手机可以连接WiFi上网,也可以使用移动数据4G网络上网,哪个网速更好呢?简单的比较4G网络和WiFi的网速没有实际意义,4G网络不同的带宽网速不一样,WiFi各协议所能达到的网速也不同。网速受多方面因素影响,一般情况下,WiFi的网速会高于4G网络的网速,但不绝对,4G在极端情况下,单用户速率也可能略高于WiFi。下面就具体聊聊WiFi和4G网络。
WiFi网络和4G网络理论峰值速率计算
WiFi和4G网络是两种不一样的通信技术,Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术,4G是第四代蜂窝移动通信系统。WiFi对应的802.11协议是在不断演进的,每次演进网速都会得到很大的提升,比如802.11g单流能够提供54Mbps的最大速率,802.11n单流能够提供150Mbps的最大速率。而4G(LTE)网络采用5MHz、10MHz、15MHz、20MHz等不同的频率带宽,能达到的峰值速率也不同。
我们通常说的54Mbps速率就是在2.4GHz频段下,采用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM),最高调制方式64QAM实现的。
802.11g的最大速率54Mbps的计算:
最大速率= (1/4us) × (6bit ×48×3/4) = 54Mbit/s=54Mbps
各数字含义:
一次传输占用的时间固定为4微秒;
64QAM调制方式在每个子载波信道通过一次传输过程携带6bit信息;
OFDM能够提供52个子载波信道,其中48个用于数据传输;
每次传输提供3/4的码率,即有效传输数据速率的比例为75%。
我们可以看到无线WiFi最大速率受子载波数、传输比特数、传输码率、工作频宽和传输时间这几个关键指标的影响。下表中是11n单流40MHz和11ac单流80MHz频宽下的最大速率,如果空间流是4×4,那最大速率乘以一个4,802.11n最大速率是600Mbps、最新的802.11ac最大协商速率是1.73Gbps等。
802.11 n各个MCS的详细情况
4G网络(LTE)20MHz带宽情况下,一个TTI内,可以算得最高速率为150Mbps:
最大速率= (1/1ms) × (6bit×7×2×1200×2×3/4) ≈150Mbit/s=150Mbps
数字含义:
6bit:下行最高调制方式为64QAM,1个符号包含6bit信息;
7和2:LTE系统的TTI为1个子帧(时长1ms),2个时隙,常规CP 下,1个时隙包含7个符号。一个TTl内,单天线情况下,1个子载波下行最多传输数据6x7x2bit;
1200:20MHz 带宽包含1200个子载波;
2:下行采用2x2MIMO,两层空分复用,双流可以传输两路数据;
3/4:下行系统开销一般取25% ,即下行有效传输数据速率的比例为75%。
802.11n协议的WiFi理论传输速率可以达到600Mbps,可工作在2.4GHz和5GHz两个频段;而4G网络的下行速率理论上能达到100Mbps~150Mbps,所以从理论最大速率而言,自然WiFi快的多。但这是最大速率,要达到这样的极限速率有很多限制条件,比如信标间隔、MIMO配置、信道捆绑、多载波配置、信号调制方式、信号强度与干扰等因素。
WiFi与4G对比
WiFi覆盖能力不如4G
以密集市区FDD-LTE站点为例,基站覆盖距离大概有300m,建站间间隔大概500m;普通市区基站覆盖半径大概为400m,基站间隔大概600m。而WiFi的话,覆盖室内空旷区域大概能达到40m,如果有隔墙,覆盖距离大打折扣,大概只有15m;室外WiFi覆盖距离一般也只能达到250m。
这样比较,4G明显比WiFi的覆盖能力更好,而且移动性高于WiFi。而且室内场景,4G网络工作频段为2.1GHz或2.3GHz频段,都比WiFi的2.4GHz频段频率要低,损耗更小,穿透更好,在室内覆盖也会比WiFi更好。
WiFi一般情况网速高于4G
WiFi,天线2×2,2.4GHz频段,20MHz带宽;5.8GHz频段,40MHz带宽。
IEEE 802.11n协议,室内双信道/ 40MHz带宽,天线2×2的覆盖方式下,理论最大速率150Mbps,上下行单向速率要达到2Mbps,并发用户数大概只能到37人;如果用户人数增多,单用户速率自然下降,并发用户数达到180人时,上下行单向速率只有400kbps了。
4G(LTE)网络没有并发用户数的限制,允许接入用户数会比WiFi多得多,假设每一个用户均处于最好的位置,可以平分峰值速率。如果峰值速率不如WiFi,接入用户数又比WiFi接入数多,这样平均每个人的网速就自然比WiFi小了。
结语
总而言之,4G网络的覆盖能力和接入数量是优于WiFi的,4G在极端情况下,单用户速率也可能略高于WiFi,但WiFi网络新一代标准802.11ac理论最高传输速率达到了6.93Gbps,802.11ad,支持高达2.16GHz的信道带宽,其理论最高传输速率高达6.76Gbps,4G网络单用户网速远低于WiFi网络。