一、本文内容概述
WiFi 对于当初的家庭来说，属于司空见惯的上网形式，但很多状况下，家里房间多、空间大、杂物乱的状况下，WiFi 的信号就受影响。为什么 WiFi 信号会受影响？什么状况下该应用何种形式组网？如何改善 WiFi 信号差的问题？等等，本文将通俗易懂地为你找到这些问题的答案。
学习交换：
- 挪动端 IM 开发入门文章：《新手入门一篇就够：从零开发挪动端 IM》
- 开源 IM 框架源码：https://github.com/JackJiang2011/MobileIMSDK（备用地址点此）
（本文已同步公布于：http://www.52im.net/thread-2402-1-1.html）
二、WiFi 穿墙之迷
自从 WiFi 成为人类生存根本需要以来，蜉蝣君常常被问到一个问题：“我的路由器有这么多根天线，看起来牛逼闪闪，号称大功率穿墙王，咋才走了几步就没信号了呢？”
更有甚者，如上图这位 MM，更是问出了如此让人瞠目结舌的问题：“号称 450 米的路由器，咋才过了不到 10 米，穿了两堵墙就没信号了？”纳尼？450 米的路由器？！什么鬼？！把 MM 发来的盒子图片放大一看，下面赫然写着 450M！！！能把“M”设想成“米”，这相象力相丰盛了吧！
▲ 450M 无线路由器其实这里的 450M 并不是 450 米的意思，而是指 Mbps，又称兆比特每秒，说的是这款路由器的最大下载速率能够达到 450Mbps，跟笼罩的间隔和穿墙能力一毛钱关系都没有。上面咱们就来聊聊 WiFi 的信号问题，包含笼罩间隔和穿墙能力。心愿看完之后，能让你对 WiFi 有一个全新的意识。
三、WiFi 的协定和频谱
3.1 简介
首先来说 WiFi 的协定及频谱的问题。自从 WiFi 规范被 IEEE（电气和电子工程师协会）提出以来，通过了 20 年的蓬勃发展，一步一个脚印，出了一个又一个协定版本，如下图所示。
▲ WiFi 各协定版本从上表能够看出，WiFi 有两个工作频段：2.4G 和 5G。这两个频段都是非受权频段（或者叫免受权频段）——只有符合国家法规，不经受权就可应用。也就是说，在家里装个无线路由器，收发 WiFi 信号，是不须要任何人批准的（而应用除此之外的“受权频段”，是须要国家正式受权的）。
▲ 频谱之问
3.2 什么是 2.4G 频段？
2.4G 频谱的范畴是 2.4GHz～2.4835GHz，共有 83.5M 带宽，划分为 13 个信道，每个信道宽 20M。可是，20M 乘以 13 等于 260M 啊，这 13 个信道共须要 260M 带宽，而 2.4G 频谱只有 83.5M，这怎么放得下？答案就跟上公交车一样：“挤一挤，往后挪一挪，连忙再上一个！”人多车小，为了独特的出行需要，个人空间就别想了，被踩到脚更是不免。从下图能够看出，2.4G 频谱的这 13 个信道严密地交叠在一起，烦扰是不可避免的。
▲ 2.4G 频谱及信道留神：第 14 信道在国内是不容许应用的。信道交叠到什么水平呢？由下图能够比拟直观地看出，在这些信道外面，只有 1，6，11，或者 2，7，12，或者 3，8，13 这三组是齐全没有交叠的。就好比一条很窄的路，下面同行的车却很多，势必造成通行速度的降落。
▲ 2.4G 不交叠的信道散布到了 802.11n，用户能够应用 40M 的信道，但 2.4GHz 频段仍然只有 83.5M 的总带宽，就只能包容两个信道了。因而只有在夜深人静网络闲暇的时候，单个用户才有可能应用 40M 信道，加之来自隔壁老王家的烦扰，802.11n 的高速率很大水平上难以达到。
▲ 2.4G 40M 带宽信道
3.3 什么是 5G 频段？
既然 2.4G 频段如此拥挤不堪，IEEE 那些制订 WiFi 规范的专家们，就打起了另一个免受权频段的主见——那就是 5G 频段。（再次留神，这里的 5G 和咱们当初常说的 5G 通信规范是齐全两回事。）802.11n 虽说是能够工作在 5GHz 上的，但这个协定版本十分老旧。所以，5GHz 的劣势由更年老的 802.11ac 来体现。5G 频谱的范畴是 4.910GHz～5.875GHz，有 900 多 M 的带宽，是 2.4G 的 10 倍还多！正是因为这段频谱很宽，外部还会划分成几个子频段，有的还没调配，有的作为其余用处。连 4G LTE，都想用它（也就是 LTE-U，LTE-Unlicensed）。对于这段频谱，不同国家之间的应用状况差异很大，中国能够应用的局部如下图所示。
▲ 中国可用的 5G 频谱下图是中国的 5GHz 可用信道的散布状况。
▲ 中国 5G 信道分布图反对 802.11ac 的路由器和手机能够在把这些可用的信道自由组合，应用 20M、40M、80M 甚至 160M 带宽的信道。信道多，带宽大，烦扰小，峰值下载速度无效晋升。
四、WiFi 的速率估算
WiFi 工作在 2.4G 和 5G 别离能达到多大的峰值下载速率？2.4G 频段咱们采纳 802.11n 来估算，这个版本也是反对 2.4G 的最新的协定版本。5G 频段咱们采纳最新的 802.11ac 来估算，这个协定版本只反对 5G。
802.11n 引入了几个特点：
1）反对 MIMO，也就是能够应用最多 4 个天线来收发送数据，下载速率成倍晋升。因而看到当初市场有上多个天线的路由器，至多反对 802.11n 无疑。
2）在反对规范的 20M 带宽信道的根底之上，新增了双倍带宽，也就是 40M。单用户实践峰值下载速率又失去了成倍晋升！
因而，要估算 802.11n 最大下载速率，很简略，数天线的个数！一个天线加上 40M 信道最大能达到 150Mbps 的速率，两个天线天然就是 300Mbps，以此类推，4 个天线可达 600Mbps！
而 802.11ac 又在上面几点上进行了加强：
1）MIMO 加强：最多能够应用 8 个天线来收发送数据，速率倍增！
2）信道扩宽：反对 80MHz 带宽信道，最大可反对 160M 带宽信道，速率倍倍增！
3）高阶调制：反对 256QAM，速率再增 30%！
在这 3 点的加成之下，802.11ac 单天线可达 433Mbps，两天线 867Mbps，三天线 1.3Gbps，4 天线 1.7Gbps，8 天线 3.4Gbps！以上只是实践上的推算，实际上反对 802.11ac 的路由器，天线个数都在 4 根以内。
五、双频路由器的诞生
“双频路由器”的横空出世又是为何？
既然 5G 加 802.11ac 这么好，那是不是当前的路由器和手机就都能够不反对 2.4GHz 了呢？单靠 5Ghz 和 802.11ac 是否打下一片全新的天地呢？答案是不行。不言而喻的一个起因是因为兼容性。几年前大量的手机、电脑、电视只反对 2.4GHz，为了让这些老设施不至于没法上网，对于 2.4GHz 的反对的必须的。另一个起因是笼罩。2.4G 的频率低波长大，信号损耗小，穿透能力强，在笼罩上和 5G 相比具备肯定劣势。这个问题咱们前面再详谈。
▲ 2.4G 的穿透能力强于 5G 尺有所短，寸有所长。既然如此，何不 2.4G 和 5G 双频合璧？平地一声雷，双频路由器横空出世。
▲ 双频路由器因为 2.4G 和 5G 的信号指标差异较大，个别状况下 2.4G 和 5G 的天线是独立的，如上图一样错开散布，让雷同频段的天线之间相隔地尽可能远，保障性能最优。要估算双频路由器反对的最大下载速率，办法仍旧是数天线，不同之处是 2.4G 和 5G 的速率要离开计算，而后再加起来就能够了。其实，高速率这样的外围卖点，路由器厂家必定是要赫然印在包装盒上并大肆宣传的，商家早都替咱们算好了。
▲ 1200M≈300M+867M
▲ 双频路由器的速率频段和速率铺垫结束，终于到和穿墙无关的局部了, 也就是 WiFi 的信号强度和损耗。
六、为啥 WiFi 信号的总是这么差？
首先咱们来看看 WiFi 信号在流传中遇到障碍物之后的反馈：
1）折射：WiFi 信号通过玻璃或水的时候，信号门路产生偏折，咱们和路由器都在空气中，因而折射的影响能够疏忽；
2）反射：WiFi 信号通过润滑的物体外表时，信号会产生反射，和光的反射相似；
3）绕射：WiFi 信号通过水泥墙体，因难以穿梭，局部信号会向旁边散开，等遇到一个能够穿过的区域再持续向原本的方向持续直线传播；
4）漫射：WiFi 信号遇到水泥墙，因为直线线路碰壁，局部信号会散开，沿着墙壁上下左右持续延长进来；
5）穿透：WiFi 信号的能量一部分被障碍物排汇，残余能量的透过障碍物持续流传。
▲ 室内 WiFi 信号流传模型个别状况下，在室内环境下，咱们手机接管到的 WiFi 信号次要是反射、绕射、漫射和穿透这四种效应的叠加。后三种效应都和信号的频率关系很大，频率越高绕射和穿透的能力越差。不论是 2.4G 还是 5G 频段，在无线通信里都属于较高的频段了，虽说 2.4G 绕射和穿透能力要比 5G 强一些，但也高不到哪里去。咱们来看看 2.4G 信号穿墙之后的损耗（经验值）：
▲ 2.4G 频段穿透损耗在射频世界里，个别用 dB 这个单位来示意信号变动的状况。
怎么了解呢？很简略：
1）升高 3dB，是指信号强度升高到原先的 1 /2（二分之一）；
2）升高 10dB，是指信号强度升高到原先的 1 /10（十分之一）；
3）升高 30dB，是指信号强度升高到原先的 1 /1000（千分之一）。
联合上表能够得出上面的论断：
1）木头，玻璃这些障碍物，对于 WiFi 信号的阻挡作用不强，只会带来一半左右的信号衰减；
2）砖墙，水泥墙这些障碍物，堪称 WiFi 信号杀手，穿透的信号动辄衰减为原先的千分之一；
3）电梯这类金属障碍物，几乎就是 WiFi 信号的噩梦，轻轻松松衰减到原先的万分之一！
▲ WiFi 信号差真是让人失望啊，这可咋办呢？有没有所谓“大功率路由器？”机智的你必定很快就想到了，想要信号好穿墙能力强，增大发射功率啊！没有什么不是增大功率不能解决的，如果有，那就再增大一倍！然而在 WiFi 这里，增大发射功率还真不行。因为无线路由器的发射功率是有国家规定的——最大 100mW，也就是 0.1W。我国对无线设施发射功率一贯要求严格，不合乎这个要求的产品是不能上市的。所以，想通过加强发射功率来晋升 WiFi 信号这条路是走不通的。“高增益天线”是否可行？既然发射功率有限度，那如果路由器用的高增益天线到话，不是能量发射会更集中，从而笼罩地更远吗？实践上来说是这样。但增益高能量集中的代价就是波束变窄，WiFi 信号的笼罩会不平均，有的方向信号强，有的方向信号弱。如果有多集体在不同地位同时应用的话，对笼罩的评估会褒贬不一。
▲ 天线增益及辐射方向图而且，个别的路由器天线增益也就 9dBi，面对动辄就几十 dB 的穿透损耗来说也是无济于事。
七、我该怎么晋升 WiFi 信号？
这也不行那些不行，那该到底咋样能力晋升 WiFi 信号呢？
7.1 场景 1：“我就一台路由器，既想让 WiFi 信号变好，又一分钱都不想花，该怎么办？”
【办法一：路由器摆放地位优化】既然所谓的“穿墙王”，“单台穿三墙”这种神器通通不存在，单台路由器不可避免的无奈齐全笼罩任意角落。
如果想要最低老本地解决问题，请记住上面这几条法令：
1）流传间隔越短信号越好，所以尽量把路由器放在房子的地方！
2）木门，玻璃门等对信号的衰减小，尽量让路由器多走门，少穿墙！
3）弱电箱的地位个别都在门口，周围面板也会屏蔽无线信号，所以尽量不要把无线路由器放在弱电箱里！
4）把路由器摆在高一些，宽阔一下的中央，避开冰箱、洗衣机、各种家具等障碍物！
上面是作业：请看这张图，地位一和地位二哪个好？
▲ 路由器摆放地位差别对信号的影响再请看这张图，地位一和地位二哪个好？
▲ 路由器摆放高度对信号的影响置信这两道题的答案是显而易见的。【办法二：调整正当的天线角度】个别的家用路由器都应用全向天线，全向天线的无线信号散布相似被程度压扁的轮胎。所以，无线信号在与天线垂直的方向上笼罩成果最好。如下图所示：
▲ 全向天线辐射方向图所以，还乖乖把无线路由器的天线调整到与高空垂直，直戳戳地对着房顶就好，别掰成各种乌七八糟的角度了，直戳戳地对着你的方向恰好信号最弱！
▲ 路由器的天线角度调节倡议【办法三：防止环境烦扰】1）尽量应用双频路由器，能应用 5G 频段尽量应用 5G！如前文所示，2.4G 频段是十分拥挤的，天然受到的烦扰也更多。而 5G 频段相对来说就要洁净地多。尽管有时候看起来 5G 的信号比 2.4G 少上一两格，但说不定速度更快！2）把路由器尽量放得离微波炉、蓝牙设施、无线鼠标键盘等设施远一些！这些玩意都在 2.4G 上工作，造成烦扰指数减少！3）更改路由器的信道配置！后面曾经说过，2.4G 频段上只有 3 个独立不交叠的信道，一般来说就是 1，6 和 11。试着改改看，哪个信道好就用哪个。
▲ 批改 2.4G 信道设置
7.2 场景 2：“为了上网痛快，我还是违心点花钱的，怎么办？”
这就必须要回升到家庭组网计划了！
【计划一：应用无线扩展器扩大放大无线信号】
这是目前中小户型 WiFi 信号扩大的支流计划。哪里信号比拟弱，就在这个地位就近的电源插座上插一个扩展器，不须要连贯网线。这个性能就叫做信号中继，顾名思义，就是指信号放大器接管主路由器的信号，放大之后再发射进去，因而家里的信号还是同一个，手机、Pad 会连贯品质较好的信号。
▲ 无线扩展器实用环境：任意环境都实用。
【计划二：应用无线路由器桥接扩充信号】
这个计划应用路由器的无线桥接性能，把多台无线路由器通过无线形式连起来，路由器之间也不须要网线连贯。通过无线桥接后，WiFi 信合实现了接力，起到放大作用。当然，副路由器一般来说四个网络口，能够用来接有线电脑，这也是这个计划的劣势之一。
▲ 两个路由器桥接那么计划二和计划一还有什么不同呢？那就是桥接的这两个路由器实际上还是独立工作的，能够设置不同的 WiFi 名称和明码。实用环境：手头已有多台无线路由器、想要在副路由器接有线设施。
【计划三：应用网线把两台（或者多台）路由器连接起来】
应用网线将多个路由器连接起来，其中连贯宽带的路由器作为主路由器，其余的作为副路由器。主副路由器之间通过各自的 LAN 口连接起来，此时副路由器相当于无线交换机。通过配置，能够实现整个网络只有一个无线信号，实现主动漫游。
▲ 有线连贯多个路由器这个计划要求各个路由器之间通过网线连接起来，最大的劣势就是稳定性好，路由器之间没有无线损耗，各个路由器的速率都很高，但也有一个显著的限度条件，就是所有路由器之间必须通过网线连贯。实用环境：曾经布好网线的环境。
【计划四：应用 HyFi 套装（子母路由器）组建全笼罩无线网络】
HyFi（全称：Hybrid Wi-Fi）也叫电力猫，是指同一产品同时采纳“有线”和“无线”两种技术，以房间内无处不在的“电线”为主干，“无线”作为接入，使产品兼具备线的稳固可靠性和无线的挪动便捷性。TP-Link 的 HyFi 套装是由 HyFi 路由器和 HyFi 扩展器两局部组成，两者是通过家里的电线传输数据的。配置好路由器后会将无线设置主动推送到扩展器，这样就组成了只有一个信号的无线网络。
▲ HyFi 套装通过电线传输信号 HyFi 无线解决方案是具备方便快捷的特点，通过电线传输无需布线，传输速度快、稳定性好。并且无线配置简略，只须要配置好路由器，扩展器的信号就会随之同步扭转。因而这个计划扩展性很好，能够依据理论须要配置多个扩展器，外观也十分的大气，好看、简洁。华为的这个计划也叫子母路由器，和 HyFi 这个名称相比来说更接地气，实质都是路由器和电力猫的联合，可通过家里的已布好的电线传送信号。相比拟前几种，这个计划计划老本绝对较大，须要替换之前的路由器。实用环境：任意家庭环境。
【计划五：应用 AP/AC 扩大无线信号】
如果你偏爱整洁的环境，不想看到插座上的线缆，更不想看到突兀的路由器天线，还要所有房间都笼罩良好，那么就应用 AC 加无线 AP 的形式组网吧，相对如你所愿。AP：无线拜访接入点（Access Point），说白了就是一个 WiFi 信号收发器，相当于去掉了路由和治理性能的无线路由器；AC：无线控制器（Access Controller），就是用来集中化治理多个无线 AP 的，负责下发配置、批改相干配置参数、射频智能治理、接入安全控制等。
▲ AC/AP 管理网络计划要求所有的 AP（接入点）和 AC（接入控制器）通过有线形式连接起来，由 AC 对立配置所有的无线 AP，整个无线网络有对立的信号，能够实现无线漫游。该计划选用的 AP 是能够嵌入到墙外面的网线面板，由 AC 通过网线来供电，不须要外接电源，美观大方，不占空间。这所有的代价就是贵。实用环境：大户型，对笼罩要求高，心愿整洁，所有网络设备都隐形。
【小结】至此，以上几种常见计划介绍结束，咱们对各个计划进行比照：
▲ 各种组网计划比照好了，絮叨了这么多，对于 WiFi 穿墙的“道”和“术”都曾经介绍结束，心愿各位在任意角落都可能信号满满。
▲ 技术男的难处
八、本系列文章目录
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (一)：通信替换技术的百年发展史 (上)》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (二)：通信替换技术的百年发展史 (下)》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (三)：国人通信形式的百年变迁》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (四)：手机的演进，史上最全挪动终端发展史》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (五)：1G 到 5G，30 年挪动通信技术演进史》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (六)：挪动终端的接头人——“基站”技术》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (七)：挪动终端的千里马——“电磁波”》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (八)：零根底，史上最强“天线”原理扫盲》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (九)：无线通信网络的中枢——“核心网”》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (十)：零根底，史上最强 5G 技术扫盲》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (十一)：为什么 WiFi 信号差？一文即懂！》（* 本文）
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (十二)：上网卡顿？网络掉线？一文即懂！》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (十三)：手机信号差？一文即懂！》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (十四)：高铁上无线上网有多难？一文即懂！》
《IM 开发者的零根底通信技术入门 (十五)：了解定位技术，一篇就够》
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