本文介绍 Wi-Fi 物理层协商速率（PHY Rate）的计算方法，并提供 802.11ac (Wi-Fi 5) 和 802.11ax (Wi-Fi 6) 的 MCS (Modulation and Coding Scheme) 表。
计算公式
Wi-Fi 的理论物理层速率可以通过以下公式计算：
$$ \text{Data Rate} = N_{ss} \times \frac{N_{sd} \times N_{bps} \times R}{T_{sym}} $$例如 ac 40Mhz 4x4 的最大速率 $ \text{Rate} = 4 \times \frac{108 \times 8 \times (5/6)}{3.6 \mu s} = 800 Mbps$
其中各参数含义如下：
| 参数 | 含义 | 说明 |
|---|---|---|
| $N_{ss}$ | Spatial Streams | 空间流数量 (MIMO)，例如 1x1, 2x2, 3x3, 4x4。$Nss,max=min(N_{Tx},N_{Rx})$ |
| $N_{sd}$ | Data Subcarriers | 数据子载波数量。取决于信道带宽 (20/40/80/160 MHz) 和协议标准 (11n/ac/ax)。 |
| $N_{bps}$ | Bits per Symbol | 每个符号携带的比特数。由调制方式决定 (e.g., 64-QAM = 6 bits, 256-QAM = 8 bits, 1024-QAM = 10 bits)。 |
| $R$ | Coding Rate | 编码率。有效数据位与总传输位（含纠错码）的比率 (e.g., 3/4, 5/6)。 |
| $T_{sym}$ | Symbol Duration | 符号持续时间。$T_{sym} = T_{base} + T_{GI}$ (Guard Interval)。 |
简化理解
速率主要由以下几个维度决定：
-
频宽 (Bandwidth): 车道越宽，通过的车越多 (20MHz vs 160MHz)。
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调制方式 (Modulation): 车装的货越多 (QAM 阶数越高)。
-
MIMO (Spatial Streams): 高架桥层数越多 (天线数)。
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保护间隔 (Guard Interval): 车距越小，发车越快。
符号持续时间
| 标准 | 子载波间隔 | 基础符号时间 ($T_{base}$) | 保护间隔 ($T_{GI}$) | 总符号时间 ($T_{sym}$) |
|---|---|---|---|---|
| 802.11n/ac | 312.5 kHz | 3.2 µs | 0.4 µs (Short GI) | 3.6 µs |
| 802.11n/ac | 312.5 kHz | 3.2 µs | 0.8 µs (Long GI) | 4.0 µs |
| 802.11ax | 78.125 kHz | 12.8 µs | 0.8 µs | 13.6 µs |
| 802.11ax | 78.125 kHz | 12.8 µs | 1.6 µs | 14.4 µs |
| 802.11ax | 78.125 kHz | 12.8 µs | 3.2 µs | 16.0 µs |
数据子载波数量
| 频宽 (Bandwidth) | 802.11ac (Wi-Fi 5) | 802.11ax (Wi-Fi 6) |
|---|---|---|
| 20 MHz | 52 | 234 |
| 40 MHz | 108 | 468 |
| 80 MHz | 234 | 980 |
| 160 MHz | 468 | 1960 |
802.11ac: 使用 312.5 kHz 的子载波间隔, 802.11ax: 使用更密集的 78.125 kHz 子载波间隔（是 ac 的 1/4） 20MHz/312.5kHz=64,这个 64 正是 Wi-Fi (802.11ac) 在 20MHz 频宽下的 FFT 大小 (总子载波数量)。但在实际传输中，并不是这 64 个子载波都能用来传数据。为了避免干扰和同步信号.它们被分配如下52(数据子载波)+4(导频子载波)+1(直流子载波)+7(保护子载波)=64;802.11ax的 234+8+3+11=256
802.11ac (Wi-Fi 5) MCS 表
标准特性:
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最高支持 256-QAM (MCS 8, 9)。
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支持 20/40/80/160 MHz 频宽。
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Guard Interval (GI): Long (800ns), Short (400ns)。
以下表格展示 单流 (1 Spatial Stream) 在 Short GI (400ns) 下的速率 (Mbps)。
如果是多流 (如 2x2)，将下表速率乘以 2 即可。
| MCS Index | Modulation | Coding Rate | 20 MHz | 40 MHz | 80 MHz | 160 MHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | BPSK | 1/2 | 7.2 | 15.0 | 32.5 | 65.0 |
| 1 | QPSK | 1/2 | 14.4 | 30.0 | 65.0 | 130.0 |
| 2 | QPSK | 3/4 | 21.7 | 45.0 | 97.5 | 195.0 |
| 3 | 16-QAM | 1/2 | 28.9 | 60.0 | 130.0 | 260.0 |
| 4 | 16-QAM | 3/4 | 43.3 | 90.0 | 195.0 | 390.0 |
| 5 | 64-QAM | 2/3 | 57.8 | 120.0 | 260.0 | 520.0 |
| 6 | 64-QAM | 3/4 | 65.0 | 135.0 | 292.5 | 585.0 |
| 7 | 64-QAM | 5/6 | 72.2 | 150.0 | 325.0 | 650.0 |
| 8 | 256-QAM | 3/4 | 86.7 | 180.0 | 390.0 | 780.0 |
| 9 | 256-QAM | 5/6 | N/A | 200.0 | 433.3 | 866.7 |
注: 常见的 “433 Mbps” 就是 11ac 1x1 80MHz MCS9 的速率；“866 Mbps” 是 2x2 的速率。
802.11ax (Wi-Fi 6) MCS 表
标准特性:
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引入 1024-QAM (MCS 10, 11)。
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更高效的子载波利用率 (更多的数据子载波)。
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Guard Interval (GI): 0.8us, 1.6us, 3.2us。通常使用 0.8us 获得最高速率。
以下表格展示 单流 (1 Spatial Stream) 在 0.8us GI 下的速率 (Mbps)。
| MCS Index | Modulation | Coding Rate | 20 MHz | 40 MHz | 80 MHz | 160 MHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | BPSK | 1/2 | 8.6 | 17.2 | 36.0 | 72.1 |
| 1 | QPSK | 1/2 | 17.2 | 34.4 | 72.1 | 144.1 |
| 2 | QPSK | 3/4 | 25.8 | 51.6 | 108.1 | 216.2 |
| 3 | 16-QAM | 1/2 | 34.4 | 68.8 | 144.1 | 288.2 |
| 4 | 16-QAM | 3/4 | 51.6 | 103.2 | 216.2 | 432.4 |
| 5 | 64-QAM | 2/3 | 68.8 | 137.6 | 288.2 | 576.5 |
| 6 | 64-QAM | 3/4 | 77.4 | 154.9 | 324.3 | 648.5 |
| 7 | 64-QAM | 5/6 | 86.0 | 172.1 | 360.3 | 720.6 |
| 8 | 256-QAM | 3/4 | 103.2 | 206.5 | 432.4 | 864.7 |
| 9 | 256-QAM | 5/6 | 114.7 | 229.4 | 480.4 | 960.8 |
| 10 | 1024-QAM | 3/4 | 129.0 | 258.1 | 540.4 | 1080.9 |
| 11 | 1024-QAM | 5/6 | 143.4 | 286.8 | 600.5 | 1201.0 |
注: Wi-Fi 6 的 “1201 Mbps” 是 2x2 80MHz MCS11 的速率 (600.5 * 2)。
参考链接