科普:手机5G WiFi 那些事

网络 无线技术
移动互联网大行其道的今天,大家使用手机上网、看电影、玩游戏是越来越频繁。不过收入微薄的天朝青年是没有那么多钱贡献给三座大山滴,大家就越来越依赖 WiFi 网络。

移动互联网大行其道的今天,大家使用手机上网、看电影、玩游戏是越来越频繁。不过收入微薄的天朝青年是没有那么多钱贡献给三座大山滴,大家就越来越依赖 WiFi 网络。但是大伙有没发现,当连接 WiFi 的设备多了,以及周围使用各种频率制式的无线设备多了的时候,手机 WiFi 连接就不那么流畅了。

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问题是怎么来的呢?

懂一点电信知识的童鞋应该知道,WiFi 网络工作在 2.4G ISM 公共频段。而 ISM 是指工业的(Industrial)、科学的 (Scientific) 和医学的 (Medical),是各国挪出某一段频段主要开放给工业,科学和医学机构使用。

WLAN(无线局域网) 802.11 标准属下的 WiFi 使用的 2.4G ISM 频段,在大多数国家覆盖了 2.400MHz - 2.483MHz 频段区间,一般分为 13 个信道,就好比一条高速公路有 13 个「虚拟」行车道。虽然 WLAN 802.11 标准下同一信道是可以复用的,但不同 AP 点在相距过近,同频发射功率过大超过阀值时,会产生同频干扰。比如,当你将几台无线路由器放在一起使用,恰好它们都在某个时段使用了 11 信道,各自就会产生干扰。此种情况非常常见,居住区、办公区部署的 WiFi 网络越来越密集的今天,同频干扰非常普遍。

 

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当然,802.11 协议被设计成在某种程度上可以抵抗干扰。802.11 设备在数据传输前发现有干扰,它会暂停传输直到干扰消失为止。如果在传输过程中发生干扰(并且该干扰导致数据包不能正常接收),那么确认包收不到会使数据重新传输。最终数据包会全部通过。但是,暂停或者重新传输数据会严重影响你的无线网络容量和性能。

错开使用不同信道,是解决同频干扰的***方法。但从上图我们可以看到,2.4G ISM 频段太窄太过拥挤,只有 1,6,11 信道是相互独立的。

另一方面,不兼容 WLAN 802.11 标准的设备,也在使用 2.4G ISM 公共频段。我们熟悉的蓝牙耳机、USB 无线键鼠、子母机无绳电话、ZigBee 家庭或工业自动化控制、微波炉等,也都在 2.4G ISM 频段或附近频段工作。当它们开启时,就会干扰WLAN网络设备的信号收发。

 

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有人做过测试,工作时 RF 频谱较宽的子母机无绳电话、蓝牙耳机、微波炉等,是严重降低 WLAN 网络速率的罪魁祸首。

如何解决?

2.4GHz 频段路窄车多拥挤,如何解决呢?再拓一条新路!这条路就是 5G WiFi。#p#

大家都熟悉 2G/3G/4G 通信标准,5G 是什么,怎么又跟 WiFi 扯上关系了呢?上一篇文章解释传统 WiFi 易被干扰,是有下面两个原因:

* WLAN 802.11 标准设备部署密集,易产生同频干扰

* 非 WLAN 标准设备也在使用 2.4G ISM 频段

总结起来,就是 WiFi 之前主要使用的是 2.4GHz 频段,太过「拥堵」,为了解决问题就拓了一条新路:纳入新的频谱资源—— 5GHz 频段。所谓的 5G WiFi,强调的是 WiFi 网络传播在 5G 频段,而非诞生了什么比 4G 更高的 5G 通信标准。

由于 WiFi 联盟认证的设备都遵从于 WLAN(无线局域网) 802.11 标准,而这个标准一直都在发展中,所以支持不同 802.11 标准的 WiFi 设备,数据传输效果(速度、距离、穿墙)是不一样的。

最为常见的标准:

802.11b 标准。传播在 2.4G 频段上,只提供 20MHz 的标准带宽,***传输速率 11Mbit/s。

802.11g 标准。同样传播在 2.4G 频段上,同样只提供 20MHz 标准带宽,但是***传输速率提升到 54Mbit/s,且向下兼容 802.11b 设备。

无论是手机还是电脑,所有可以连接 WLAN 网络的设备,一般都支持这两个标准。很明显,支持 802.11g 标准的设备,可以拥有更高的传输速率。

802.11a 标准

传播在 5G 频段,同样只提供 20MHz 的标准带宽,***传输速率为 54Mbit/s。

虽然 802.11a 标准作为 WLAN 原始标准之一,早在 1999 年就被确立(同样速率的 802.11g 标准 2003 年才确立),但是由于传播在 5G 频段,广大只支持 802.11b/g 的设备无法与其兼容。

802.11a 标准传播在 5G 频段,这个频段目前的民用较少,所以相较于日益拥挤的 2.4G 频段,不容易受干扰,有更好的数据吞吐表现。不过 5G 信号更容易被墙阻挡吸收,传输距离上不及 802.11b/g。

802.11n 标准

这个标准是值得书写的变革。可同时传播在 2.4/5GHz 频段,单一通路的***传输速率提升到 72.2Mbit/s,而且提供了 20MHz/40MHz 两种带宽选择,还引入了 MIMO 技术。

允许提供两倍于标准带宽 20MHz 的 40MHz,就像一条公路路面拓宽了一倍,原来只能通过两辆车的路现在能同时通过 4 辆车。所以,单位时间内数据传输的速率提升了一倍。

至于,MIMO 技术了解的人可能比较少。这里只简单解释下。

MIMO 即多重输入输出技术,无线网络通信数据通过多重切割之后,经过多重天线进行同步传送;由于无线信号在传送的过程中,易受多种因素的影响和干扰,会走不同的反射或穿越路径,因此到达接收端的时间不一致。为了避免数据不同步而无法重新组合,接收端由多重天线接收,对接收信号利用 DSP 重新计算的方式,根据时间差的因素,将分开的数据重新组合后输出正确且快速的数据流。由于无线传送的数据经过分割传送,不仅单一数据流量降低,可延长传送距离,而且还拓展了天线接收范围。

简单来说,MIMO 技术瞬间提升了几倍数据传输速率的同时,又不用额外占用频谱,同时还延长信号接收距离。802.11n 标准下的 MIMO 技术支持*** 4 路扩展,就像提供了 4 层立体车道。

普通公路升级为高速公路(20MHz 带宽下***速率提升到 72.2Mbit/s),路面拓宽一倍(可提供双倍带宽),4 层立体式公路(支持 4X MIMO)。融合了这三项改进的 802.11n 标准,整体的数据吞吐量,理论上***达到了惊人的 600Mbit/s。

802.11ac 标准

这就是我们俗称的 5G WiFi,它只传播在 5G 频段,提供 20/40/60/80MHz 四种带宽选择,MIMO 技术从 4 路复用到最多支持 8 路复用,不同带宽下单一通路的传输速率也有提升。

802.11ac 几乎可以看做是 802.11n 的修订版和加强版。只在 5G 频段传播,「修订了」还有 2.4G 可选择传播频段;而增加 60/80MHz 的带宽选择、MIMO 技术扩展到 8 路复用、单一通路的***传输速率提升,相当于路面进一步拓宽、立体加层更多,高速公路速度上限放的更宽。整体的数据吞吐量,因而有巨大的飞跃。

下面是不同 802.11 标准的一个全面对比:

 

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你手上可以连接无线网络(WiFi)的设备,一般都会标明能够支持哪些 WLAN 802.11 标准。

 

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支持不同的标准,数据传输效果就会大相径庭。厂商之所以会大力宣传自己的手机支持双路 WiFi/5GWiFi,原因就在于此。#p#

相关技术概念的通俗说明:

我们手上设备实现 WiFi 功能的软硬件模块,是紧紧围绕 WLAN 802.11 标准协议设计的。就像建一座房子必须得先有图纸,802.11 协议就是实现 wifi 功能的图纸。

不同图纸规定了这座房子有多大、有多少房间、能有哪些功能。所以,不同 802.11 标准,决定了设备连接 WiFi 网络的传输速率、传播距离、穿墙效果等。

5G WiFi 使用的 802.11ac 标准。它是目前性能***的标准,没有之一。

为何 5G WiFi (802.11ac 标准)最牛逼?

运行在 5G 频段。传统 802.11b/g 协议下 WiFi 运行在 2.4G 频段,这个频段是开放频段,有很多其它设备在用,易发生同频干扰,而一旦发生同频干扰,就会严重影响无线网络的容量和性能。5G 频段就完全不同了,它之前大部分是军事雷达在用,现在划分出了一部分频谱开放民用。使用 5G 频段对比使用 2.4G 频段,就好像开车在两条不同高速公路上,5G 那条路上车少,畅通无阻,2.4G 车多,经常发生拥堵。

超高的网络传输速率。802.11ac 协议规划的这条「新路」不但车少,各项性能指标还是***的。如果把最常见的 802.11b 标准当作是一条路宽为 20MHz、没有立体加层、***速度为 11Mbit/s 的低速公路,802.11ac 协议就是一条路宽达 160MHz、有 8 层立体加层可同时通行、单层通路***速度可达 866.7Mbit/s 的立体式超高速公路。

支持高达 8 路的 MIMO 技术。支持几路 MIMO,就可以瞬间提升几倍数据传输速率,同时还能让 WiFi 网络传播距离更长、折射穿墙效果更好。

总结起来,就是 5G WiFi 受干扰少,速度更高,广播效果更好。

不同 802.11 标准的设备,在 WiFi 网络下的性能会有什么样的差别?

如图:

 

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不开启 MIMO 下,标明支持 802.11b/802.11a/802.11g/802.11n/802.11ac 的设备,单一通路***传输速率分别为:11Mbit/s、54bit/s、54Mbit/s、150Mbit/s、866.7Mbit/s。

无线网络传播距离:室内,802.11a=802.11b < 802.11g < 802.11n;室外,802.11a < 802.11b < 802.11g < 802.11n

运行的频段:包括 802.11a、802.11n、802.11ac 是支持 5G 频段的,数据传输较少受影响。802.11b、802.11g 只能运行在传统 2.4G 频段。

是否支持 MIMO 技术:802.11n 支持 4 路 MIMO,802.11ac 支持 8 路 MIMO,其它不支持。

如何才能让手机用上 5G WiFi?

接收端:苹果、三星、HTC、华为、小米等不同型号的手机,使用的 WiFi 芯片是不一样的。你的设备必须标明支持 WLAN 802.11a/n/ac 其中任意一个标准,才能接收到 5G 频段的 WiFi 信号。

 

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广播端:首先,你的无线路由器必须得是支持 802.11n 或 802.11ac 标准的产品。

由于 5G 频段与军用雷达频段重合,很多国家基于军事安全考虑,对 5G WiFi 产品有一个叫做 DFS 的认证。这个认证要求 5G Wi-Fi 产品侦测到同频段军用雷达信号时,要自动切信道,否则会被罚款、下架、产品召回。不过,即使通过了 DFS 认证,5G 频段的开放也是有限的。一些国家有着较强的抗干扰技术,5G 频段开放的比较较多,有些国家因为技术落后,开放的少,甚至没有。如图所示:

 

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中国,只开启 149,153,157,161,165 这 5 个信道,其他的都不可用。所以,设置无线路由器的时候,必须手动将无线路由器切换到 5G 频段的这几个信道,手机才能搜索到信号。

5G WiFi 的穿墙性能弱吗?

这个得看情况。

理论上,关闭 2.4G 频段将路由器设置成只广播 5G 频段,接收端手机又在隔着障碍物的情况下,会发现信号传播距离和强度都衰减厉害。但是如果无线路由器支持 MIMO 技术,即硬件外观上有不止一根天线的话,5G 信号的传播距离和折射穿墙性能会得到提高。而且天线越多,传播距离和穿墙性能也会更高。

5G WiFi 要想得到***的无线网络性能,需要开启多路 MIMO 技术,以及广播设置中选择更高的单一通路带宽。这两项,需要路由器硬件支持才行。

 

责任编辑:林琳 来源: 煮机网
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