支持的2.4G頻段是1到13。

每個信道之間的中心頻率都是相隔5MHz的整數倍。

部分的終端，無法支持超過11的信道，設置的時候需要注意。

2.4G互不干擾的信道少，而且很多民用設備也在使用2.4G的頻段，這就是2.4G信道擁擠的原因。

所以2.4G信道中的干擾非常大，很多人的手機經常出現無線滿格，但是實際上根本不能上網就是這樣的原因。

工信部規定的2.4G頻段的最大功率是EIRP≤500mw或者EIRP≤27dBm。

傳統的802.11標準中，每20MHz預留小部分帶寬，可以綁定為40MHz帶寬，增強帶寬，但是2.4G頻段中干擾大，不是很建議使用40MHz。

2.4G中互不干擾的信道是1，6 ，11，但是因為2.4G的傳播范圍廣，經常在家中可以搜索到很多附近鄰居家的2.4G信號，很多信道占用很多，幾乎找不到干凈的信道可以使用，而且大多數路由器都可以自己優化信道，所以手工給2.4G設置一個信道的意義并不大，不會對網絡性能起到明顯的改善作用。

5G可以使用20MHz，40MHz，80MHz，160MHz，具體可以支持什么頻率，由路由器使用的SOC決定。

5G頻段信道

我國支持的5G頻段是：36，38，40，42，44，46，48，149，153，157，161。

如果購買了日版的電子設備，想連接5G的無線，就需要將5G的頻段，改為日本和中國都支持的頻段（36，40，44，48），設備才能搜索到5G信號，正常連接。還有一些老舊的設備，也許無法支持149以上的5G信道，也需要進行信道調整。

與路由器的距離相同時，5G信號相對2.4G信號較弱，這是由電磁波的物理特性決定的：波長越長衰減越少，也更容易繞過障礙物繼續傳播。5G信號頻率高、波長短，而2.4G信號頻率低、波長長，所以5G信號穿過障礙物時衰減更大，穿墻能力比2.4G信號弱，所有雙頻無線路由器都存在這樣的情況。

如下是2.4G和5.8G在自由空間傳播的損耗公式（其中F是頻率，單位是MHz；D是距離，單位是km）
無線電磁波在自由空間的衰減公式：L=32.5+20lgF+20lgD。
2.4G頻段的衰減公式：L1=100+20lgD；
5.8G頻段的衰減公式：L2=108+20lgD。
以上公式可以看出5.8G的衰減相對于2.4G要高，相應的覆蓋的距離要小一些。

2.4G與5G的優缺點

如果終端（電視等）距離路由器比較近，周圍障礙物少，建議連接5G，如果終端（手機等）距離路由器很遠，障礙物多，根據情況可以選擇2.4G。

無線傳播示意圖

可以看到墻體對無線的阻隔作用。

無線功率和天線

我們看到的路由器，經常將【穿墻】和多個碩大的外置天線作為賣點，很多人在買路由器的時候，覺得天線多，粗，長，信號就好。沒有外置天線的路由器信號就不好。那么實際上，天線數量的多少對無線的覆蓋有多大的影響呢？

根據木桶原理，終端的無線速度，取決于終端和路由器的協商，根據終端的類型，無線的衰減等，無線終端會與路由器之間，最終協商為一個合適的速率，這個協商速率通常會小于路由器支持的最大速率。上限是路由器支持的最大速率。所以單純的提高路由器的無線功率，并不一定可以取得好的效果，同時各個國家也對路由器的無線功率有嚴格的規定。

無線功率

毫瓦（mW）

功率單位，2.4G的最大功率是100mW。5G的最大功率是500mw。

無線路由器的功率很低，而且嚴格受到國家的管控，只要是符合國家標準的產品，都是安全的，可以放心使用。認為路由器的無線有危險的同學，都是心理作用了。

分貝毫瓦（dBm）

無線功率絕對值單位是dBm。

dbm的計算公式 ：10lgP P=無線功率/1mw

0dBm=1mw

17dBm=50mw

20dBm=100mw

[例1] 如果發射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。

[例2] 對于40W的功率，按dBm單位進行折算后的值應為：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=46dBm

dBi

dBi為無線天線的增益大小單位。高dBi不是將WiFi信號增強了，而是將信號更集中的發射和接收。dBi數值越大，增益越高，垂直角度越小，傳輸距離相對越遠。

無線增益示意圖

等效全向輻射功率（EIRP）

無線電通信領域的一個常見概念，它指的是衛星或地面站在某個指定方向上的輻射功率，理想狀態下等于功放的發射功率乘以天線的增益。通常理解配置EIRP就是配置發射的功率。體現為最強點的功率。單位是dBW

EIRP=有效功率+天線增益-天線饋線線路損耗

天線和增益

路由器的天線的作用是收發無線電波。

無線路由器上，外置的天線，常見的是鞭狀全向天線，內置的天線，也是全向天線。室外的基站等，會使用全向天線和定向天線。

天線在進行輻射的時候，與電磁場強度的方向，一般為垂直極化和水平極化兩種。

水平極化由于受大地磁場影響，損耗較大，較少采用，單極化天線一般采用垂直極化天線。

在相同功率下，增益越多，天線的定向性越強，定向角度越小。

增益值的單位是dbi。天線的增益，在最大的輻射方向上，與無方向的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數。

全向天線的信號強度圖，面包圈的樣子。

增益后，面包圈變得更扁平，增加了覆蓋的范圍。能量更集中，水平方向上信號越強，抗干擾能力越強，在某些方向上信號減弱。

天線的數量實際上要與路由器支持的MIMO技術匹配，無論是外置天線，還是內置天線。

如果是2*2的MIMO，則只需要2根天線，因為很多路由器是2.4和5G的雙頻路由器，可以使用獨立天線來分別傳輸2.4G信號和5G信號，則天線數量更多一些。

比如Redmi AX6，有6根天線，其中2根負責2.4G，4根負責5G。

路由器的擺放位置

正是基于前面的天線，無線的特定，路由器在擺放的時候，位置盡量高一些，盡量擺放在房間 中央，周圍少遮擋，路由器的天線與地面垂直90度擺放。這樣水平方向的無線信號最強，覆蓋范圍最廣。如果路由器的天線多余2個，其他天線也可以調整一些角度，讓覆蓋更均勻。

華碩路由器天線示意圖

MIMO技術

MIMO（multiple input multiple output）（多輸入多輸出）

MIMO是更能提升無線性能的關鍵技術，在802.11n標準中首次提出。

在發送端和接收端，都使用多天線的MIMO技術，則可以極大的提高信道容量。提高傳輸的可靠性，傳輸范圍和吞吐量。

在MIMO之前是SISO（Single-Input Single-Output）（單輸入單輸出）

我們在使用網線上網的時候，網線就是一個物理上的信道。當使用無線上網的時候，要想網速更快，就需要將虛擬的網線（信道）合并到一起進行數據的收發。

MIMO的寫法是AxB MIMO，A表示發送端的天線數量，B表示接收端的天線數量。

MIMO又細分為SU-MIMO和MU-MIMO

SU-MIMO（Single-User Multiple-InputMultiple-Output）（單用戶多輸入多輸出）

MU-MIMO（ Multi-User Multiple-Input Multiple-Output ）（多用戶多輸入多輸出）

其中，MU-MIMO，可以進一步的提升速率。MU-MIMO在WIFI5中首次提出。

MU-MIMO

WIFI6

2020年1月3日的802.11ax標準，Wi-Fi聯盟，采用新的命名Wi-Fi6。便于記憶和推廣。

Wifi6向下兼容11a/b/g/n/ac

WIfi6的主要功能點

wifi6與wifi5的對比

WIFI6的主要功能增強的特性

WIFI6支持上下行的MU-MIMO，WIFI5只支持下行，

WIFI6支持OFDMA（正交頻分多址）。WIFI5支持OFDM（正交頻分復用）

OFDM與OFDMA的區別

因為WIFI6的理論速度達到9.6Gbps。適合內網有大量數據傳輸的場景。因為目前的家用寬帶主流還在1G以內。WIFI6支持的外網帶寬，達到10G的時候，WIFI6才會是瓶頸。但是WIFI6帶來的新特性，與支持WIFI6的終端配合，會帶來更好的無線體驗。

CPU和無線芯片

對于無線路由器來說，功能的多少和性能的強弱，主要取決于CPU和無線功放芯片。路由器的系統更多是錦上添花。如果追求特殊的OS層面的需求，可以考慮可以進行刷新系統的路由器型號。

CPU

CPU決定著路由器可以提供的功能。CPU也會進行大量的計算，所以高端路由器的發熱都會較大。

目前路由器上，主要使用高通，博通，MTK的CPU。之前還有華為海思的CPU。

以高通芯片為例。高通的WiFi6芯片方案，最高端的平臺是Qualcomm Networking Pro 1200 Platform，可以有12個空間流；后面依次是Pro 800、Pro 600和Pro 400，分別最多帶8、6和4個空間流，具體規格如下：

NETGEAR的RAX120 AX6000M的拆解圖，源自koolshare，最重要的就是這個CPU芯片。

無線芯片

與CPU配合工作，分為2.4G芯片和5G芯片。高端路由器，可以采用多個無線芯片，倍數增加無線的帶寬。

下圖是NETGEAR的RAX120 AX6000M的拆解圖，源自koolshare

其中的無線芯片是高通的QCN5024，2.4G芯片，支持4x4MIMO，支持802.11ax，最高速率為1200Mbps

下圖中的無線芯片是高通的QCN5054，5G芯片，支持802.11ax，支持4x4 MU-MIMO，80MHz。

路由器的芯片拓撲圖

MESH技術

MESH分布式技術，在路由器之間，生成一種網狀網絡，不同接入點可以以星狀、樹狀、串聯和總線方式，混合組成一整張網狀網絡。在這張大網中不僅SSID統一，無線設備還可以自由尋找信號最好的節點去連接傳輸數據，用戶手持設備在不同節點穿梭時連接是無縫切換的。

對于大面積的無線覆蓋，MESH具有部署簡單，靈活，同時兼顧漫游體驗。但是大部分產品的MESH組網，都需要占用無線帶寬，為了使用體驗，最佳的狀態是使用有線進行MESH組網，或者選擇三頻路由器，三頻路由器有無線MESH的專用頻段，終端的網速不會受到影響，體驗會更好一些。

MESH組網適合同時滿足下面需求的用戶

1、需要無線覆蓋面積在100平米以上，或者覆蓋范圍內有大量的承重墻

2、裝修的時候，沒有預留網線

3、需要良好的無線漫游體驗

MESH聯網示意圖

MESH組網示意圖

AC+AP

AC+AP介紹

對于大戶型，復式的建筑，別墅，酒店，商場，企業來說，需要多個路由器進行覆蓋，并且需要很好的漫游體驗。這個時候，最佳的體驗是AP方式組網，搭配AC進行統一管理。AC可以是獨立硬件，或者使用軟件來實現。一些品牌的產品，所有的數據都需要AC進行處理，AC的性能決定著整個網絡的性能。一些品牌的產品，AC僅是管理作用，不進行數據轉發。AP需要配合支持POE的交換機進行供電，所以在部署AC+AP的網絡的時候，不僅需要預先部署網線，同時涉及到的設備比較多，需要對使用人的網絡技術要求較高。

AP是無線接入點（Wireless AccessPoint），負責釋放無線信號，轉發無線數據的作用，無線覆蓋范圍，依靠多個AP來實現。AP因為安裝方式的原因，AP的天線都是內置天線。AP的安裝類型又分為吸頂式AP和面板式AP。吸頂式AP可以做的比較大，性能更強。面板式AP，受限于體積和安裝的位置，無論是性能，散熱，信號覆蓋范圍，都會差一些。只要條件允許，盡量選擇吸頂式AP。

AC無線控制器（Wireless AccessPoint Controller）

負責控制AP的所有設置。有的品牌，AC會集中進行數據轉發，有的品牌，AC只進行管理，不參與數據轉發。對于集中進行數據轉發的AC，AC的性能會是網絡中的一個瓶頸，一定要選擇性能強的AC。AC與AP的品牌要一致。

常見的AC與交換機的形狀類似

POE交換機

POE（Power Over Ethernet）（基于局域網供電系統）

基于網線，可以為基于IP的終端進行供電（攝像頭，IP電話，AP等），在傳輸數據的同時，可以提供直流電的供電。可以減少額外的電線需求，節省成本。需要注意的是POE的供電標準和供電功率，供電標準需要與AP支持的標準一致，供電功率需要大于AP的功率。

POE交換機示意圖

POE系統架構圖

POE供電有802.3af（PoE）、802.3at（PoE+）、802.3bt（PoE++）三種標準。

不同的標準，供電的電壓，功率都不同。POE供電，最好6類網線起步。

AC+AP組網的設備清單

AC：必須，有的品牌是硬件AC，有的是軟件AC，軟件AC，需要安裝在一個主機上或者其他系統上。

AP：必須，無線的性能和覆蓋就靠他了，性能越高越好，注意AP和AC必須是同一個品牌。

POE交換機：必須，需要是千兆POE交換機，注意POE的協議與AP支持的協議一致。有些品牌會將AC和POE集成在一起，可以節省費用，高端產品一般都是獨立型號。可以是其他品牌。

網關設備：必須，用來接入寬帶，不需要釋放無線信號，注重網絡轉發性能。可以是其他品牌。

網線：必須，需要提前進行布線，網線至少6類。確保施工的網線質量。保障網線8芯都需要連通。

機柜：非必須，如果用到的設備眾多，需要配置一個小型機柜，用來安裝設備，綜合布線和散熱。如果是少量的設備，根據設備的大小和多少，可以安裝在弱電箱內，但是為了系統穩定，一定要注意散熱問題。

無線漫游

當使用AP或者MESH方式組網的時候，多個路由器，提供一個相同的無線信號，終端在移動的過程中，實現無縫的漫游，終端自動連接到合適的路由器上，漫游時候不會發生數據丟包，或者有少量的數據丟包。

無線漫游示意圖

漫游的前提是沒有無線信號覆蓋的盲區，如果存在盲區，那么終端在移動到盲區的時候，無法連接到無線信號，肯定是斷網的狀態。或者處在信號覆蓋的邊緣，即使可以聯網，但是性能很差。

終端在進行漫游的時候，越是復雜的認證方式，比如Radius認證，需要的重新認證的步驟越多，重新連接的時間就越長。為了加快認證速度，有3個與快速漫游有關的標準推出。

和快速漫游有關的標準主要是三個：802.11k、802.11v、802.11r。

STA：終端

802.11k負責讓STA了解附近的AP分布狀況。

802.11v負責讓AC引導STA切換AP，而不是由STA自行決定，從而更好的切換。

802.11r負責讓STA在AP間切換時，不用重新認證，加速連接。

蘋果官網上明確說明了哪些產品支持802.11kvr協議，但是安卓手機品牌眾多，三星的一些型號有明確的標識，一般安卓手機可能并不支持。如果AP開啟了kvr協議的支持，但是終端不支持的時候，有可能會引起終端的漫游異常。這個功能在復雜的網絡環境下，建議不要開啟。網絡的兼容和穩定最重要。

結束語

WiFi的相關知識就介紹完了，這是一個比較概括的描述，每個小的知識點，都可以寫一篇文章，希望對大家了解WiFi技術有所幫助，在您選擇路由器的時候，多一些技術參考。

審核編輯 ：李倩