无线知识
频谱划分
对于wifi，常用的频段为2.4G、5.2G、5.8G
2.4G
中心频率范围2.412GHz-2.484GHz，包含14个channel
每个channel，宽度其实是22MHz, 和常说的20M带宽有2M差别，多出来的这2M属于保护隔离频带。
每个信道对应一个中心频点，信道1的中心频点2412MHz，信道2的中心频点是2417MHz，相差5M，其他依次类推；信道14是特例，相差12M
互不干扰的信道，有4组，1/6/11, 2/7/12，3/8/13，4/9/14。最常用的是第一组，1、6、11
协议中有两处对此进行描述：2.471 GHz to 2.497 GHz频段是由日本监管机构分配，可以认为是信道14只有日本在使用。
5.8G
频率范围在 5150MHz - 5825MHz，俗称5G Wi-Fi频段，这个频段里面一共有201个信道，但是，能够被Wi-Fi协议所用的信道却很少。原因是5G的频率很特殊，甚至有关国家安全，因为5G wifi的频率与军用雷达频段重合，因此，很多国家基于国家安全考虑，对5G频段持保留态度。
相邻信道中心频点间隔还是5MHz
在中国，只有36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 149, 153, 157, 161, 165这13个信道可以供5G的wifi网络使用
5G的频道编号和中心频率
wifi速率计算
空间流数量
无线电在同一时间发送多个信号，每一份信号都是一个空间流
空间流使用发射端的天线进行发送，每个空间流通过不同的路径到达接收端。无线系统能够发送或接收空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号
通常情况下，一个发送电线和一个接收天线间可以建立一个空间流，比如说AP有4个天线，接受的STA也有4个天线，那么同时就有4个空间流。
由于802.11ac及802.11ax协议规定一个射频最大8个空间流，在这种情况下，就算有12个天线，也只能有8个空间流
Symbol 与 GI
Symbol 就是时域上的传输信号，相邻的两个Symbol 之间需要有一定的空隙（GI），以避免 Symbol 之间的干扰。不同 Wi-Fi 标准下的间隙也有不同，一般来说传输速度较快时 GI 需要适当增大。
这些时间都是协议规定。
编码方式
编码方式就是调制技术，即 1 个 Symbol 里面能承载的 bit 数量。从 Wi-Fi 1 到 Wi-Fi 6，每次调制技术的提升，都能至少给每条空间流速率带来 20%以上的提升
码率
理论上应该是按照编码方式无损传输，但现实没有这么美好。传输时需要加入一些用于纠错的信息码，用冗余换取高可靠度。码率就是排除纠错码之后实际真实传输的数据码占理论值的比例
说明：调整方式中的16-QAM或者64-QAM中的16和64是指调制阶数，和每个Symbol有多少个bit位的关系如下 $$ bit数/Symbol=log2^(调制阶数) $$ 例如对于64-QAM 的 $$ bit数/Symbol=log2^(64) = 6 $$
例如对应802.11ax中介绍当调制为1024-QAM的时候，一个Symbol最大的比特数10，计算如下： $$ bit数/Symbol=log2^(1024) = 10 $$
有效子载波数量
载波类似于频域上的 Symbol，一个子载波承载一个 Symbol，不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样
注意：比如对于802.11ax，HT20M模式下，一共20M频宽，最小的子载波为78.125KHz，所以一共有20M/78.125K=256个子载波，但是这256个并不是所有的子载波都用来传输数据，有效子载波如上表中234个。
速率计算
MIMO数 x 1/（symbol+GI） x bit/子载波 x 编码率 x 有效子载波数量
至此，我们可以计算一下 802.11ac 与 802.11ax 在 HT80 频宽下的单条空间流最大速率：
#比如针对802.11ax 单条流速率计算为
1*1/(12.8+0.8)*10*(5/6)*980 = 600Mbit/s
再比如下面8条流的计算
OFDMA基本原理
发展到802.11ax最大的改变就是OFDMA。介绍OFDMA就不得不介绍传输的最小单元-RU和子载波的概念。
子载波
无线信号是加载在某个固定频率上进行传输的，这个频率被称为载波。802.11 标准中，对传输频率有更细化的划分，而这些划分出的频率被称为子载波。
Wi-Fi 6 中，以20MHz 信道为例，协议规定20MHz 信道被划分成 256 个子载波，子载波间隔从 Wi-Fi 5 的312.5kHz 减小到 78.125kHz。可以看出78.125K*256=20M。这256个子载波划分如下：
用于数据传输的数据子载波（Data Tones）数量为 234，
在中心位置作为标识的直流子载波（DC Tones）数量为 7，
用于信道估计等功能的导频子载波（Pilot Tones）数量为 4，
用于保护间隔的边带保护子载波（Guard Tones）数量为 11。
传输的最小单元-RU
为了简化 OFDMA 的调度，Wi-Fi 6 只定义了 7 种 RU 类型。分别是：
26-tone RU
52-tone RU
106-tone RU
242-tone RU
484-tone RU
996-tone RU
2x 996-tone RU
其中 26-tone RU 代表着该 RU 包含 26 个子载波，其他类型的 RU含义以此类推。
下面以20M为例说明在20M频宽的情况下，不同的RU类型是如何划分的：
如上图所示：比如针对26-tone的情况：
保护子载波：两头的黄色：6+5=11
数据子载波：灰色的：26*9=234
导频子载波：黑色的：4
直流子载波：白色的：7
综上：11+234+4+7=256个子载波 ，和上面介绍的78.125K*256=20M公式中，256个子载波，一个子载波78.125k，一共是20M。
可见RU就是把20M频宽下的256个子载波又重新划分了下，每个RU都可以同一个用户进行通信，这就相当于在20M的频宽下，同一个周期内，利用RU，可以同时并行和多个用户进行通信，这就是OFDMA原理，也是和FDMA最大的差别，因为，对于FDMA，同一个周期一个用户会霸占整个20M信道，只能等该周期结束，别的用户才能在下个周期去霸占整个信道去通信。如下图所示：
实际上在使用的时候，不同类型的RU是可以相互组合的，如下图：20MHz信道可以分配给用户 1~6，用户 1 使用 106-tone RU，用户 2~6 使用 26-tone RU，一个周期内并不是严格按照上述理论介绍的使用26-tone就不能使用106-tone，而是可以相互组合的。
除了 20MHz 信道外，40MHz，80MHz，甚至 160MHz 信道也可以划分成各种RU 的组合，如下表所示。其中，如果将 160MHz 信道都划分成 26-tone 的 RU，那么理论上可同时跟 74 个终端同时通信。
总结：可以看出OFDMA在一个频宽下，把信道分割为不同的RU组合，每个RU又包含不同的子载波数量，每个RU都可以对应一个用户，所以OFDMA实际就是在同一个发送周期，最大限度的利用频宽资源，同时并行给多用户通信，而FDMA，只能在同一个发送周期，霸占整个频宽资源，无法给多用户通信。
MU-MIMO
背景：在WiFi5前，同一时间，AP只能和单个用户进行通信，且比如AP有4个天线，STA有1个天线，那么对于AP来说，另外三个天线完全就浪费了，如下图所示：本来AP4根天线，总带宽能到1.732Gbps，但是实际有三个天线无法使用，就非常浪费。
为此，Wi-Fi 5 引入了 MU-MIMO。MU-MIMO 的 MU（Multi-User）就是多用户的意思，该技术意味着 AP 一次可以跟多个终端进行通信，这样就能充分利用 AP的总容量。
在Wi-Fi 5中支持4个用户的下行MIMO，而到Wi-Fi 6支持上下行8个用户，如下图所示：
M×N MIMO 怎么理解
大家在 WLAN 设备上，通常会看到一个指标项 M×N MIMO，也有写作 M T N R 的，这个指标项怎能理解呢？这个指标项就是在讲天线数，M 表示发送端的天线数，N 表示接收端的天线数。在一个 MIMO 系统中，每一路独立处理的信号被定义为一路空间流（Spatial Stream），如果收发天线数量不相等，那么空间流数小于或等于收/发端中更小的天线数。例如，4×4（4T4R）的 MIMO 系统可以用于传送 4个或者更少的空间流，而 3×2（3T2R）的 MIMO 系统可以传送 2 个或者 1 个空间流。
我们有时候还会见到这个指标被描述成 4×4:4，此时冒号后面的数字 4 则代表着 MU-MIMO 的 MU 的数量
OFDMA 和 MU-MIMO 的区别和联系
区别：
虽然 OFDMA 和 MU-MIMO 两者都是针对多用户，将串行传输变为并行传输，但其实两者还有很大差别的。
MU-MIMO：实现物理空间上的多路并发，适用于大数据包的并行传输（如视频、下载等应用），提升多空间流的利用率与系统容量，提高单用户的速率，同样能降低时延。但运行状态不够稳定，很容易受终端影响。
OFDMA：实现频域空间的多路并发，适用于小数据包的并行传输（如网页浏览、即时消息等应用），提升单空间流的信道利用率与传输效率，减少应用延迟与用户排队。运行状态稳定，不容易受终端影响。
联系：可以同时使用
BSS Coloring和空间复用
OBSS
无线通信不同于有线通信的另一缺点，就是无线通信存在的干扰问题，无线通信的干扰是无处不在而且无法避免的。有线通信可以通过检测线缆上的高低电平识别到干扰，而无线通信无法进行这样的检测。为解决无线中的干扰检测问题，802.11 标准在 MAC 层设计了一种检测机制——载波侦听多址访问/冲突避免 CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance）。
怎么理解 CSMA/CA？试着把在同一信道上所有的站点想象成在一张圆桌上开会的人，大家本着先听后讲的原则，如果遇到有人发言就得等待一段时间（即退避），直到没人讲话才能开始发言。这种延迟也消耗了宝贵的空口时间。这个消耗称之为竞争开销。
特别是在高密场景，AP 的部署也是非常密集的，这意味着 AP 可以侦听到其他所有同信道 AP 的信号。另一方面，信道资源是相对有限的，这些 AP 必然用到同一个信道。这就造成同一信道上的 AP 和终端将会侦听到过多的信号，产生不必要的竞争开销。还是以圆桌会议为例，当有人只是跟相邻的人员咬耳朵，由于 CSMA/CA 导致所有人必须等待他讲完。换句话说，在某一个特定时间内，只有一个终端或者一个AP 能够传输数据，哪怕彼此根本不在一个区域，其他的都得等着他俩传输完。
如图下图所示，AP1 和 AP2 处于同一信道且可以彼此侦听到对方，虽然 AP1 和STA1 的通信和 AP2 无关，但是 AP1 与 AP2 不能同时跟 STA 通信。图中的 BSS1 和BSS2 组成重叠基本服务集 OBSS（Overlapping Basic Service Set）。为了解决 OBSS产生的同频干扰，Wi-Fi 6 引入 BSS Coloring 加强空间复用。
BSS Coloring
BSS Coloring 可以理解为不同的 AP 发出的报文套上不同颜色的信封，接收端收到信后，不拆信封就能立马判断是否跟自己相关，颜色相同表示跟自己相关，颜色不同就跟自己无关，对于跟自己无关的报文就当做不存在，接收端依旧可以发起通信而不必退避，这就达到了空间复用的效果。
如图上图所示，如果不标记颜色，只要 AP 都采用 36 信道，就可能彼此干扰；但是如果标记了不同的颜色，则认为只有颜色相同且使用 36 信道的 AP，才会存在干扰，颜色不同就不会有干扰。
当然现实中 BSS Coloring 的实现要稍微复杂一点。颜色的标记是由无线接入控制器 WAC（Wireless Access Controller）统一分配给 AP，AP 在报文头打上 6 bit 的颜色标记位，更准确地说是在报文的 PHY 头和 MAC 头，这样不用解析报文就能判定是否跟自己相关。接收端收到报文后，如果颜色和关联 AP 的一样，就认定报文来自MYBSS，否则就是 OBSS。区分出 MYBSS 和 OBSS 信号后，就可以“双标”对待了。
在 Wi-Fi 6 前，信道忙闲状态的具体检测方法是空闲信道评估 CCA（Clear Channel Assessment）。CCA 使用两个门限判断信道是否空闲，协议门限和能量门限。想象一下很多人在一起聊天，协议门限用于检测是否有人发言，如果有，则其他人要等待当前发言人结束发言后才开始发言；能量门限用于检测环境是否太吵闹，如果环境很吵闹，发言也没有人能听得清，就要等到环境不吵闹时再发言。
而 Wi-Fi 6 因为需要进行“双标”处理，所以会设置 2 个协议门限，如下图所示。
MYBSS：协议门限可以尽量降低，这样可以尽量不错过来自 MYBSS（同一BSS）的报文。
OBSS：协议门限可进行动态调整，尽可能调高。只要在 OBSS 的协议门限内，终端即认为不存在同频干扰，如下图所示，这样终端和 AP 依旧能发起通信，这就能达成了空间复用的效果。
天线极化方向
天线在远场条件下辐射的都是横电磁波（下图中的蓝色），电场矢量的方向（红色）和磁场垂直，且同时垂直于传播方向。于是，无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化
如电波的电场方向垂直于地面，我们称它为垂直极化波。同理，平行于地面，就是水平极化波。另外，还有±45°的极化
下图是常见的天线极化的方式，虽然存在多种极化类型，但主要分为三种：
线极化
垂直极化
水平极化
圆极化
左旋圆极化天线
右旋圆极化天线
椭圆极化
由线极化和圆极化通过复杂组合而形成的椭圆极化天线
根据极化的数量，还可以分为
单极化
双极化
双极化可以是两个线极化，也可以是两个圆极化(左旋圆极化和右旋圆极化)
极化不同可能会导致信息传输失败。理清楚这个，可以帮助我们在实际应用中分析哪些情况是因为极化导致的信息传输效率差，也能在做应用方案的时候，快速选出适合应用的极化类型的天线产品，定出安装方式。不同应用可从不同的极化方式获得更佳效果。例如，由于垂直极化电磁波比水平极化电磁波更加易于穿过起伏不平的地貌，因此垂直极化天线在陆地移动通信用途中具有更佳表现，而水平极化方式在仰赖电离层且通常为长距离通信的用途中表现更好。此外，由于圆极化通常可更佳地缓解卫星定向偏移导致的衰弱，因此圆极化常应用于卫星通信。
线极化
线极化描述电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波叫线极化。
电场矢量方向与地面平行的叫水平极化，
电场矢量方向与地面垂直的叫垂直极化。
电场矢量与传播方向构成的平面叫极化平面
垂直极化波的极化平面与地面垂直
水平极化波的极化平面则垂直于入射线、反射线和入射点地面的法线构成的入射平面
双极化天线就是有水平和垂直两个方向的极化，而单极化天线仅是水平或者垂直。双极化天线示意图：
单极化天线示意图：
