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WiFi穿墙的天问
自从WiFi自从成为继水和电之外的第三大基本需求以来，一个经典的问题经常被问:
我的路由器有这么多天线，被称为大功率穿墙王。它看起来很棒，闪闪发光。为什么走了几步就没有信号了？
WiFi穿墙的天问
更有甚者，如上图所示MM，更有甚者问了这样一个惊艳的问题：号称450米的路由器，怎么过了不到10米，穿了两堵墙就没有信号了？
蜉蝣君把该MM放大盒子的图片，上面写着450M！！！能把“M想象成米，这是对的WiFi有多渴望信号覆盖？
450M无线路由器
其实这里的M不是米的意思，而是米的意思Mbps，也叫兆比特每秒，说路由器的最大下载率可以达到450Mbps，与覆盖距离和穿墙能力无关。
让我们来谈谈WiFi版本和速度，如何穿墙，如何设计自己的无线网络这一系列问题。我希望看完后，你会WiFi穿墙的问题可以在胸部清楚，对家庭有好处WiFi网络方案可以略知一二。
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WiFi协议和频谱
首先来说WiFi协议和频谱问题。
自从WiFi标准被IEEE(电气与电子工程师协会)自提出以来，经过20年的蓬勃发展，从802年开始，一步出版了一个又一个协议版本.11n一开始，下载率有了质的飞跃。
WiFi各协议版本
WiFi工作频段和信道：
从上表可以看出，WiFi有两个工作频段：2.4G和5G。这两个频段都是非授权频段，只要符合国家法规，不经授权即可使用。也就是说，在家里安装无线路由器不需要任何人的批准。
频谱之问
2.4G频段：
2.4G频谱范围为2.4GHz～2.4835GHz，共有83.5M带宽分为13个信道，每个信道宽20个M。
可是，20M乘以13等于260M啊，这13个信息需要260M带宽，而2.4G频谱只有83.5M，这怎么放得下？
答案和公交车一样:挤一挤，往后移，赶紧再上一个！人多车小。为了共同的出行需求，不要考虑个人空间，踩脚是必然的。
从下图可以看出，2.4G这13个频谱信道紧密重叠，干扰是不可避免的。请注意，中国不允许使用途中的第14条信道。
2.4G频谱及信道
信道重叠到什么程度？从下图可以直观的看出，这些信道中只有1、6、11、2、7、12、3、8、13组完全不重叠，可见2.4GHz频段拥堵程度。就像一条很窄的路，上面有很多同行的车，交通堵塞频繁，必然导致交通速度下降。
2.4G不重叠的信道分布
到了802.11n，用户可以使用40M的信道，但2.4GHz频段仍然只有83个.5M的总带宽，就只能容纳两个信道了。因此只有在夜深人静网络空闲的时候，单个用户才有可能使用40M802.11n很大程度上很难达到高速率。
2.4G 40M带宽信道
5G频段：
既然2.4G频段如此拥挤，IEEE那些制定WiFi标准专家早就在另一个非授权频段:5G另寻康庄大道。
802.11n虽然可以在5工作GHz但这个协议版本毕竟是旧的，还有一大票不支持5G手机电视电脑需要伺候，所以实际产品也用于2.4GHz，5GHz更年轻的802的优势.11ac来体现。
5G频谱范围为4.910GHz～5.875GHz，带宽900多M，是2.4G10倍以上！正是因为这个频谱很宽，内部会分成几个子频段，有的还没有分配，有的作为其他用途，甚至4G LTE来咬一口。
这个频谱在不同国家之间的使用也有很大的不同，如下图所示。
中国可用的5G频谱
下图显示了中国的5，这张表是用这张表画的。GHz支持802可用信道分布.11ac路由器和手机可以自由组合这些可用些可用信道M、40M、80M甚至160M带宽信道多，带宽大，干扰小，峰值下载速度快。
中国5G信道分布图
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WiFi的速率估算
WiFi工作在2.4G和5G能达到多少峰值下载率？
2.4G我们使用802频段.11n估计这个版本也支持2.4G最新协议版本；5G我们使用最新的802频段.11ac估计这个协议版只支持5G。
802.11n介绍了几个特点：
支持MIMO，也就是说，最多可以使用4个天线来收发数据，下载率翻倍。因此，市场上至少有802个天线路由器.11n无疑。20支持标准M在带宽信道的基础上，增加了双带宽，即40M。单用户理论峰值下载率成倍提高！所以要估算802.11n最大下载率，非常简单，数天线！天线加40M最大信道达到150Mbps两个天线的速率自然是300Mbps，以此类推，4个天线可达600Mbps！
而802.11ac并在以下几点进行了加强：
MIMO增强:最多可以用8个天线收发数据，速度倍增！支持80MHz最大可支持带宽信道160M带宽信道，速率倍增！支持2566QAM，再增加30%的速率！802.11ac单天线可达433Mbps，两天线可达867Mbps，三天线可达1.3Gbps，4天线可达1.7Gbps！以此类推，8天线3.4Gbps！
这只是理论上的计算，实际上支持802.11ac路由器的天线数量不到4个。
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双频路由器的诞生
为什么双频路由器的诞生？
既然5G加802.11ac这么好，未来的路由器和手机能不支持2吗？.4GHz了呢？单靠5Ghz和802.11ac能否打造一个全新的世界？
一个明显的原因是兼容性。几年前，大量的手机、电脑和电视只支持2.4GHz，为了防止这些旧设备无法上网，2.4GHz必须支持。
另一个原因是覆盖。.4G频率低波长大，信号损耗小，穿透能力强，覆盖和5G有一定的优势。我们稍后再详细讨论这个问题。
2.4G穿透能力强于5G
尺有所短，寸有所长。为什么不2呢？.4G和5G双频组合？平地一声雷，双频路由器诞生。
双频路由器
因为2.4G和5G的信号指标差别较大，一般情况下2.4G和5G天线是独立的，分布如上图所示，使相同频段的天线尽可能远，保证性能最佳。
为了估计双频路由器支持的最大下载率，方法仍然是几天线，区别在于2.4G和5G速率应单独计算，然后加起来。事实上，路由器制造商必须印在包装盒上，并宣传高速率的核心卖点。企业已经为我们计算好了。
双频路由器的速率
铺设频段和速率后，最后到达与穿墙有关的部分：WiFi信号强度和损失。
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为啥WiFi信号总是那么差？
先来看看WiFi信号在传播中遇到障碍物之后的反应：
折射：WiFi当信号通过玻璃或水时，信号路径偏转，我们和路由器都在空气中，因此折射的影响可以忽略不计。反射：WiFi当信号通过光滑的物体表面时，信号会反射，类似于光反射。绕射：WiFi信号通过水泥墙，由于难以穿越，一些信号会散开到旁边，然后继续向原来的方向直线传播。漫射：WiFi当信号遇到水泥墙时，由于直线受阻，部分信号会散开，沿墙上上下左右延伸。穿透：WiFi部分信号能量被障碍物吸收，剩余能量继续通过障碍物传播。
室内WiFi信号传输模型
一般来说，在室内环境在室内环境中收到的WiFi信号主要是反射、绕射、漫射和穿透的叠加。后三种效应与信号的频率密切相关。频率越高，绕射和穿透能力越差。
不管是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绕射和穿透能力比5强G更强一些，但毕竟是矮子挑高个子——也不能高到那里。
我们来看看2.4G穿墙后信号损失的经验值：
2.4G穿透损失的频段
一般用于射频世界dB该单位表示信号变化。我们只需要了解以下关系，就可以直观地了解这些数据：
降低3dB是指信号强度降低到原先的1/2（二分之一）。降低10dB是指信号强度降低到原先的1/10（十分之一）。降低30dB是指信号强度降低到原先的1/1000（千分之一）。
结合上表可以得出下面的结论：
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；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；电梯这类金属障碍物简直就是WiFi信号的噩梦，轻轻松松衰减到原先的万分之一！
WiFi信号差
真是让人绝望啊，这可咋办呢？
有没有所谓“大功率路由器？”
机智的你肯定很快就想到了，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！
但是在WiFi信号这里，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。不符合这个要求的产品是不能上市的，工信部也是为了我们的身体健康着想啊。所以，想通过增强发射功率来提升WiFi信号这条路是走不通的。
“高增益天线”是否可行？
既然发射功率有限制，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，从而覆盖地更远吗？
理论上来说是这样。但增益高能量集中的代价就是波束变窄，WiFi信号的覆盖会不均匀，有的方向信号强，有的方向信号弱。如果有多个人在不同位置同时使用的话，对覆盖的评价会褒贬不一。
天线增益及辐射方向图
而且，一般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杯水车薪。
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我该怎么提升WiFi信号？
这也不行那些不行，那该到底咋样才能提升WiFi信号呢？
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？”
方法一：路由器摆放位置优化
既然所谓的“穿墙王”，“单台穿三墙”这种神器统统不存在，单台路由器不可避免的无法完全覆盖任意角落。
如果想要最低成本地解决问题，请记住下面这几条法则：
传播距离越短信号越好，所以尽量把路由器放在房子的中央！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！弱电箱的位置一般都在门口，四周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！把路由器摆在高一些，开阔一下的地方，避开冰箱、洗衣机、各种家具等障碍物！
下面是作业：请看这张图，位置一和位置二哪个好？
路由器摆放位置差异对信号的影响
再请看这张图，位置一和位置二哪个好？
路由器摆放高度对信号的影响
相信这两道题的答案是不言而喻的。
方法二：调整合理的天线角度
一般的家用路由器都使用全向天线，全向天线的无线信号分布类似被水平压扁的轮胎，所以无线信号在与天线垂直的方向上覆盖效果最好。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地面垂直，直戳戳地对着房顶就好，别掰成各种乱七八糟的角度了，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建议
方法三：避免环境干扰
1、尽量使用双频路由器，能使用5G频段尽量使用5G！如前文所示，2.4G频段是非常拥堵的，自然受到的干扰也更多。而5G频段相对来说就要干净地多。虽然有时候看起来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、蓝牙设备、无线鼠标键盘等设备远一些！这些玩意都在2.4G上工作，造成干扰指数增加！
3、更改路由器的信道配置！前面已经说过，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。
修改2.4G信道设置
场景2“为了上网爽快，我还是愿意点花钱的，怎么办？”
这就必须要上升到家庭组网方案了！
方案一：使用无线扩展器扩展放大无线信号
这是目前中小户型WiFi信号扩展的主流方案。哪里信号比较弱，就在这个位置就近的电源插座上插一个扩展器，不需要连接网线。这个功能就叫做信号中继，顾名思义，就是指信号放大器接收主路由器的信号，放大之后再发射出来，因此家里的信号还是同一个，手机、Pad会连接质量较好的信号。
无线扩展器
适用环境：任意环境都适用。
方案二：使用无线路由器桥接扩大信号
这个方案使用路由器的无线桥接功能，把多台无线路由器通过无线方式连起来，路由器之间也不需要网线连接。
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，可以用来接有线电脑，这也是这个方案的优势之一。
两个路由器桥接
那么方案二和方案一还有什么不同呢？那就是桥接的这两个路由器实际上还是独立工作的，可以设置不同的WiFi名称和密码。
适用环境：手头已有多台无线路由器、想要在副路由器接有线设备。
方案三：使用网线把两台（或者多台）路由器连接起来
使用网线将多个路由器连接起来，其中连接宽带的路由器作为主路由器，其他的作为副路由器。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，可以实现整个网络只有一个无线信号，实现自动漫游。
有线连接多个路由器
这个方案要求各个路由器之间通过网线连接起来，最大的优势就是稳定性好，路由器之间没有无线损耗，各个路由器的速率都很高，但也有一个明显的限制条件，就是所有路由器之间必须通过网线连接。
适用环境：已经布好网线的环境。
方案四：使用HyFi套装（子母路由器）组建全覆盖无线网络
HyFi（全称：Hybrid Wi-Fi）也叫电力猫，是指同一产品同时采用“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，使产品兼具有线的稳定可靠性和无线的移动便捷性。
TP-Link的HyFi套装是由HyFi路由器和HyFi扩展器两部分组成，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自动推送到扩展器，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无线解决方案是具有方便快捷的特点，通过电线传输无需布线，传输速度快、稳定性好。并且无线配置简单，只需要配置好路由器，扩展器的信号就会随之同步改变。因此这个方案扩展性很好，可以根据实际需要配置多个扩展器，外观也非常的大气，美观、简洁。
华为的这个方案也叫子母路由器，和HyFi这个名称相比来说更接地气，本质都是路由器和电力猫的结合，可通过家里的已布好的电线传送信号。
相比较前几种，这个方案方案成本相对较大，需要替换之前的路由器。
适用环境：任意家庭环境。
方案五：使用AP/AC扩展无线信号
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，还要所有房间都覆盖良好，那么就使用AC加无线AP的方式组网吧，绝对如你所愿。
AP：无线访问接入点（Access Point）说白了就是一个WiFi信号收发器，相当于去掉了路由和管理功能的无线路由器。
AC：无线控制器（Access Controller）就是用来集中化管理多个无线AP的，负责下发配置、修改相关配置参数、射频智能管理、接入安全控制等。
AC/AP管理网络
方案要求所有的AP（接入点）和AC（接入控制器）通过有线方式连接起来，由AC统一配置所有的无线AP，整个无线网络有统一的信号，可以实现无线漫游。
该方案选用的AP是可以嵌入到墙里面的网线面板，由AC通过网线来供电，不需要外接电源，美观大方，不占空间。这一切的代价就是贵。
适用环境：大户型，对覆盖要求高，希望整洁，所有网络设备都隐形。
至此，以上几种常见方案介绍完毕，我们对各个方案进行对比：
各种组网方案对比
好了，絮叨了这么多，关于WiFi穿墙的“道”和“术”都已经介绍完毕，希望各位在任意角落都能够信号满满。
技术男的难处
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