本文來源：無線深海
01 WiFi穿牆之迷
自從WiFi成爲人類生存基本需求以來，蜉蝣君經常被問到一個問題：
“我的路由器有這麼多根天線，看起來牛逼閃閃，號稱大功率穿牆王，咋才走了幾步就沒信號了呢？”
更有甚者，如上圖這位MM，更是問出瞭如此讓人瞠目結舌的問題：“號稱450米的路由器，咋才過了不到10米，穿了兩堵牆就沒信號了？”
納尼？450米的路由器？！什麼鬼？！
蜉蝣君把該MM發來的盒子圖片放大一看，上面赫然寫着450M！！！能把“M”想象成“米”，這也太難爲WiFi君了吧！
其實這裏的450M並不是450米的意思，而是指Mbps，又稱兆比特每秒，說的是這款路由器的最大下載速率可以達到450Mbps，跟覆蓋的距離和穿牆能力一毛錢關係都沒有。
下面我們就來聊聊WiFi的信號問題，包括覆蓋距離和穿牆能力。希望看完之後，能讓你對WiFi有一個全新的認識。
02 WiFi的協議和頻譜
首先來說WiFi的協議及頻譜的問題。
自從WiFi標準被IEEE（電氣和電子工程師協會）提出以來，經過了20年的蓬勃發展，一步一個腳印，出了一個又一個協議版本：
從上表可以看出，WiFi有兩個工作頻段：2.4G和5G。這兩個頻段都是非授權頻段（或者叫免授權頻段）——只要符合國家法規，不經授權就可使用。也就是說，在家裏裝個無線路由器，收發WiFi信號，是不需要任何人批准的（而使用除此之外的“授權頻段”，是需要國家正式授權的）。
2.4G頻段：
2.4G頻譜的範圍是2.4GHz～2.4835GHz，共有83.5M帶寬，劃分爲13個信道，每個信道寬20M。
可是，20M乘以13等於260M啊，這13個信道共需要260M帶寬，而2.4G頻譜只有83.5M，這怎麼放得下？
答案就跟上公交車一樣：“擠一擠，往後挪一挪，趕緊再上一個！”人多車小，爲了共同的出行需求，個人空間就別想了，被踩到腳更是難免。
從下圖可以看出，2.4G頻譜的這13個信道緊密地交疊在一起，干擾是不可避免的。
注意，第14信道在國內是不允許使用的。
信道交疊到什麼程度呢？
由下圖可以比較直觀地看出，在這些信道里面，只有1，6，11，或者2，7，12，或者3，8，13這三組是完全沒有交疊的。
就好比一條很窄的路，上面同行的車卻很多，勢必造成通行速度的下降。
到了802.11n，用戶可以使用40M的信道，但2.4GHz頻段依然只有83.5M的總帶寬，就只能容納兩個信道了。因此只有在夜深人靜網絡空閒的時候，單個用戶纔有可能使用40M信道，加之來自隔壁老王家的干擾，802.11n的高速率很大程度上難以達到。
5G頻段：
既然2.4G頻段如此擁擠不堪，IEEE那些制定WiFi標準的專家們，就打起了另一個免授權頻段的主意——那就是5G頻段。（再次注意，這裏的5G和我們現在常說的5G通信標準是完全兩回事。）
802.11n雖說是可以工作在5GHz上的，但這個協議版本非常老舊。所以，5GHz的優勢由更年輕的802.11ac來體現。
5G頻譜的範圍是4.910GHz～5.875GHz，有900多M的帶寬，是2.4G的10倍還多！
正是因爲這段頻譜很寬，內部還會劃分成幾個子頻段，有的還沒分配，有的作爲其他用途。連4G LTE，都想用它（也就是LTE-U，LTE-Unlicensed）。
對於這段頻譜，不同國家之間的使用情況差別很大，中國可以使用的部分如下圖所示。
下圖是中國的5GHz可用信道的分佈情況。
支持802.11ac的路由器和手機可以在把這些可用的信道自由組合，使用20M、40M、80M甚至160M帶寬的信道。
信道多，帶寬大，干擾小，峯值下載速度有效提升。
03 WiFi的速率估算
WiFi工作在2.4G和5G分別能達到多大的峯值下載速率？
2.4G頻段我們採用802.11n來估算，這個版本也是支持2.4G的最新的協議版本。5G頻段我們採用最新的802.11ac來估算，這個協議版本只支持5G。
802.11n引入了幾個特點：
支持MIMO，也就是可以使用最多4個天線來收發送數據，下載速率成倍提升。因此看到現在市場有上多個天線的路由器，至少支持802.11n無疑。
在支持標準的20M帶寬信道的基礎之上，新增了雙倍帶寬，也就是40M。單用戶理論峯值下載速率又得到了成倍提升！
因此，要估算802.11n最大下載速率，很簡單，數天線的個數！一個天線加上40M信道最大能達到150Mbps的速率，兩個天線自然就是300Mbps，以此類推，4個天線可達600Mbps！
而802.11ac又在下面幾點上進行了增強：
MIMO增強：最多可以使用8個天線來收發送數據，速率倍增！
信道擴寬：支持80MHz帶寬信道，最大可支持160M帶寬信道，速率倍倍增！
高階調製：支持256QAM，速率再增30%！
在這3點的加成之下，802.11ac單天線可達433Mbps，兩天線867Mbps，三天線1.3Gbps，4天線1.7Gbps，8天線3.4Gbps！
這只是理論上的推算，實際上支持802.11ac的路由器，天線個數都在4根以內。
04 雙頻路由器的誕生
“雙頻路由器”的橫空出世又是爲何？
既然5G加802.11ac這麼好，那是不是以後的路由器和手機就都可以不支持2.4GHz了呢？單靠5Ghz和802.11ac能否打下一片全新的天地呢？
答案是不行。
顯而易見的一個原因是因爲兼容性。
幾年前大量的手機、電腦、電視只支持2.4GHz，爲了讓這些老設備不至於沒法上網，對於2.4GHz的支持的必須的。
另一個原因是覆蓋。
2.4G的頻率低波長大，信號損耗小，穿透能力強，在覆蓋上和5G相比具有一定優勢。這個問題我們後面再詳談。
尺有所短，寸有所長。既然如此，何不2.4G和5G雙頻合璧？
平地一聲雷，雙頻路由器橫空出世。
因爲2.4G和5G的信號指標差別較大，一般情況下2.4G和5G的天線是獨立的，如上圖一樣錯開分佈，讓相同頻段的天線之間相隔地儘可能遠，保障性能最優。
要估算雙頻路由器支持的最大下載速率，方法依舊是數天線，不同之處是2.4G和5G的速率要分開計算，然後再加起來就可以了。
其實，高速率這樣的核心賣點，路由器廠家肯定是要赫然印在包裝盒上並大肆宣傳的，商家早都替我們算好了。
頻段和速率鋪墊完畢，終於到和穿牆有關的部分了,也就是WiFi的信號強度和損耗。
05 爲啥WiFi信號的總是這麼差？
首先我們來看看WiFi信號在傳播中遇到障礙物之後的反應：
折射：WiFi信號經過玻璃或水的時候，信號路徑發生偏折，我們和路由器都在空氣中，因此折射的影響可以忽略。
反射：WiFi信號經過光滑的物體表面時，信號會發生反射，和光的反射類似。
繞射：WiFi信號經過水泥牆體，因難以穿越，部分信號會向旁邊散開，等遇到一個可以穿過的區域再繼續向本來的方向繼續直線傳播。
漫射：WiFi信號遇到水泥牆，因爲直線線路受阻，部分信號會散開，沿着牆壁上下左右繼續延伸出去。
穿透：WiFi信號的能量一部分被障礙物吸收，剩餘能量的透過障礙物繼續傳播。
一般情況下，在室內環境下，我們手機接收到的WiFi信號主要是反射、繞射、漫射和穿透這四種效應的疊加。後三種效應都和信號的頻率關係很大，頻率越高繞射和穿透的能力越差。
不管是2.4G還是5G頻段，在無線通信裏都屬於較高的頻段了，雖說2.4G繞射和穿透能力要比5G強一些，但也高不到哪裏去。
我們來看看2.4G信號穿牆之後的損耗（經驗值）：
在射頻世界裏，一般用dB這個單位來表示信號變化的情況。怎麼理解呢？很簡單——
降低3dB，是指信號強度降低到原先的1/2（二分之一）。
降低10dB，是指信號強度降低到原先的1/10（十分之一）。
降低30dB，是指信號強度降低到原先的1/1000（千分之一）。
結合上表可以得出下面的結論：
木頭，玻璃這些障礙物，對於WiFi信號的阻擋作用不強，只會帶來一半左右的信號衰減；
磚牆，水泥牆這些障礙物，堪稱WiFi信號殺手，穿透的信號動輒衰減爲原先的千分之一；
電梯這類金屬障礙物，簡直就是WiFi信號的噩夢，輕輕鬆鬆衰減到原先的萬分之一！
真是讓人絕望啊，這可咋辦呢？
有沒有所謂“大功率路由器？”
機智的你肯定很快就想到了，想要信號好穿牆能力強，增大發射功率啊！沒有什麼不是增大功率不能解決的，如果有，那就再增大一倍！
但是在WiFi這裏，增大發射功率還真不行。
因爲無線路由器的發射功率是有國家規定的——最大100mW，也就是0.1W。我國對無線設備發射功率一向要求嚴格，不符合這個要求的產品是不能上市的。
所以，想通過增強發射功率來提升WiFi信號這條路是走不通的。
“高增益天線”是否可行？
既然發射功率有限制，那如果路由器用的高增益天線到話，不是能量發射會更集中，從而覆蓋地更遠嗎？
理論上來說是這樣。但增益高能量集中的代價就是波束變窄，WiFi信號的覆蓋會不均勻，有的方向信號強，有的方向信號弱。如果有多個人在不同位置同時使用的話，對覆蓋的評價會褒貶不一。
而且，一般的路由器天線增益也就9dBi，面對動輒就幾十dB的穿透損耗來說也是杯水車薪。
06 我該怎麼提升WiFi信號？
這也不行那些不行，那該到底咋樣才能提升WiFi信號呢？
場景1
“我就一臺路由器，既想讓WiFi信號變好，又一分錢都不想花，該怎麼辦？”
方法一：路由器擺放位置優化
既然所謂的“穿牆王”，“單臺穿三牆”這種神器統統不存在，單臺路由器不可避免的無法完全覆蓋任意角落。
如果想要最低成本地解決問題，請記住下面這幾條法則：
傳播距離越短信號越好，所以儘量把路由器放在房子的中央！
木門，玻璃門等對信號的衰減小，儘量讓路由器多走門，少穿牆！
弱電箱的位置一般都在門口，四周面板也會屏蔽無線信號，所以儘量不要把無線路由器放在弱電箱裏！
把路由器擺在高一些，開闊一下的地方，避開冰箱、洗衣機、各種傢俱等障礙物！
下面是作業：請看這張圖，位置一和位置二哪個好？
再請看這張圖，位置一和位置二哪個好？
相信這兩道題的答案是不言而喻的。
方法二：調整合理的天線角度
一般的家用路由器都使用全向天線，全向天線的無線信號分佈類似被水平壓扁的輪胎。所以，無線信號在與天線垂直的方向上覆蓋效果最好。如下圖所示：
所以，還乖乖把無線路由器的天線調整到與地面垂直，直戳戳地對着房頂就好，別掰成各種亂七八糟的角度了，直戳戳地對着你的方向恰好信號最弱！
方法三：避免環境干擾
1、儘量使用雙頻路由器，能使用5G頻段儘量使用5G！如前文所示，2.4G頻段是非常擁堵的，自然受到的干擾也更多。而5G頻段相對來說就要乾淨地多。雖然有時候看起來5G的信號比2.4G少上一兩格，但說不定速度更快！
2、把路由器儘量放得離微波爐、藍牙設備、無線鼠標鍵盤等設備遠一些！這些玩意都在2.4G上工作，造成干擾指數增加！
3、更改路由器的信道配置！前面已經說過，2.4G頻段上只有3個獨立不交疊的信道，一般來說就是1，6和11。試着改改看，哪個信道好就用哪個。
場景2
“爲了上網爽快，我還是願意點花錢的，怎麼辦？”
這就必須要上升到家庭組網方案了！
方案一：使用無線擴展器擴展放大無線信號
這是目前中小戶型WiFi信號擴展的主流方案。哪裏信號比較弱，就在這個位置就近的電源插座上插一個擴展器，不需要連接網線。這個功能就叫做信號中繼，顧名思義，就是指信號放大器接收主路由器的信號，放大之後再發射出來，因此家裏的信號還是同一個，手機、Pad會連接質量較好的信號。
適用環境：任意環境都適用。
方案二：使用無線路由器橋接擴大信號
這個方案使用路由器的無線橋接功能，把多臺無線路由器通過無線方式連起來，路由器之間也不需要網線連接。
通過無線橋接後，WiFi信合實現了接力，起到放大作用。當然，副路由器一般來說四個網絡口，可以用來接有線電腦，這也是這個方案的優勢之一。
那麼方案二和方案一還有什麼不同呢？那就是橋接的這兩個路由器實際上還是獨立工作的，可以設置不同的WiFi名稱和密碼。
適用環境：手頭已有多臺無線路由器、想要在副路由器接有線設備。
方案三：使用網線把兩臺（或者多臺）路由器連接起來
使用網線將多個路由器連接起來，其中連接寬帶的路由器作爲主路由器，其他的作爲副路由器。主副路由器之間通過各自的LAN口連接起來，此時副路由器相當於無線交換機。
通過配置，可以實現整個網絡只有一個無線信號，實現自動漫遊。
這個方案要求各個路由器之間通過網線連接起來，最大的優勢就是穩定性好，路由器之間沒有無線損耗，各個路由器的速率都很高，但也有一個明顯的限制條件，就是所有路由器之間必須通過網線連接。
適用環境：已經布好網線的環境。
方案四：使用HyFi套裝（子母路由器）組建全覆蓋無線網絡
HyFi（全稱：Hybrid Wi-Fi）也叫電力貓，是指同一產品同時採用“有線”和“無線”兩種技術，以房間內無處不在的“電線”爲主幹，“無線”作爲接入，使產品兼具有線的穩定可靠性和無線的移動便捷性。
TP-Link的HyFi套裝是由HyFi路由器和HyFi擴展器兩部分組成，兩者是通過家裏的電線傳輸數據的。配置好路由器後會將無線設置自動推送到擴展器，這樣就組成了只有一個信號的無線網絡。
HyFi無線解決方案是具有方便快捷的特點，通過電線傳輸無需佈線，傳輸速度快、穩定性好。並且無線配置簡單，只需要配置好路由器，擴展器的信號就會隨之同步改變。
因此這個方案擴展性很好，可以根據實際需要配置多個擴展器，外觀也非常的大氣，美觀、簡潔。
華爲的這個方案也叫子母路由器，和HyFi這個名稱相比來說更接地氣，本質都是路由器和電力貓的結合，可通過家裏的已布好的電線傳送信號。
相比較前幾種，這個方案方案成本相對較大，需要替換之前的路由器。
適用環境：任意家庭環境。
方案五：使用AP/AC擴展無線信號
如果你偏愛整潔的環境，不想看到插座上的線纜，更不想看到突兀的路由器天線，還要所有房間都覆蓋良好，那麼就使用AC加無線AP的方式組網吧，絕對如你所願。
AP：無線訪問接入點（Access Point），說白了就是一個WiFi信號收發器，相當於去掉了路由和管理功能的無線路由器。
AC：無線控制器（Access Controller），就是用來集中化管理多個無線AP的，負責下發配置、修改相關配置參數、射頻智能管理、接入安全控制等。
方案要求所有的AP（接入點）和AC（接入控制器）通過有線方式連接起來，由AC統一配置所有的無線AP，整個無線網絡有統一的信號，可以實現無線漫遊。
該方案選用的AP是可以嵌入到牆裏面的網線面板，由AC通過網線來供電，不需要外接電源，美觀大方，不佔空間。這一切的代價就是貴。
適用環境：大戶型，對覆蓋要求高，希望整潔，所有網絡設備都隱形。
至此，以上幾種常見方案介紹完畢，我們對各個方案進行對比：
好了，絮叨了這麼多，關於WiFi穿牆的“道”和“術”都已經介紹完畢，希望各位在任意角落都能夠信號滿滿。