近兩年來，隨著 Wi-Fi 6 以及 Mesh 組網技術的成熟和普及，高端路由器的價格也逐漸親民，從科技愛好者到普通家庭都用上了支持新一代 Wi-Fi 技術的無線路由器。特別是 2022 年，使用 Wi-Fi 6E 技術的路由器開始進入市場，很多廠商也給自己的路由器打上了「萬兆無線路由器」的稱號。這樣的宣傳自然會讓很多消費者認為無線網絡取代有線網絡指日可待。

然而真的是這樣嗎，所謂的萬兆無線路由器究竟可以跑出多少快的速度？這些問題看完本文你應該能有新的理解。

無線網絡速度由什么決定

家用無線路由器是一個高度集成的一體機，整合了：

    路由器與防火墻：提供三層功能，包括入網以及保護外界入侵。

    交換機：多 LAN 口提供了二層也就是局域網功能。

    無線接入點：Access Point 簡稱 AP，也就是發(fā)射 Wi-Fi 信號，讓無線設備接入網絡的功能。

本文主要討論家用無線路由器中的無線接入點功能，下文簡稱為 AP。在聊實際速度之前，我們先需要理解一下決定 Wi-Fi 速率的各種因素。

Wi-Fi 協(xié)議

Wi-Fi 協(xié)議是最近被提及最多的，因為在 Wi-Fi 5 時代以及之前，協(xié)議名稱均由 IEEE 的 802.11 協(xié)議規(guī)則標準命名，而非簡單的數字代表代數。直到 2018 年 Wi-Fi 6 協(xié)議的推出，802.11n 與 802.11ac 才被一起更名稱 Wi-Fi 4 與 Wi-Fi 5，所以大家的感知可能不強。

目前 Wi-Fi 通訊協(xié)議的世代和其對應的 802.11 標準如下：

    Wi-Fi 6：IEEE 802.11ax

    Wi-Fi 5：IEEE 802.11ac

    Wi-Fi 4：IEEE 802.11n

影響 Wi-Fi 速率的主要因素之一就是 AP 與終端之間采用的 Wi-Fi 協(xié)議。

    兩種協(xié)議的極限條件下，Wi-Fi 5 的理論速率上限為 3466 Mbps，而 Wi-Fi 6 可以最高達到 9600 Mbps。

    使用相同的終端和無線接入點，分別使用 Wi-Fi 5/6 協(xié)議連接，Wi-Fi 6 的理論速率相較于 Wi-Fi 5 提升約 38% 。

有關于 Wi-Fi 6 的詳細科普可以閱讀 這篇文章。
頻率

Wi-Fi 信號的傳輸依賴于一定頻率的無線電波。目前 Wi-Fi 6 協(xié)議中支持三種頻段的無線信號，而 Wi-Fi 6E 協(xié)議則多支持一種 6GHz 的高頻無線電波：

    2.4GHz：2.4GHz 頻段在 IEEE 802.11a 中就得到了應用，由于頻率較低，2.4GHz 可以獲得不錯的覆蓋范圍。值得注意的是 2.4GHz 僅有 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 6 協(xié)議支持。

    5.2GHz/5.8GHz：這兩個頻段一般統(tǒng)稱為 5GHz，也是目前最常用的高速 Wi-Fi 頻率，相比 2.4GHz，5GHz 覆蓋面積大幅度降低，但速度提升巨大且有更大的頻率范圍，干擾也更少。

    6GHz：6GHz 是 Wi-Fi 6E 標準下新劃分給 Wi-Fi 的頻率，相比于 5GHz，Wi-Fi 6E 協(xié)議下的 6GHz 頻段并沒有速度提升，但是增加了大量的頻段，減少了同頻干擾，覆蓋面積相較于 5GHz 略有下降。

頻率越高，單位時間無線電波負載的信息量就越大，因此速度也就越快，相同頻寬下 5GHz 的理論速率相較于 2.4GHz 約有一倍的提升。
頻寬和 MIMO

2.4GHz 和 5GHz 不僅在頻率上會產生速度差異，所能使用的頻寬寬度也有差異。

頻寬（Bandwidth）指信號所占據的 頻帶 寬度。這里可以簡單的把頻寬想象成高速公路的車道數量，車道數量越多，單位時間可以行駛的流量也就越大。

2.4GHz 僅支持 20Mhz 與 40MHz 的頻寬，而在 5GHz/6GHz 下，則能額外支持更大的 80Mhz 和160Mhz（160Mhz 僅有 5.2 GHz 支持）；頻寬和理論速度呈線性增長，頻寬越寬理論速率越大。

MIMO 理解起來相對復雜，但是可以簡單的想像成成天線數量，Wi-Fi 技術中，每一條天線都可以負責一個鏈路的數據傳輸，當天線越多傳輸速率也就越快。和頻寬一樣，大家不妨把 MIMO 想象成「立體」的車道，天線數量的翻倍也會帶來 Wi-Fi 速度吞吐量的翻倍。

正交振幅調制 QAM

QAM 技術在本文不做過多展開，在 Wi-Fi 5 到 Wi-Fi 6 協(xié)議的進步中，最大支持的協(xié)議從 256-QAM 提升到了 1024-QAM，這一提升使得速度提升約為 25%。

近期也有提前支持的 4k-QAM 的終端出現，相較于 1024-QAM 速度提升 20%。
總結

我們可以將 Wi-Fi 想象成城市道路——2.4GHz 就是城市的主干道，干擾嚴重且在城市中心因此運行效率不高；5GHz 則是城市的繞城高速，車輛較少且沒有限速，因此數據可以走的很快；頻寬和 MIMO 則是一組立體多車道，兩者直接增加了車流量。

我們把上面的參數整合一下，就可以得到一個無線接入點的無線速率公式了，

在 5GHz 下：

    Wi-Fi 5 3x3 MIMO 80Mhz 256 QAM 的無線接入點，最高支持 1300 Mbps

    Wi-Fi 6 4x4 MIMO 160Mhz 1024 QAM 的無線接入點，最高支持 4804 Mbps

如果你增加或者減少 MIMO 的數量或者頻寬的寬度，最大速率也會呈比例降低：

    Wi-Fi 5 Wave 2 2x2 MIMO 160Mhz 256 QAM，最高支持 1733 Mbps

    Wi-Fi 6 4x4 MIMO 80Mhz 1024 QAM，最高支持 2402 Mbps

    無線路由器的參數代表了什么

在解密無線網絡的實際速率之前，我們需要先講解一下無線路由器的各項參數究竟代表了什么。
商品名為：AX9000，其中：

    AX：代表支持最高的 Wi-Fi 規(guī)格為 IEEE 802.11ax 也就是 Wi-Fi 6 協(xié)議。

    9000：代表其硬件最高支持的聚合連接速率為 9000 Mbps，也就是 1125 MB/s 的傳輸速率。

而 9000 = 4804 + 2402 + 1196 + 576，相信這一串數字你并不陌生，在上文已經詳細講解了 Wi-Fi 6 協(xié)議能達到的各類速率，這邊在詳細解釋一下：

    4804Mbps：在 5.2GHz 下 4x4 MIMO 160MHz 1024-QAM 的規(guī)格下能夠達到的理論速率

    2402 Mbps：在 5.8GHz 下 4x4 MIMO 80MHz 1024-QAM 的規(guī)格下能夠達到的理論速率

    1196 Mbps：在 2.4GHz 下 4x4 MIMO 40MHz 1024-QAM 的規(guī)格下能夠達到的理論速率

    576 Mbps：AIoT 天線速率，不能被終端使用。

9000 兆是由該路由器所有支持的頻段中硬件支持的最高速率加和而成，命名方式也符合 IEEE 的規(guī)定，但是這并不代表該無線路由器可以跑出 9000 Mbps 的速率。
實際握手速率與終端支持

此外我們需要注意兩點，一是高速 Wi-Fi 不僅需要 AP 支持，也需要終端設備支持。另一點則是 Wi-Fi 終端在同一時間只能在一個頻段工作，因此我的設備在這臺無線路由器上理論能達到的最高速率為選擇在 5.2GHz 頻段下使用 160Mhz、使用 4x4 MIMO 的終端，這樣的硬件條件下 Wi-Fi 速率可以協(xié)商到 4804Mbps 的理論速率。

由于目前市面上還沒有支持 4x4 MIMO 的 Wi-Fi 6 終端出現，主流設備仍然是 2x2 MIMO，因此我們的速率會再打一個對折，如果使用諸如小米 12 Pro 這樣的支持 160MHz 的移動終端，則可以達到 2402Mbps。

終端設備諸如 iPhone，在 iPhone 11 系列之后均支持 Wi-Fi 6 協(xié)議，只不過僅支持 2x2 MIMO 80Mhz，因此使用 iPhone 11 以后的支持 Wi-Fi 6 的終端設備，僅能達到 1201Mbps。

而諸如 MacBook Pro 16-inch 2019 這樣僅支持 3x3 Wi-Fi 5 的老設備，僅能達到 Wi-Fi 5 的 1300Mbps。

以上速率均為終端和路由器之間的協(xié)商速率，或者也稱為 PHY 速率或者握手速率，這一速率一定大于在現實環(huán)境中可以跑出的無線網絡速率。
Wi-Fi 的一些其它「開銷」

握手速率或者 PHY 速率我們可以理解成電動車的 NEDC 續(xù)航里程，根據實際環(huán)境的不同速率也會產生折扣。

由于 Wi-Fi 開銷過于復雜，本文不做深入討論，僅列舉幾種最為明顯的開銷類型：

    TCP/IP 開銷 ：在所有有線或無線網絡中，TCP/IP 連接的開銷約為 5%。這 5% 來自設置連接和解決正在交換的數據包和幀所需的所有數據。在標準幀尺寸下，有線 1Gbps 連接的 TCP 吞吐量約為940-950 Mbps。

    信標幀 ：這是 AP 向客戶端設備宣傳網絡的方式。為了確保范圍內的所有設備都能理解它們，AP 以最低的支持數據速率發(fā)送管理流量，如信標幀。這擴大了廣播的范圍，降低了速度傳輸的速率，消耗了寶貴的廣播時間。

    半雙工 ：基于OFDM的 Wi-Fi 是半雙工的，這意味著一次只能傳輸一臺設備，并且只能向一個方向傳輸。可以比喻，Wi-Fi 是一款對講機，而不是電話，這意味著同一時間只能有一人說話。以太網是全雙工的，允許同時向雙向傳輸。Wi-Fi 是半雙工并不意味著吞吐量被減半，但它確實意味著 Wi-Fi 設備不能進行多任務處理。下載大型文件時，客戶端設備必須花許多短暫的保護間隔將 TCP 確認幀傳輸回其 AP，或允許其他人傳輸。Wi-Fi 設備無法同時下載和上傳數據，也無法在其終端傳輸中通訊。MU-MIMO 和 OFDMA 技術部分地解決了這個問題。

    干擾與重傳 ：除了（大部分）是半雙工外，Wi-Fi 還是一種共享媒體。當一臺設備在通道上傳輸時，范圍內的所有其他設備都必須等待輪到他們。如果多個設備同時傳輸，可能會發(fā)生碰撞，導致傳輸混亂。當碰撞發(fā)生時，設備需要隨機等待一段時間才能重新傳輸。協(xié)調共享介質的使用和處理碰撞消耗了寶貴的廣播時間，導致每個人的有效吞吐量較低。比如藍牙就會和 2.4GHz Wi-Fi 互相干擾，USB 3.0 也會影響到 5GHz Wi-Fi 信號。

    幀間的調制區(qū)別：當看到 1200Mbps 的鏈接速率時，并不意味著傳輸過程中每幀都以 1024-QAM 調制發(fā)送。鏈接速率更像平均速度限制。隨著通道條件的變化或傳輸失敗，單個幀可能會被發(fā)送到高于或低于當前鏈接速率值。

EIRP：無線信號發(fā)射能力

EIRP 是一種描述 AP 發(fā)射信號能力的參數：

    等效全向輻射功率（英語：equivalent isotropically radiated power，EIRP），或叫有效全向輻射功率（英語：effective isotropically radiated power，EIRP），是 無線電 通信領域的一個常見概念，它指的是 天線 在某個指定方向上的輻射功率，理想狀態(tài)下等于 發(fā)射器 的發(fā)射功率乘以天線的增益。

通常信號強度以對數單位 dBm 表示，因此 EIRP = 發(fā)射功率 + 天線增益 - 損耗值

EIRP 在一定程度上可以描述 AP 的無線信號發(fā)射能力。我國工信部對于 Wi-Fi 的 EIRP 有明確的限制：

    2.4 GHz 下，EIRP 限制在 100mW 也就是 20dBm

    5 GHz 下，EIRP 限制在 200mW 以下 也就是 23dBm

需要注意的是，這里限制的功率是 AP 所有天線的總功率，因此在多根天線同時工作的時候，每根天線的發(fā)射功率也會相應打下折扣。其所帶來的影響的就是 Wi-Fi 降低連接的速率。
墻面阻隔、距離與信號強度

信號強度也是影響實際 Wi-Fi 速度的重要原因之一，我們的終端接收到的信號也和 EIRP 一樣都以對數單位 dBm 表示，不過因為實際接收到的信號折損很大，一般在 AP 周圍一米以內（無遮擋）可以接受到 -30 ~ -25 dBm 的 5GHz 信號。

在空間中可以參考下圖：

國內房屋的非承重混凝土墻壁會對信號造成 12-20dBm 的衰減，承重墻則更多：

而無線網絡的頻寬和調制技術的敏感程度如下：

如此這些影響 Wi-Fi 速率的因素存在，我們不必做過多組合計算，只需要知道，理想環(huán)境下，實際連接速度最大約為理論速度的 70%-80%，正常環(huán)境下：

    80 MHz 信道上的 2x2 設備可以實現 1201 Mbps 的最大協(xié)商速率，實際吞吐量約為 800-900 Mbps。

    160 MHz信道上的 2x2 設備可以實現 2402 Mbps 的最大協(xié)商速率，實際吞吐量約為 1400-1600 Mbps。

總結

看到這里相信你已經對與 Wi-Fi 的實際傳輸速率有了一定的概念，回到本文最開始的問題，萬兆無線路由器真的能跑出萬兆嗎，答案肯定是否定的：現在市場上的無線路由器由于其命名規(guī)則，均為聚合速率，在實際使用中最優(yōu)秀的終端設備配合最好的 AP 也僅能在理想環(huán)境下達到 1.4Gbps-1.6Gbps 的傳輸速度。

而多設備（2x2 160Mhz Wi-Fi 6）同時使用同一個 AP 進行交換吞吐時，也會受限于 AP 的交換能力和天線功耗的限制，實際也只能達到 1Gbps 的速度。

本文所有討論的情況均在較為理想的環(huán)境中，現實生活中的 Wi-Fi 傳輸過程比理想環(huán)境復雜，更多的頻段干擾以及更多的信噪比都是影響 Wi-Fi 速度的重大因素。