第 8 讲:5 GHz 信道、80 MHz 与 DFS 的"脾气"

《看不见的光:从电磁波到你家 WiFi》系列 · 第 8 讲


接着上一讲说

上一讲我们把 2.4 GHz 这片"老城区"逛完了:83 MHz 的总宽度,13 个紧挨着的编号,挤得只剩下 1、6、11 三条主干能并行。

家里真正能让你"看 4K 不卡"、"无线投屏不掉"、"NAS 拷文件接近千兆"的那一段,几乎都是另一片频段——5 GHz

这一讲就来回答几个问题:

  • 5 GHz 上一共有多少条信道?为什么编号一下子从 36、40 跳到 149、165?
  • 路由器后台的 20/40/80/160 MHz 到底是怎么"拼"出来的?
  • 为什么有些 5 GHz 信道明明在列表里,路由器却从来不去用?这就是这一讲的主角——DFS

如果你愿意,可以一边看一边对照下面这张图:

5ghz-channels-dfs.svg

5 GHz 不是一整条公路

最容易让人误会的一件事是:5 GHz 不是像 2.4 GHz 那样的一整段连续频谱

它是被法规切成好几段,每一段的"准入条件"还不一样。在国际上常用的划分是这样几块(以下用美国 FCC 的 UNII 分段名称作参考,方便你以后看英文资料对得上号):

子段 频率范围 常见信道 大致脾气
UNII-1 5150–5250 MHz 36 / 40 / 44 / 48 一般不需要 DFS,室内可放心用
UNII-2A 5250–5350 MHz 52 / 56 / 60 / 64 要 DFS,要让着雷达
UNII-2C(也叫 UNII-2 Extended) 5470–5725 MHz 100–144 要 DFS,且和气象雷达共用
UNII-3 5725–5850 MHz 149 / 153 / 157 / 161 / 165 一般不需要 DFS

不同国家/地区,开放的子段不一样:

  • 中国大陆民用 WiFi 主要用 5150–5350 MHz(含 36–64,对应 UNII-1 + UNII-2A,室内使用)和 5725–5850 MHz(含 149–165,对应 UNII-3)。中间 5470–5725 这一大段在民用 WiFi 上一般不开放
  • 美国开放的 5 GHz WiFi 范围更完整,包括中间的 UNII-2C,所以你看美国教程里经常出现 100、116、132 这类信道编号;但 5350–5470 MHz 仍不是常规 WiFi 段。
  • 欧洲也开放 5470–5725 MHz 这段,但功率限制更严格,DFS 要求更死板。

所以你拿一台国行路由器,会发现可选的 5 GHz 信道大致就两堆:前面一堆 36–64后面一堆 149–165,中间那段是空的。这不是路由器小气,是法规在切。

一个小提醒:上面这张表是"大方向"。具体每一段的功率上限、允许室内还是室外、对 DFS 的细节要求,各地法规都会单独再加约束,路由器固件会按销售地区自动锁定。

5 GHz 的信道编号怎么读

5 GHz 的编号规则比 2.4 GHz 整齐得多。

信道编号每差 1 = 中心频率差 5 MHz;20 MHz 信道之间的编号差 4。

所以最常见的 20 MHz 信道,是编号每隔 4 个排一次:36、40、44、48、52、56、60、64、…、149、153、157、161、165。

每一条 20 MHz 信道的中心频率,按下面这条公式算就行:

f_{\text{中心}} = 5000\ \text{MHz} + 5 \times \text{信道号}\ (\text{MHz})

举几个例子:

  • 信道 36:5000 + 5 \times 36 = 5180 MHz
  • 信道 100:5000 + 5 \times 100 = 5500 MHz
  • 信道 149:5000 + 5 \times 149 = 5745 MHz

跟 2.4 GHz 不一样的是,5 GHz 上常用的 20 MHz 信道之间是不重叠的。这是它能开 80 MHz、160 MHz 这种"豪华大道"的前提。

20 / 40 / 80 / 160 MHz 是怎么"拼"出来的

5 GHz 之所以能跑得快,关键就是这一段:路由器允许把好几条 20 MHz 信道捆成一条更宽的路用。这件事在协议里叫信道绑定(Channel Bonding)

捆的方式有规矩,不是你想拼哪两条都行——必须是对齐的相邻 20 MHz

  • 20 MHz:单独一条,比如 36。
  • 40 MHz:两条相邻 20 MHz 拼起来,比如 36+40,写作"信道 38"或者"36(40 MHz)"。
  • 80 MHz:四条相邻 20 MHz 拼起来,比如 36+40+44+48,写作"信道 42"或者"36(80 MHz)"。
  • 160 MHz:八条相邻 20 MHz 拼起来,比如 36 一直到 64,或者 100 一直到 128。

这件事用一个比喻:

5 GHz 就像一条修好了的高速公路,每 20 MHz 是一条车道。你的路由器可以选只走一条(稳)、并排开两条(40 MHz)、并排开四条(80 MHz)、甚至并排开八条(160 MHz,超快但要求最苛刻)。

带宽翻倍意味着理论吞吐率近似翻倍,但代价也跟着放大:

  • 更容易撞到邻居:一条 80 MHz 路盖住的范围,等于四条 20 MHz;想按 80 MHz 发包,就要确认相关子信道足够空。如果副信道忙,设备可能退避、收窄到 20/40 MHz,或者等下一次机会。
  • 更容易撞到雷达:拼得越宽,越大概率碰到下面要讲的 DFS 信道。
  • 信噪比要求更高:宽路对信号质量更敏感,远距离/穿墙时 80 MHz 不一定比 40 MHz 快,反而可能更慢。

所以路由器后台那个 "20/40/80 MHz 自适应" 选项,实际上是在替你做一个权衡:周围干扰少、连接质量好时尽量用宽;条件不合适时,就退到窄一点,或者只在某些发包时按较窄带宽工作。

DFS 是什么:把信道"借"给雷达

现在轮到这一讲真正的主角了。

5 GHz 那一大段中间频谱(大致 5250–5350 和 5470–5725),并不是 WiFi 独占的。它早在 WiFi 出现之前,就被分配给了:

  • 气象雷达(监测降水、台风的那种)
  • 军用雷达
  • 机场航管雷达

这些设备的功率比家用路由器高几个数量级,业务也比刷视频要紧得多。法规给了这些雷达优先使用权,WiFi 只是被允许"在它们不用的时候蹭一下"。

要做到"它们一开机我就让路",就必须有一套机制:

Dynamic Frequency Selection(动态频率选择,DFS):路由器在使用这些信道时,必须时刻监听有没有雷达信号,一旦发现就在限定时间内主动让出这条信道。

DFS 的"脾气"分三步:

第一步:上信道前先听一会儿(CAC)

路由器要使用一条 DFS 信道之前,不能直接开播,得先静默地"听"一段时间,确认没有雷达。这段时间叫 CAC(Channel Availability Check,信道可用性检查)

  • 普通 DFS 信道:大约 60 秒
  • 一些和气象雷达共享的特殊信道(不同地区编号略有不同,常见是 120/124/128 这一段):要听 10 分钟

这就是为什么你有时候在路由器里手动选了一条 DFS 信道,等了好久才显示"已启用"——它在认真听有没有雷达。

第二步:用着用着也得继续听(In-Service Monitoring)

CAC 通过之后,路由器并不能"高枕无忧"。它在工作的同时,还得持续监听雷达信号。一旦疑似检测到:

  • 必须在大约 10 秒内完成迁移,不再在原信道上正常发数据;
  • 然后切到另一条非 DFS 信道,或者另一条已经 CAC 完成的 DFS 信道。

从用户角度看,就是网络可能突然"卡一下"或者"换了个信道"——尤其是附近机场/航管雷达、气象雷达正在工作的时候。

第三步:让出去之后还得"冷却"

被雷达赶走的那条信道,路由器不能马上回头再用。法规一般要求至少 30 分钟之内不再使用这条信道(叫 NOP,Non-Occupancy Period)。

所以一条 DFS 信道,对路由器来说大概是这种心态:

"我可以用,但要先听 1 分钟;用着的时候还要竖着耳朵;一旦听到雷达,10 秒内闭嘴,30 分钟内不许回来。"

这就是为什么有些 5 GHz 信道明明在选项里,自动模式下路由器却长期不去用——它们不是不能用,是"性价比"在家用环境下不够高。

把 80 MHz 和 DFS 放在一起看

现在把这两件事拼起来,就能解释很多用户实际会遇到的现象。

现象一:开了 80 MHz,路由器自动落在以 36 或 149 起步的那一组。

因为 36(即 36–48 这一组)和 149(即 149–161 这一组)正好各能凑出一段完整的非 DFS 80 MHz。为了稳定,路由器自动模式往往会优先选这两个"安全块"。在中国大陆国行路由器上,这两块也几乎是仅有的非 DFS 80 MHz 选择。

现象二:开了 160 MHz,但发现实际还是按 80 MHz 跑。

160 MHz 需要连续八条 20 MHz 拼在一起。在国行可用的频段里,36–64 这一段刚好够拼一条 160 MHz,但其中 52–64 是 DFS;后段 149–165 一共只有 5 条 20 MHz,根本拼不出 160 MHz。所以国行路由器要开 160 MHz,几乎只有"36–64 + DFS"这一条路。一旦它认为雷达环境不安全,就会自动降级回 80 MHz

现象三:DFS 信道反而很空,但路由器一切到那里就被打断。

DFS 段往往是 5 GHz 里比较空旷的一片——因为不少家用路由器默认避开,邻居就少。但"空"是有代价的:偶尔会被雷达打断、CAC 启动慢、跨信道切换会让正在打游戏/视频通话的设备瞬断一下。是否值得,要看你家附近有没有雷达源头(机场、气象站、军事设施附近的住户更容易遇到)。

一段实用小结

回到最开始那个问题——5 GHz 为什么有那么多信道,但你能"放心用"的就那么几块?

把这一讲串起来:

5 GHz 被法规切成了几个子段;其中很大一部分要和雷达共享,使用前要 CAC、使用中要让路、让走之后要冷却(这就是 DFS)。在国行路由器上,真正"无负担"的 80 MHz 主要落在两块:以信道 36 起步的那一组,和以信道 149 起步的那一组。

如果你只想带走几条能用的判断:

  1. 5 GHz 作为高速主力时,80 MHz 通常是默认推荐——和 2.4 GHz 不一样,这里宽路真的快;如果小区特别拥挤,再考虑手动收窄到 40 MHz。
  2. 160 MHz 谨慎开:在国行可用频段里,它必然踩 DFS,而且对信号质量要求很高,远距离不一定比 80 MHz 快。
  3. 看到信道列表里有 52–64、100–144 这些段,它们通常就是 DFS 段。它不是坏,是**"空但偶尔会让位"**。家里没有雷达源、对偶尔瞬断不敏感的话,可以试试它。
  4. 如果你正在用 DFS 信道,路由器突然换 5 GHz 信道、设备短暂掉线又重连,第一嫌疑就是 DFS 检测到了雷达;如果你用的是非 DFS 信道,再去排查自动优化、干扰和固件问题。
  5. 国行路由器通常主要在 36–64 和 149–165 两堆里选,是法规决定的,不是固件锁人为限制。

下一讲:发射功率、穿墙,和那些"标准/节能/穿墙模式"

到这里,"频段—信道—带宽" 这条线就走完了。你已经知道路由器在哪条路上跑这条路有多宽为什么有些路要让给雷达

下一讲,我们换一个维度:功率

  • 路由器后台那个"标准模式 / 节能模式 / 穿墙模式",到底改了什么?
  • 为什么"功率大 = 穿墙强"是一种半对的直觉?
  • 为什么调到最大反而可能让你家网络更差?
  • 法规给民用 WiFi 设的功率上限大概是多少,路由器为什么不能想多大就多大?

我们会回到第 5 讲的那个老朋友——距离和穿墙带来的能量损失——把它和"路由器自己能喊多大声"放在一起,看清楚一件大多数人弄反的事。