5.19 无线电波的重复利用（通信速度）

📄 一句话概括

电波频谱是一块总量固定、谁也不能独占的地——"重复利用"就是把它榨干的两只手：空间上切成信道、隔远了反复铺开（蜂窝式复用），时间上同一信道大家排队轮流（CSMA/CA）；而单点通信速度＝每 Hz 装多少 bit × 带宽 × 并行路数。

📝 本节和前面几节的关系

5.16 给了"信道 1/6/11"这个结论、5.17 把"带宽"列为三杠杆之一——但为什么有限电波能服务无数设备、速度到底由什么决定，一直没正面回答，本节就是答案。它同时是几笔旧账的合账处：同信道排队＝"信号满格却卡"（5.16）、信道捆宽＝5.17 的杠杆二、CSMA/CA 轮流（5.16）、Wi-Fi 天生半双工所以只能排队不能同时（5.15）。5.18 讲"怎么连上"，本节讲"连上之后为什么是这个速度"。

一、"重复利用"解决的是什么问题

频率资源是物理上固定的：2.4 GHz 频段总共不到 100 MHz 宽，全球所有 Wi-Fi、蓝牙、微波炉都在里面挤。一块地就这么大，要让无数设备都能通信，只有两个办法——把地切碎，分给不同的人（空间上错开），或者同一块地大家轮流用（时间上错开）。这两种手法合起来，就是"无线电波的重复利用"：一组频率被反复、错开地使用，总容量远超频谱本身的宽度。

对照有线：网线是物理隔离的（每根线一条链路，天然互不干扰），所以以太网不需要讨论"重复利用"；无线把介质换成了共享的空气，频谱管理成了第一等大事——这也是有线、无线在很多机制上分道扬镳的根源。

二、先分地：频段切成信道

把一个频段按宽度切成一片片"信道"，每片就是一条独立的空气链路。2.4 GHz 频段的切法很别扭：相邻信道互相重叠、彼此听得见，真正互不打扰的只有 1 / 6 / 11 三个（5.16 的结论，这里补上了"为什么"——不是标准偏爱这三个号，是 20 MHz 一片叠出来的必然）。5 GHz 频段宽得多，信道多、还能把相邻几片捆成 40/80/160 MHz 的宽信道——这就是 5.17"三杠杆"里带宽杠杆的物理来源，也解释了"为什么 ac 快一半的功劳在 5G 这条宽跑道"。

分地有个绕不开的代价：信道捆得越宽，频段里能同时存在的不重叠组合越少。2.4G 捆到 40 MHz 后，1/6/11 里就只剩一个能用了。

三、通信速度由什么决定

一条信道上每秒能塞多少 bit，公式是三件事相乘：

每 Hz 装多少 bit（调制密度）：256-QAM 一个符号装 8 bit，比 16-QAM 的 4 bit 密一倍（5.17 提过 ac 升 256-QAM）；
带宽：路有多宽，20→40→80→160 MHz，每翻一倍速度约翻一倍（n 每流 72→150→433→866 Mbps 就是带宽换来的）；
并行路数：OFDM 把信道切成几十个子载波并行传（5.17）、MIMO 再加空间流——都是"多开几条道"。

这直接澄清一个日常误会：路由器显示的协商速率是"这条信道此刻的能力上限"，实际速度还要再扣掉排队（时间复用的开销）、重传和信号质量压低的调制档位——所以协商 866 Mbps、实测三四百，是正常现象而非虚标。

四、空间上的重复利用：蜂窝式频率复用

单看一个频段只有三个干净信道，怎么可能服务一栋楼、一座城？答案：同一信道隔远了就能再用。相邻 AP 错开用 1/6/11，隔开两个覆盖圈之后，信道 1 又可以分配给下一个 AP——同一组频率在地面上被反复铺开，这就是蜂窝式复用（手机基站撑起一座城靠的也是它，只是蜂窝更小、复用更密）。

由此得到本节最实用的一条工程规则：多 AP 部署时，相邻的必须错开信道，隔远的才允许复用。把整层楼的 AP 全设成同一信道，等于让所有人在同一块地上排队——人人信号满格、人人网速稀烂，这正是 5.16"信号满格却卡"的根治处方。

五、时间上的重复利用：同一信道轮流用

分到同一信道的设备，共享一条"空气总线"：CSMA/CA 让大家先听后说、随机退避、轮流发送（5.16 的机制，这里给它换个视角——它就是信道这块地在时间轴上的重复利用）。注意两个代价是这套机制天生的：同一信道人越多，每人分到的时间越少（排队变长）；轮流的颗粒度是"帧"，不是"比特流"——大文件下载和视频通话在同一信道里是按帧交错挤着走的。

有线对照：全双工交换机每个口独享链路，不存在时间复用；Wi-Fi 半双工（5.15），注定只能排队——这就是"无线实际速率永远低于标称"的最大单项开销（每帧等 ACK、退避、排队）。

六、动手 Demo（Demo68：给自家楼里的频谱画张地图）

管理员命令行执行 netsh wlan show networks mode=bssid，把每个网络的信道记下来。
数一数：信道 1/6/11 上各挤着几个 AP？多数居民楼里能数出两位数——这张表就是你身边的"频谱拥挤地图"。
看自家：netsh wlan show interfaces，记下你连的信道和"接收速率"（协商值）。
对照判断：你和几个邻居同信道？同信道 3 个以上，你的"满格却卡"就有了第一个嫌疑。
看带宽：协商速率除以"每流基准"（n：72/150/300；ac：433/866），反推你家路由器用的是 20 还是 40/80 MHz——捆宽了吗？
（可改的话）进路由器管理页，把 2.4G 信道带宽从 20 MHz 改成 40 MHz，重连看协商速率变化。观察点：速度档位上去了，但 2.4G 邻居们同时变得更挤（40 MHz 占了别人的地盘）。看完建议改回 20 MHz。
（可改的话）把自家信道从 1 挪到 11，隔 30 秒重连，再跑一次 mode=bssid 看新信道上有几个邻居——这就是空间复用的现场操作。
思考题：你楼里要是有一台老设备只支持 2.4G，把它挪到 5G 有戏吗？（答案在 5.17 的频段落位图里。）

七、30 秒实验

打开手机的 Wi-Fi 分析类工具（或电脑跑第 1 步那条命令），只做一件事：数同信道的 AP 数量。你马上会明白"为什么周末晚上视频卡"——不是你的路由器老了，是这块地晚上挤满了人。

八、常见误区

"信道 13 比信道 11 好用"。13 和 9 以下重叠不多，但它不与 1/6/11 构成干净的三分；国内 13 可用，惯例仍是 1/6/11（互不重叠 + 老设备兼容）。
"把信道捆宽（40/80 MHz）一定更快"。单点能力翻倍没错，但占用别人的地盘、互扰与排队都变多——拥挤环境里 20 MHz 反而更快。
"协商速率就是实际速度"。协商值是上限；实际还要扣排队、重传、调制档位降档。协商 866 实测三四百不是虚标。
"换个信道就能提速"。换信道改变的是排队长短（避开拥挤），不改变单次传输的能力上限；两者别混。
"频率复用是 5G 蜂窝的专利"。Wi-Fi 多 AP 部署用的就是同一原理，只是单元叫 BSS 不叫小区。

九、折叠自测

📌 自测（点开对答案）

频率资源为什么必须"重复利用"？两种手法分别是什么？
2.4G 为什么只有 1/6/11 三个互不重叠信道？
通信速度公式是哪三项相乘？"带宽翻倍"对速度意味着什么？
多 AP 部署的信道分配规则是什么？全设同一信道会怎样？
协商速率和实际速度为什么差一截？最大单项开销是什么？
蜂窝式复用和 CSMA/CA 分别对应空间还是时间？

答案：① 频谱总量固定；空间上切信道分地、时间上同信道轮流。② 20 MHz 一片、相邻 5 MHz 错位互相重叠，叠到最后只有 1/6/11 互不相碰。③ 每 Hz 比特数 × 带宽 × 并行路数；速度约翻倍。④ 相邻错开、隔远复用；全同信道＝全体排队，满格也卡。⑤ 要扣排队/重传/降档；最大单项开销＝每帧等 ACK + 退避（半双工轮流）。⑥ 蜂窝复用＝空间；CSMA/CA＝时间。

十、下一步学什么

☑ 5.20 在传输数据时避免发生冲突（CSMA/CA） —— 已写完 ✅：本节说"实际速率永远低于标称"，下一节给出第一笔明细账——CSMA/CA 的帧级细节：SIFS/DIFS 礼仪分级、退避冻结、"没撞也先让"、每帧等 ACK、RTS/CTS 治隐蔽站；Demo 教你亲手量"排队税"。