网络进入千兆时代，今天的WiFi路由器很多都支持双频段，但怎样才算真正的双频段？第二代.11ac标准提出的MU-MIMO技术到底是个什么鬼？你家的路由器“穿墙”能力真的很强吗？

前段时间家里升级了光宽带，老路由器成了网速的短板，决定更换为支持千兆速率的双频路由器，但由于购买时粗心大意，竟然更换了两个路由器才算满意，因此写了这篇文。

怎样才算真正的双频路由器？

路由器的无线连接速率要达到千兆，需支持.11ac标准，.11ac标准的其中一大特色就是支持更高的80/MHz频宽，也就是说支持2.4GHz和5GHz双频段，因为早期的.11n仅支持20MHz和40MHz两种频宽。

那就从频率说起。所谓频率，就是事物变化的周期，GHz就意味每秒无线电波会改变10亿次。回到初中物理课本上的内容:“频率跟波长成反比。频率越低，波长越长；频率越高，波长越短。

5GHz比2.4GHz频率更高，波长更短…

这就意味着当信息承载在无线电波上传送时，频率越高，相同时间内所携带的数据就越多，网络速率就越快。

但是，问题来了，频率越高，信号衰减越大。

一个通信工程师们在做网络规划时经常用的公式——无线信号衰减公式：

其中：Los(dB)是衰减，F(MHz)是频率，R(km)是距离

2.4GHz的衰减慢，穿墙性能好，覆盖范围大；5GHz的衰减快，穿墙性能差，覆盖范围小。下图是2.4GHz和5GHz信号分别通过墙壁、门和玻璃等物体时信号衰减对比参考表（单位dB）：

另外，2.4GHz覆盖范围大也意味着接受干扰源的范围大，您用WiFi分析仪就会发现附近有大量工作于2.4GHz频段的无线网络，这会导致互相干扰，影响上网体验。

▲2.4GHz信道被许多设备占用

▲5GHz信道较少设备占用

所以，我们用一张图来对比2.4GHz和5GHz频段...

两者各有优缺点，如何将这两者优缺点互补，达到极致的千兆上网体验，这是衡量一个双频段WiFi路由器性能的关键。

目前市面上有一些路由器只支持手动切换双频段，也就是说有两个SSID（路由器发送的无线信号的名字）。

这也是笔者在更换路由器时遇到的麻烦，占用5GHz频段时，由于覆盖范围小、穿墙能力较弱，每次进入卧室上网不得不手动切换到2.4GHz频段。

▲两个SSID，只能手动切换双频段

后来，更换为华为WS路由器，因为该路由器支持2.4GHz/5GHz自动切换分流功能。

所谓2.4GHz/5GHz自动切换分流功能，将原来2.4GHz和5GHz各自分离的无线网络统一为一个SSID管理，无线路由器根据连接设备的支持频率、信号强度、负荷状态等，自动选择最佳的连接。

在安装华为WS路由器时，页面上有一个“5G优选”的选项，同等信号强度下优选更快的5GWi-Fi。当远离路由器，5GHz信号减弱时，它会自动切换到信号更好的2.4G频段，保障最佳连接。当5GHz信号重新满足一定门限时，它再自动切回5GHz，优选更快的5G频段。

神奇的MU-MIMO技术

这款华为WS路由器不仅支持双频Wi-Fi自动切换，无线连接速率达M，还采用了第二代11ACMU-MIMO多设备收发技术。这个MU-MIMO技术是个什么鬼？

为什么同一个WiFi网络下，上网连接的设备越多，上网速度就越慢？

简单的说，这是因为WiFi是一种半双工时分系统，在同一网络下、同一频点/信道、同一时间内，只能有一个终端设备发送数据。当多个终端接入时，它采用CSMA/CA（载波监听多点接入/冲突避让）技术，先侦听网络中是否有其他终端发送数据，如果有，先避让，等下个时间段再发送。更为严重的是，这种轮流单独通信的方式，是基于多设备共享总宽带的平均值。

因此，当同一WiFi网络下，连接的设备越多，大部分设备都在等待发送数据，带宽被分割，大家争抢资源，整体传输效率急剧下降。

MU-MIMO技术，就是为了解决这个问题。

从.11n开始，新增了MIMO功能，其原理就是将传输数据分成多个不同的数据流，分别通过多根天线传输，从而成倍提升数据速率。比如，.11n单天线下速率可达Mbps，采用2x2MIMO，两根天线同时传输，速率就可提升一倍，达到Mbps。这就好比高速公路上多开了一条通道。

MIMO技术还可将相同的数据流通过不同的天线传输，在接收端进行合并处理，从而提升传输的可靠性。这通常应用在发送和接收双方的天线数量不对等的情况下，比如路由器4根天线，手机2根天线，路由器的两根天线组成一组，每组内的两根天线发送相同的数据流，提升传输可靠性。

但是，这属于SU-MIMO（单用户MIMO），它只连接单个终端，这意味着，即使MIMO技术提升了速率和传输可靠性，但受限于WiFi的基本工作原理，同一时间还是只能单个用户上网，多设备连接时，还是需要轮流“等待”。

而MU-MIMO，即Multi-UsrMultipl-InputMultipl-Output的缩写，多用户多输入多输出，可同时连接多个终端，实现同时上网，这是革命性的改变。

总得来讲，MU-MIMO是MIMO技术和Bamforming（波束赋型）技术的融合。

所谓波束赋型就是通过相位、信号幅度等控制，把无线电波集中在更窄的波束上，集中信号能量，从而提升信号强度，覆盖距离更远，就像手电筒将光集中于一束一样。

这样，不同的波束同时发送不同的信号，同时服务多个终端，解决了轮流等待、资源被分割的问题，多设备同时工作、互不干扰，资源得到最大化利用，网速倍增。

LDPC抗干扰无线算法

华为的路由器产品早前就提出了通过LDPC抗干扰无线算法，可大幅提升穿墙能力。

LDPC是什么？

众所周知，无线信号是敏感而脆弱的，易受干扰、弱覆盖等影响，发送的数据和接收到的数据有时候会不一致，比如终端发出的数据时，而路由器接收到的却是。

在上个世纪40年代以前，很多人认为只有通过增加发射功率和重传的方式，才能减少这种通信错误。

直到香农提出了伟大的香农定理，人们才认识到，可以通过信道编码的方式在信息传输速率不大于信道容量的前提下实现可靠通信。

所谓信道编码，也叫差错控制编码，就是在发送端对原数据添加冗余信息，这些冗余信息是和原数据相关的，再在接收端根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错，从而对抗传输过程的干扰。

香农定理提出后，人们开始研究编码方案，不断逼近香农极限。LDPC就是最早提出的逼近香农极限的信道编码，另外包括4G采用的Turbo码和前段时间由华为主导被采纳为5G控制信道编码的Polar码也是逼近香农极限的信道编码。

不管是WiFi还是3/4/5G蜂窝网络，无线环境复杂多变，需要强大的纠错能力，正是这些优秀的编码方案，保障了数据传输的可靠性。华为提出的LDPC抗干扰无线算法，估计是对原编码、译码算法进行了改进，或与其他抗干扰技术应用相结合，从而进一步提升抗干扰能力。

优秀的编码方案和抗干扰算法带来了额外的编码增益（dB），这就意味着可以在较低的发射功率下，尤其是在功率受限的情况下，实现更远距离的信号覆盖和可靠传输，提升信号的穿墙能力。

这种提升穿墙能力的办法是最有效的。

因为WiFi路由器的发射功率是受限的，国家规定室内AP的发射功率为mW（20dBm）。即使可以增大发射功率，但无线信号是双向的，覆盖范围由上行（终端到路由器）和下行（路由器到终端）链路共同决定。一方面，要提升路由器的覆盖范围和穿墙能力，必须同时增加设备的发射功率并提高其接收灵敏度。另一方面，终端侧的发射功率与接收灵敏度是无法调整的，比如你的手机的发射功率和接收灵敏度都是固定参数。

另外，高增益天线不是把WiFi信号增强了，而是像上一章节我们讲的Bamforming技术那样，它把信号定向集中发射/接收，让能量更集中，从而提升覆盖范围。

最后，值得提醒的是，买路由器最好选择“双千兆”，一步到位，避免以后重新更换设备。

面向未来4K/8K高清视频、家庭VR等应用，千兆宽带已成为趋势。根据我国《“宽带中国”战略和实施方案》，-年，要求50%的城市家庭用户带宽达到M，发达城市部分家庭用户达到1Gbps。

从电话拨号到ADSL，再到全光网、千兆带宽，宽带网络在一代代通信人的努力下飞速发展，前无所有的丰富着人们的互联网生活，实现“千兆宽带”全覆盖，正是通信行业的下一个伟大目标。

不过，要一步到位实现千兆高速上网，路由器需同时满足两个条件：一是路由器上的WAN口需支持千兆，即连接运营商网络的有线侧；二是路由器的无线侧要支持千兆WiFi。这就是所谓的“双千兆”。

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