WiFi的前世今生

行業新聞|Industry News|

2024-07-16 11:26:11 564

Wi-Fi在無線局域網的范疇是指“無線相容性認證”，實質上是一種商業認證，同時也是一種無線聯網的技術，以前通過網線連接電腦，無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用WiFi連接方式進行聯網，如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網線路，則又被稱為“熱點”。

·一個由300多家會員公司組成的不斷壯大的非營利國際組織，在6個*擁有10個獨立權威測試實驗室。

·作為WLAN領域內行業和技術的引領者，為全*提供測試認證。

·與整個產業鏈保持*的合作關系，會員覆蓋了生產商、標準化機構、監管單位、服務提供商及運營商等。

·Wi-Fi CERTiFiED認證實現WLAN技術互操作性，提供最佳用戶體驗；已有3000多項產品通過認證。

·1999年，幾位Wi-Fi行業*攜手創建了一個全球性非營利性組織，旨在推動為高速無線局域網采納一個全*通用的標準。組織名稱是Wi-Fi聯盟。

·由于Wi-Fi網絡的持續擴張是基于眾多的企業、家庭以及為人們提供隨時隨地無線上網地點的公共hotspot，因此，兼容性至關重要。Wi-Fi聯盟制定全球通用的規范，并通過對無線設備的嚴格測試和Wi-Fi認證加以遵循。

Wi-Fi的規模商業化應用，在*范圍內罕見成功先例。問題集中在兩個方面：一是大型運營商對這一模式的不認可：二是本身缺乏有效的商業模式。但基于Wi-Fi技術的無線局域網已經日趨普及。這將意味將來可以十分方便的應用。

一旦存在Wi-Fi網絡的公眾場合，解決了運營商的互聯互通，高收費，漫游性的問題，Wi-Fi將來從一個成功的技術轉化為成功的商業。諸多運營商先后涉足這一領域，且許多*政府和城市使用該項技術打造無線化的*和城市。且隨著數碼娛樂設備的普及，Wi-Fi在玩家中的熱度再次高起來。據d-link等廠商提供的信息說，在過去一年內，無線路由器的銷量以100%的幅度增長。

對于公共無線局域網，在歐洲，僅BT宣布已在全英建設了50萬余熱區，在美國ATT繼續發力Wi-Fi市場，通過歐洲大部分地區及中國新部署25000個Wi-Fi熱區，意欲為那些商業先行者，遠程工作的員工和移動用戶提供更方便，更廣泛的WiFi接入，這樣一來，ATT在全球范圍的Wi-Fi熱區總數將達到12.5萬個。

迄今為止，Wi-Fi聯盟已經認證了超過2,800種產品的互操作性。但是，對于Wi-Fi聯盟而言，還有更多互操作性以外的工作,竭盡全力為Wi-Fi用戶提供他們對現有的Wi-Fi系統做出決斷所需要的信息。不管您是精通技術的iT主管，具有安全意識的首席信息官，還是被Wi-Fi潛在價值所吸引的家庭用戶，Wi-Fi聯盟的目標就是為您提供使用我們的產品所需要的信息，讓您充滿信心，且用得放心。

2007年6月底推出的Wi-Fi聯盟認證項目，帶有醒目Wi-Fi CERTiFiED新標志的802.11n標準草案2.0版產品走上市場。Wi-Fi聯盟特別推出了一款專為Wi-Fi CERTiFiED 802.11n草案2.0版產品設計的最新標志，并公布了具有可互操作性認證測試平臺的相關產品及其參考設計。與傳統的Wi-Fi產品相比，基于新802.11n草案2.0版標準的產品性能*，可提供五倍的數據流量及兩倍的網絡覆蓋范圍。消費者很快就能使用到內容豐富的、覆蓋整個家庭的應用及產品，如：流暢的高解析視頻、同一網絡內的多用戶進行線上游戲以及高速傳輸照片、音樂及其他類型文件等。企業用戶則可以利用802.11n產品增強網絡性能，提高網絡穩定性。

市場前景

iEEE802.11n的標準文件，正在由iEEE802.11工作組進行審核。其9.0版已經在2011年6月22日的工作組會議上獲得通過。該版本已經批準了93%的文件內容。預計在2011年11月的工作組會議上，將正式批準802.11n的技術文件，然后提交iEEE和國際標準化組織批準。

根據in-Stat公司2010年的一份市場預測報告，全球WiFi市場到2015年將達到每年19億個設備的水平。

Gartner市場研究公司(Gartner Research)副總裁兼資深分析師肯·杜拉內(Ken Dulaney)表示，隨著Wi-Fi認證802.11n草案標準產品的問世，將終結以往各廠商對其產品具備Wi-Fi草案標準兼容性的不確定性聲明。消費者可以購買到性能更優異、互操作性更有保障的產品。潛在購買者應了解到，Wi-Fi聯盟將為802.11n最終規范提供認證服務，并確定802.11n規范認證的時間安排。

Wi-Fi CERTiFiED 802.11n技術將提高使用者對新一代產品的使用頻率，Wi-Fi聯盟與Kelton研究公司聯手開展的調查表明，78%的美國Wi-Fi用戶有意更新其Wi-Fi系統，以提高網絡覆蓋率與/或數據流量。此外，近70%的Wi-Fi用戶認為，更快的Wi-Fi連接能夠提高視頻及游戲等多媒體應用的使用率。

手機WIFI

Wi-Fi在掌上設備上應用越來越廣泛，而智能手機就是其中一份子。與早前應用于手機上的藍牙技術不同，WiFi具有更大的覆蓋范圍和更高的傳輸速率，頻段，因此WLAN無線設備提供了一個*范圍內可以使用的，費用極其低廉且數據帶寬極高的無線空中接口。用戶可以在Wi-Fi覆蓋區域內快速瀏覽網頁，隨時隨地接聽撥打電話。而其它一些基于WLAN的寬帶數據應用，如流媒體、網絡游戲等功能更是值得用戶期待。有了WiFi功能我們打長途電話(包括國際長途哦)，瀏覽網頁、收發電子郵件、音樂下載、數碼照片傳遞等，再無需擔心速度慢和花費高的問題。WiFi又叫802.11b標準。它的最大優點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時與已有的各種802.11DSSS設備兼容。伴隨著intel公司提出的筆記本電腦芯片組—“迅馳”被越來越多的人認可，這一技術也逐漸成為了大家關注的話題。不過自2005年底開始，很多手機廠商，特別是以生產智能手機為主的品牌便開始將Wi-Fi引入自己的產品當中。已經有很多手機自帶WiFi功能。

2019年Wi-Fi聯盟正式推出Wi-Fi 6，其根據無線網網絡標準的Wi-Fi聯盟提出的命名規則，由802.11ax改為Wi-Fi 6。現在市面上的路由器都是802.11ac，也就是Wi-Fi 5，是2014年WiFi聯盟發布的，還有較早的802.11n是2009年發布，就是Wi-Fi 4。

想要在當代生活活下去，除了陽光、空氣、水，我們還需要 WiFi。

作為當代生活人體健康程度的基本指標之一，WiFi 信號的好壞直接關系著我們的身體健康和心理健康。但是 WiFi 普及了這么多年，很多人家里用的還是淘寶爆款「穿墻王」，但是 WiFi 作為一項通訊技術還是在不斷發展中的。

WiFi 發展

「在家里裝個 WiFi」這件事情在中國大規模推廣的時間，可能也就是 10 年左右，但事實上 WiFi 存在的時間遠比這個時間要久。

二戰期間內，因為戰爭的需求，無線通訊技術得到了突飛猛進的發展，但是一直沒有一個統一的無線通訊協議。1991 年，美國 NCR 公司（National Cash Register，銷售自助服務亭等產品等產品解決方案，后被 AT&T 收購）意圖通過使用無線的方式，來讓收銀系統和 POS 機在商店內自由移動。為此美國聯邦通信委員會開放了一段無需審批就可以自由使用的 ISM 頻段。

ISM 頻段（Industrial Scientific Medical Band）指的是專門為工業、科學和醫學使用的電磁波頻段，一般來說這些頻段在使用上無需許可證和費用，只要遵循一定的功率并在自己應該在的頻段內工作即可。*各國的 ISM 頻段標準并不相同，但是這其中 2.4GHz 這個頻段為*各國所共通的，因此 WiFi、藍牙、ZigBee 以及一些其他的無線通訊協議都選在這個頻段進行工作。

正是這段開放的 ISM 頻段，打開了 WiFi *的大門。

隨后 NCR 公司在荷蘭發明了 WaveLAN，一種基于電磁波傳遞信息的技術；不過由于技術限制，最早的 WaveLAN 系統只有 1 Mbit/s 或者 2 Mbit/s 的傳輸速率，這和今天最新的 WiFi 6 最高 1000 Mbit/s 的速率相差甚遠。

1997 年，電氣電子工程師學會（IEEE）推出了全新的 IEEE 802.11 無線通訊標準，標志著無線通訊標準的正式成立。

IEEE 802 是 IEEE 針對網絡制定的一系列工業標準，目前已經發產出 23 項大標準，我們日常網絡生活中常接觸到的有 IEEE 802.3 以太網（Ethernet）、IEEE 802.5 令牌環（Token-Ring）、IEEE 802.14 電纜調制解調器（Cable modems）、IEEE 802.15 無線個人網（Wireless PAN）等等，無線局域網就是 IEEE 802.11 標準。

盡管標準已經形成，但是相較于有線（10Mbit/s 以太網）較慢的速率和高昂的設備價格都讓 802.11 標準無法大規模推廣。1999 年 9 月，IEEE 802.1 小組成功創建了 802.11b 標準，盡管和 802.11 標準使用的是同樣的 2.4GHz 頻段，但是傳輸速率提高到了 11 Mbit/s，達到了當時以太網的標準，無線以太網終于成真。

同年，IEEE 工作小組還研發出了基于 5GHz 頻段傳輸的 802.11a 標準，雖然速度更快、干擾更少、穩定性更好，但是還是抵不過價錢更加*、性價比更高的 802.11b 頻段，這個狀況知道今天也差不多。

不過接下來 IEEE 要面臨的問題是怎么樣把 WiFi 賣出去，由于價格相對較高，以及需要專門的網卡的支持，WiFi 設備的前期銷量一直不樂觀。直到一個叫蘋果的大兄弟沖了進來，用 99 美元的指定購買價格從已經收購了 NCR 的朗訊科技（后來又被諾基亞收購）手中購買了大批量的無線網絡模組，并在 1999 年推出的 iBook G3 中加入了無線網絡功能，這也是業界*款擁有無線網絡功能的大眾電子消費品。

由于當時還沒有 WiFi 這個名字，蘋果就將這個功能稱之為「AirPort」，隨后蘋果的路由器產品線一直用的是這個名字。

有了牽頭的，很快整個業界都將 802.11 無線標準作為了自己的標配功能，Windows XP 也在隨后的更新中加入了對 WiFi 功能的支持。同時由行業大佬牽頭組成的 WiFi 聯盟也于 1999 年成立，這個聯盟是一個非盈利組織，擁有「WiFi 認證」商標的授權許可。

說個有意思的事情，盡管 WiFi 聯盟經常使用「Wireless Fidelity 無線保真」這個詞，但其實 WiFi 這個詞本身沒有任何意義，也沒有縮寫和全寫，正確寫法是 Wi-Fi。

在接下來的 20 年中，WiFi 技術不斷發展，最終成為了當代生活人體的必要組成部分。

為什么WiFi 技術進步大家很難感覺到？

在這 20 年的發展歷程中，WiFi 先后經歷了數次迭代，每次的迭代的版本號都是以 802.11 開頭，改后面的字母。從 802.11b 開始已經有了 802.11j / y / p / n / ac 幾次大的更新。但是我相信絕大多多數人對 WiFi 技術的進步感受并不強烈，甚至從家里安裝無線路由器之后都沒換過，一直用到現在。

之所以大家很難感覺到 WiFi 技術的進步的原因主要有三個：

· WiFi 聯盟要求產品向下兼容

WiFi 聯盟出于對老設備的保護，要求認證產品都要盡可能向下兼容老協議，這點對路由器行業的要求尤其明顯，這也就使得大家更換設備的需求不強。

· 技術成型早

事實上我們絕大多數家庭中使用的路由器使用的都是 802.11n 這個標準，推出于 2009 年，而國內 WiFi 大規模*起來也是這個時間點上。而 802.11n 的技術標準還是很強的：支持 2.4/5GHz 雙頻、最高 600 Mbit/s 的傳輸速度、支持 MIMO-OFDM（正交頻分復用，多天線增加信號容量）、室內最高 70 米的通信范圍，可以說即使是現在對于一般的家用環境也是夠用的。

加上剛才說到的強制向下兼容，這也就導致了大家對網絡環境的提升追求不大。

· 名字難記

這不是一句玩笑話，從誕生開始，WiFi 的標準就采用了 IEEE 規定的 802.11 標準的協議代號來命名每代新協議，這種「數字 + 字母」的方式極大提升了消費者的認知和學習成本，一定程度上阻礙了新技術的推進。

舉個簡單的小例子：802.11n/ac/ax 技術的先后順序，一般消費者都是懵的。

因此 IEEE 在這代 802.11ax 上改名為 WiFi 6，并追溯前兩代，將 802.11ac 改名為 WiFi 5，802.11n 改名為 WiFi 4，來推動市場對于 WiFi 協議技術進步的認知。

你看，「456」的純數字命名方式看起來是不是比那個什么 802 看起來清楚多了，而且是不是覺得自己不用最新一代就有點難受了？

WiFi 6 到底強在哪？

WiFi 6 并不是一項非常新的技術，高通 2017 年就推出了支持 WiFi 6 的 SoC，今年年初上市的三星 S10 系列就已經支持 WiFi 6 了。

相較于 WiFi 5，WiFi 6 最大的進步并不是速度，盡管速度確實有所提升，理論最大速率從 6.9Gbps 提升到 9.6Gbps 左右，這主要依靠于 MCS 調制與編碼策略的提升。速度的提升只是一方面，WiFi 6 最大的進步其實是對多設備連接的支持，這其中涉及到兩項重要技術的進步 —— MU-MIMO 和 OFDMA。

OFDMA 全稱是 Orthogonal Frequency Division Multiple Access，是一種全新的多設備數據傳輸方式。WiFi 5 上使用的叫 OFDM，簡單解釋一下就是同一個路由器一次只能和一個設備進行數據互傳，其余的設備需要排隊，這要就會造成設備網絡延遲，還會讓路由器的上下行負載出現過載或者是空載的情況下；而 WiFi 6 上的 OFDMA 可以將多個設備要傳輸的數據拆分成小份，讓多個用戶可以同時進行網絡數據傳輸。

這樣能夠極大提升多人上網的網絡環境，大家不用互相等。

另外 OFDMA 的調制碼從之前的 256-QAM 提升到了 1024-QAM，承載的數據量也就更大。

除了 OFDMA，WiFi 6 還優化了 MU-MIMO 技術，這項技術可以同時連接多個網絡設備，在 WiFi 5 上僅支持下行多設備鏈接，WiFi 6 上升級到上下行都可以；并且設備連接數量從 4 臺升級到了 8 臺。

針對目前復雜的網絡環境，WiFi 6 還支持 BSS Coloring 技術：以前的路由器在傳輸數據前會檢測環境內是否有同信道信號在傳輸數據以防止信號干擾，如果有會把媒介定位忙碌狀態，只有空閑狀態下才會開始傳輸數據。而 WiFi 6 為信息傳輸加入了全新的「著色」系統，每次傳輸數據時會在數據中心新增一個「顏色」標簽，用于區分不同設備，面對不同設備傳輸的數據可以相互區分，以減少等待空閑的時間。

WiFi 6 還加入了 Target Wake Time 目標喚醒時間機制（TWT），這項技術主要面對時下*的智能設備，通過減少智能家居的通信頻率，并調節鏈接時長來控制能耗，節約電量。

WiFi 6 盡管速度提升了，但速度提升并非是最大的亮點，多單位協同鏈接，尤其是「多網絡單位 + 智能設備」的復雜網絡環境才是 WiFi 6 的提升重點。在未來萬物互聯的預想場景中，WiFi 6 的用武之地還很大。

但是現階段有無必要更換 WiFi 6 設備呢？其實大可不必。

WiFi 6 需要設備和路由器全部支持才能發揮作用，且不說現在支持 WiFi 6 的手機還很少，WiFi 6 路由器的價格也很高，支持 WiFi 6 的智能設備更是鳳毛麟角。

我查了一下蘋果官網、小米商城以及國內電商平臺上銷量比較高的家用智能設備，沒有一款支持 WiFi 6，甚至有幾個連 WiFi 5 都不支持。

另外 WiFi 6 需要相當高的網絡配置才能有比較好的體驗，目前國內家庭用戶的網絡基本還是在 500M 以下，這也讓目前 WiFi 6 在家用角度缺乏換代動力。

因此，WiFi 6 肯定是好，但是沒必要強追，先提升到 WiFi 5 用著，等 WiFi6 的網絡環境和產品價格都比較成熟了再換也來得及。

隨著時代和科技升級，WiFi 7技術也已逐漸在布局發展中

WiFi 7 相關基本概念

Wi-Fi通信在物理上的傳輸載體是電磁波。可以Wi-Fi通信的電磁波，一般分為三個頻段（band）：2.4GHz頻段、5GHz頻段、6GHz頻段。

頻段進一步劃分為較小的信道（Channel）。

以2.4GHz頻段為例，頻率從2.401GHz到2.483GHz，被分為13個信道（2.4G頻段一共14個信道，中國只開放前13個信道）。

信道帶寬（Bandwidth），也稱頻寬，信道最大頻率減去最小頻率的差值，表示這個信道覆蓋頻率范圍。

2.4G頻段中每個信道帶寬是22MHz。一般說信道帶寬20MHz，因為這22MHz中有2MHz是隔離帶，用以區隔相鄰信道，不傳輸數據。

子載波（Tone），信道進一步細分，把20MHz信道細分為256個子載波，每個子載波頻寬78.125KHz。256個子載波中，有些是傳輸管理信息，只有234個傳輸數據，又被稱為有效子載波。子載波是無線傳輸在頻域上最小單位。

符號（Symbol），無線傳輸在時域上的傳輸單位。

速率（Rate），就是單位時間內，從AP（Access point，無線接入點）和STA（Station，無線終端）之間傳輸的信息量。速率一般用比特/秒（bps）為單位來計量。

WiFi7與WiFi6區別之一：提升WiFi7速率的技術

編碼方式：4096-QAM

編碼方式是一種無線信號調制技術，以無線電波的不同幅度、相位或頻率的組合來表示數據信息。編碼方式決定了在一個符號（Symbol）里所能承載的比特（bit）數量。

Wi-Fi 6 采用最高 1024-QAM 調制，每個Symbol承載 10bit 信息。Wi-Fi 7 采用最高 4096-QAM 調制，每個Symbol承載 12bit 信息。Wi-Fi 7編碼能力是Wi-Fi 6的1.2倍，傳遞信息密度更大。

可以形象理解為：無線通信就是在AP和STA兩地之間通過汽車運輸貨物。信道、子載波就是道路的寬窄，一個Symbol就是一輛貨車，貨物就是數據信息。Wi-Fi 6一車運輸10bit，Wi-Fi 7一車運輸量提升為12bit，Wi-Fi 7單車運載信息量是Wi-Fi 6的1.2倍。

碼率:

實際傳輸時，單個Symbol的12bit不會都用來傳輸數據，要拿出一定bit用作糾錯信息碼，補救傳輸過程中可能的錯誤。單Symbol中排除糾錯信息碼，有效傳輸信息占12bit的比例就是碼率。

Wi-Fi 6的1024-QAM調制的碼率最高是5/6，Wi-Fi 7的4096-QAM碼率最高也是5/6。在碼率上，Wi-Fi 7并沒有提升。

可以形象地理解為：運載信息的汽車空間不能裝滿貨物，有一定空間用作管理。Wi-Fi 7的有效運載率和Wi-Fi 6一樣，均為5/6。

最大信道: 320MHz

在中國，Wi-Fi 6支持2.4GHz、5GHz兩個頻段，其中5GHz又可細分為5.2GHz頻段（5G低頻段）和5.8GHz頻段（5G高頻段）。

無線傳輸中，基礎信道就是20MHz。2.4GHz頻段中支持3個非重疊20MHz信道（參見圖二），5.2GHz頻段支持8個非重疊信道，5.8GHz頻段支持5個非重疊信道。Wi-Fi 6一共支持16個非重疊20MHz信道。

要提高速率，最直接方式是提高道路的寬度。通過信道捆綁技術，把多個連續信道捆綁成更大帶寬的信道。

信道捆綁技術把連續2個20MHz信道捆綁為40MHz信道，把2個連續40MHz信道捆綁成80MHz信道，Wi-Fi 6最高支持把2個連續80MHz信道捆綁成160MHz信道。

Wi-Fi 7標準中啟用6GHz頻段，在這個頻段上有大量連續信道，并且干擾少，信道質量高，更適合捆綁信道。Wi-Fi 7支持最大捆綁成320MHz信道。

一個20MHz的信道可以包含234個有效子載波（參見“wifi7相關基本概念”）。一個160MHz信道包含1960個有效子載波。一個320MHz信道包含3920個有效子載波。

要讓Wi-Fi的速率達到峰值，就只在最大信道上傳輸數據。Wi-Fi 6單次最大可以傳輸1960個有效子載波；Wi-Fi 7單次可以傳輸3920個。Wi-Fi 7最大單次傳輸有效子載波數量是Wi-Fi 6的2倍。

可以形象地理解為：Wi-Fi 6在最大160MHz帶寬下一次可以最多并排跑1960輛車；Wi-Fi 7在最大320MHz帶寬下一次最多可以跑3920輛車。

符號傳輸時間: 13.6μs

以上講的編碼方式、碼率、有效子載波數量，都是從空間角度，即頻域維度而言；而波的傳輸，還有傳輸時間角度，時域維度。

從時域維度看，傳輸單位是符號（Symbol）。為避免Symbol在傳輸時的相互干擾，在相鄰Symbol傳輸的中間設定保護間隔（Guard Interval），GI。單位是微秒（μs）。1秒 (s)=1000000 微秒 (μs)。

一個完整的Symbol傳輸時間=單Symbol傳輸時間+GI

Wi-Fi 6和Wi-Fi 7的單Symbol傳輸時間沒有變化。單Symbol傳輸時長都是12.8μs。選擇GI 0.8μs來計算，1000000/(12.8+0.8)=73529。表示一秒鐘可以發出73529個Symbol。

在Symbol傳輸能力上，Wi-Fi 7和Wi-Fi 6的能力一樣，沒有提升。

可以形象地理解為：在Wi-Fi 7的320MHz捆綁信道上，每排可以并排跑3920輛車，而1秒鐘可以跑73529排。

理論速率計算公式

至此，就可以隆重推出Wi-Fi理論速率峰值的計算公式：

Wi-Fi理論速率=編碼方式*碼率*最大信道有效子載波數量*單位時間符號傳輸數量*空間流數量

=12*5/6*3920*73529*8

=23.06Gbps

由此得出：

1）Wi-Fi 7理論速率最大峰值可以達到23.06Gbps；

2）相比Wi-Fi 6理論速率峰值9.6Gbps，Wi-Fi 7的理論峰值速率是Wi-Fi 6的2.4倍；

3）Wi-Fi 7相比Wi-Fi 6，速率提升主要源于以下幾個技術點

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