科普:手機5G WiFi 那些事
移動互聯網大行其道的今天,大家使用手機上網、看電影、玩游戲是越來越頻繁。不過收入微薄的天朝青年是沒有那么多錢貢獻給三座大山滴,大家就越來越依賴 WiFi 網絡。但是大伙有沒發現,當連接 WiFi 的設備多了,以及周圍使用各種頻率制式的無線設備多了的時候,手機 WiFi 連接就不那么流暢了。
問題是怎么來的呢?
懂一點電信知識的童鞋應該知道,WiFi 網絡工作在 2.4G ISM 公共頻段。而 ISM 是指工業的(Industrial)、科學的 (Scientific) 和醫學的 (Medical),是各國挪出某一段頻段主要開放給工業,科學和醫學機構使用。
WLAN(無線局域網) 802.11 標準屬下的 WiFi 使用的 2.4G ISM 頻段,在大多數國家覆蓋了 2.400MHz - 2.483MHz 頻段區間,一般分為 13 個信道,就好比一條高速公路有 13 個「虛擬」行車道。雖然 WLAN 802.11 標準下同一信道是可以復用的,但不同 AP 點在相距過近,同頻發射功率過大超過閥值時,會產生同頻干擾。比如,當你將幾臺無線路由器放在一起使用,恰好它們都在某個時段使用了 11 信道,各自就會產生干擾。此種情況非常常見,居住區、辦公區部署的 WiFi 網絡越來越密集的今天,同頻干擾非常普遍。
當然,802.11 協議被設計成在某種程度上可以抵抗干擾。802.11 設備在數據傳輸前發現有干擾,它會暫停傳輸直到干擾消失為止。如果在傳輸過程中發生干擾(并且該干擾導致數據包不能正常接收),那么確認包收不到會使數據重新傳輸。最終數據包會全部通過。但是,暫停或者重新傳輸數據會嚴重影響你的無線網絡容量和性能。
錯開使用不同信道,是解決同頻干擾的***方法。但從上圖我們可以看到,2.4G ISM 頻段太窄太過擁擠,只有 1,6,11 信道是相互獨立的。
另一方面,不兼容 WLAN 802.11 標準的設備,也在使用 2.4G ISM 公共頻段。我們熟悉的藍牙耳機、USB 無線鍵鼠、子母機無繩電話、ZigBee 家庭或工業自動化控制、微波爐等,也都在 2.4G ISM 頻段或附近頻段工作。當它們開啟時,就會干擾WLAN網絡設備的信號收發。
有人做過測試,工作時 RF 頻譜較寬的子母機無繩電話、藍牙耳機、微波爐等,是嚴重降低 WLAN 網絡速率的罪魁禍首。
如何解決?
2.4GHz 頻段路窄車多擁擠,如何解決呢?再拓一條新路!這條路就是 5G WiFi。#p#
大家都熟悉 2G/3G/4G 通信標準,5G 是什么,怎么又跟 WiFi 扯上關系了呢?上一篇文章解釋傳統 WiFi 易被干擾,是有下面兩個原因:
* WLAN 802.11 標準設備部署密集,易產生同頻干擾
* 非 WLAN 標準設備也在使用 2.4G ISM 頻段
總結起來,就是 WiFi 之前主要使用的是 2.4GHz 頻段,太過「擁堵」,為了解決問題就拓了一條新路:納入新的頻譜資源—— 5GHz 頻段。所謂的 5G WiFi,強調的是 WiFi 網絡傳播在 5G 頻段,而非誕生了什么比 4G 更高的 5G 通信標準。
由于 WiFi 聯盟認證的設備都遵從于 WLAN(無線局域網) 802.11 標準,而這個標準一直都在發展中,所以支持不同 802.11 標準的 WiFi 設備,數據傳輸效果(速度、距離、穿墻)是不一樣的。
最為常見的標準:
802.11b 標準。傳播在 2.4G 頻段上,只提供 20MHz 的標準帶寬,***傳輸速率 11Mbit/s。
802.11g 標準。同樣傳播在 2.4G 頻段上,同樣只提供 20MHz 標準帶寬,但是***傳輸速率提升到 54Mbit/s,且向下兼容 802.11b 設備。
無論是手機還是電腦,所有可以連接 WLAN 網絡的設備,一般都支持這兩個標準。很明顯,支持 802.11g 標準的設備,可以擁有更高的傳輸速率。
802.11a 標準
傳播在 5G 頻段,同樣只提供 20MHz 的標準帶寬,***傳輸速率為 54Mbit/s。
雖然 802.11a 標準作為 WLAN 原始標準之一,早在 1999 年就被確立(同樣速率的 802.11g 標準 2003 年才確立),但是由于傳播在 5G 頻段,廣大只支持 802.11b/g 的設備無法與其兼容。
802.11a 標準傳播在 5G 頻段,這個頻段目前的民用較少,所以相較于日益擁擠的 2.4G 頻段,不容易受干擾,有更好的數據吞吐表現。不過 5G 信號更容易被墻阻擋吸收,傳輸距離上不及 802.11b/g。
802.11n 標準
這個標準是值得書寫的變革。可同時傳播在 2.4/5GHz 頻段,單一通路的***傳輸速率提升到 72.2Mbit/s,而且提供了 20MHz/40MHz 兩種帶寬選擇,還引入了 MIMO 技術。
允許提供兩倍于標準帶寬 20MHz 的 40MHz,就像一條公路路面拓寬了一倍,原來只能通過兩輛車的路現在能同時通過 4 輛車。所以,單位時間內數據傳輸的速率提升了一倍。
至于,MIMO 技術了解的人可能比較少。這里只簡單解釋下。
MIMO 即多重輸入輸出技術,無線網絡通信數據通過多重切割之后,經過多重天線進行同步傳送;由于無線信號在傳送的過程中,易受多種因素的影響和干擾,會走不同的反射或穿越路徑,因此到達接收端的時間不一致。為了避免數據不同步而無法重新組合,接收端由多重天線接收,對接收信號利用 DSP 重新計算的方式,根據時間差的因素,將分開的數據重新組合后輸出正確且快速的數據流。由于無線傳送的數據經過分割傳送,不僅單一數據流量降低,可延長傳送距離,而且還拓展了天線接收范圍。
簡單來說,MIMO 技術瞬間提升了幾倍數據傳輸速率的同時,又不用額外占用頻譜,同時還延長信號接收距離。802.11n 標準下的 MIMO 技術支持*** 4 路擴展,就像提供了 4 層立體車道。
普通公路升級為高速公路(20MHz 帶寬下***速率提升到 72.2Mbit/s),路面拓寬一倍(可提供雙倍帶寬),4 層立體式公路(支持 4X MIMO)。融合了這三項改進的 802.11n 標準,整體的數據吞吐量,理論上***達到了驚人的 600Mbit/s。
802.11ac 標準
這就是我們俗稱的 5G WiFi,它只傳播在 5G 頻段,提供 20/40/60/80MHz 四種帶寬選擇,MIMO 技術從 4 路復用到最多支持 8 路復用,不同帶寬下單一通路的傳輸速率也有提升。
802.11ac 幾乎可以看做是 802.11n 的修訂版和加強版。只在 5G 頻段傳播,「修訂了」還有 2.4G 可選擇傳播頻段;而增加 60/80MHz 的帶寬選擇、MIMO 技術擴展到 8 路復用、單一通路的***傳輸速率提升,相當于路面進一步拓寬、立體加層更多,高速公路速度上限放的更寬。整體的數據吞吐量,因而有巨大的飛躍。
下面是不同 802.11 標準的一個全面對比:
你手上可以連接無線網絡(WiFi)的設備,一般都會標明能夠支持哪些 WLAN 802.11 標準。
支持不同的標準,數據傳輸效果就會大相徑庭。廠商之所以會大力宣傳自己的手機支持雙路 WiFi/5GWiFi,原因就在于此。#p#
相關技術概念的通俗說明:
我們手上設備實現 WiFi 功能的軟硬件模塊,是緊緊圍繞 WLAN 802.11 標準協議設計的。就像建一座房子必須得先有圖紙,802.11 協議就是實現 wifi 功能的圖紙。
不同圖紙規定了這座房子有多大、有多少房間、能有哪些功能。所以,不同 802.11 標準,決定了設備連接 WiFi 網絡的傳輸速率、傳播距離、穿墻效果等。
5G WiFi 使用的 802.11ac 標準。它是目前性能***的標準,沒有之一。
為何 5G WiFi (802.11ac 標準)最牛逼?
運行在 5G 頻段。傳統 802.11b/g 協議下 WiFi 運行在 2.4G 頻段,這個頻段是開放頻段,有很多其它設備在用,易發生同頻干擾,而一旦發生同頻干擾,就會嚴重影響無線網絡的容量和性能。5G 頻段就完全不同了,它之前大部分是軍事雷達在用,現在劃分出了一部分頻譜開放民用。使用 5G 頻段對比使用 2.4G 頻段,就好像開車在兩條不同高速公路上,5G 那條路上車少,暢通無阻,2.4G 車多,經常發生擁堵。
超高的網絡傳輸速率。802.11ac 協議規劃的這條「新路」不但車少,各項性能指標還是***的。如果把最常見的 802.11b 標準當作是一條路寬為 20MHz、沒有立體加層、***速度為 11Mbit/s 的低速公路,802.11ac 協議就是一條路寬達 160MHz、有 8 層立體加層可同時通行、單層通路***速度可達 866.7Mbit/s 的立體式超高速公路。
支持高達 8 路的 MIMO 技術。支持幾路 MIMO,就可以瞬間提升幾倍數據傳輸速率,同時還能讓 WiFi 網絡傳播距離更長、折射穿墻效果更好。
總結起來,就是 5G WiFi 受干擾少,速度更高,廣播效果更好。
不同 802.11 標準的設備,在 WiFi 網絡下的性能會有什么樣的差別?
如圖:
不開啟 MIMO 下,標明支持 802.11b/802.11a/802.11g/802.11n/802.11ac 的設備,單一通路***傳輸速率分別為:11Mbit/s、54bit/s、54Mbit/s、150Mbit/s、866.7Mbit/s。
無線網絡傳播距離:室內,802.11a=802.11b < 802.11g < 802.11n;室外,802.11a < 802.11b < 802.11g < 802.11n
運行的頻段:包括 802.11a、802.11n、802.11ac 是支持 5G 頻段的,數據傳輸較少受影響。802.11b、802.11g 只能運行在傳統 2.4G 頻段。
是否支持 MIMO 技術:802.11n 支持 4 路 MIMO,802.11ac 支持 8 路 MIMO,其它不支持。
如何才能讓手機用上 5G WiFi?
接收端:蘋果、三星、HTC、華為、小米等不同型號的手機,使用的 WiFi 芯片是不一樣的。你的設備必須標明支持 WLAN 802.11a/n/ac 其中任意一個標準,才能接收到 5G 頻段的 WiFi 信號。
廣播端:首先,你的無線路由器必須得是支持 802.11n 或 802.11ac 標準的產品。
由于 5G 頻段與軍用雷達頻段重合,很多國家基于軍事安全考慮,對 5G WiFi 產品有一個叫做 DFS 的認證。這個認證要求 5G Wi-Fi 產品偵測到同頻段軍用雷達信號時,要自動切信道,否則會被罰款、下架、產品召回。不過,即使通過了 DFS 認證,5G 頻段的開放也是有限的。一些國家有著較強的抗干擾技術,5G 頻段開放的比較較多,有些國家因為技術落后,開放的少,甚至沒有。如圖所示:
中國,只開啟 149,153,157,161,165 這 5 個信道,其他的都不可用。所以,設置無線路由器的時候,必須手動將無線路由器切換到 5G 頻段的這幾個信道,手機才能搜索到信號。
5G WiFi 的穿墻性能弱嗎?
這個得看情況。
理論上,關閉 2.4G 頻段將路由器設置成只廣播 5G 頻段,接收端手機又在隔著障礙物的情況下,會發現信號傳播距離和強度都衰減厲害。但是如果無線路由器支持 MIMO 技術,即硬件外觀上有不止一根天線的話,5G 信號的傳播距離和折射穿墻性能會得到提高。而且天線越多,傳播距離和穿墻性能也會更高。
5G WiFi 要想得到***的無線網絡性能,需要開啟多路 MIMO 技術,以及廣播設置中選擇更高的單一通路帶寬。這兩項,需要路由器硬件支持才行。