恩智浦半導(dǎo)體(納斯達(dá)克代碼：NXPI)專為互聯(lián)汽車、網(wǎng)絡(luò)安全、便攜和可穿戴式應(yīng)用以及物聯(lián)網(wǎng)打造強(qiáng)大解決方案，幫助人們實(shí)現(xiàn)“智慧生活，安全連結(jié)”。

Wi-Fi，你看不到、摸不到，也聽不到，但它已經(jīng)對(duì)現(xiàn)代世界產(chǎn)生了巨大的影響，并且這一影響力將不斷延續(xù)。從家用無線網(wǎng)絡(luò)，到辦公室和公共場(chǎng)所，無需依賴線纜而實(shí)現(xiàn)的高速連接無處不在，并且徹底改變了計(jì)算方式。

毫不夸張地說，由于Wi-Fi的隨時(shí)可訪問性，我們因此能夠過上更美好的生活——以一種更直接、更簡(jiǎn)單且具有高度移動(dòng)性的方式使用我們的筆記本電腦、平板電腦和便攜式電子設(shè)備，不必再擔(dān)心錯(cuò)綜復(fù)雜的電線束縛住我們。

Wi-Fi的興起

盡管可能難以置信，但現(xiàn)在距離IEEE批準(zhǔn)初始802.11標(biāo)準(zhǔn)已過去了20個(gè)年頭。這是《20年Wi-Fi發(fā)展史：通往無線自由之路》系列博客的第一部分，將回顧Wi-Fi的歷史，了解該技術(shù)如何克服眾多技術(shù)挑戰(zhàn)，如何發(fā)展成為我們?nèi)缃袼熘母叨缺憷某鞜o線標(biāo)準(zhǔn)。隨后，我們將討論Wi-Fi的未來發(fā)展方向。

始于未授權(quán)頻譜

雖然現(xiàn)在我們認(rèn)為802.11無線技術(shù)是一種主要用于將個(gè)人計(jì)算設(shè)備和智能手機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，但事實(shí)上，最初發(fā)明它是為了連接普通收銀機(jī)。在20世紀(jì)80年代末期，零售硬件和銷售點(diǎn)(PoS)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)制造商N(yùn)CR公司遇到了一個(gè)大問題。其客戶——百貨商店和超市不希望在每次改變商店布局時(shí)都要撬起地板。

FCC當(dāng)時(shí)作出了一項(xiàng)裁決，開放某些頻段供免費(fèi)使用，這激發(fā)了一個(gè)顛覆性想法的誕生。通過在未授權(quán)頻譜中使用無線連接(而不是傳統(tǒng)的有線連接)，電子收銀機(jī)和PoS系統(tǒng)可以在商店內(nèi)輕松移動(dòng)，零售商無需進(jìn)行大規(guī)模改造工作。

不久后，NCR將該項(xiàng)目分配給荷蘭辦事處的一個(gè)工程團(tuán)隊(duì)。面臨創(chuàng)建無線通信協(xié)議的挑戰(zhàn)，這些工程師成功開發(fā)出了被認(rèn)為是Wi-Fi 前身的“WaveLAN”。NCR并未將其保留為完全專有的協(xié)議，而是將其設(shè)立為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，隨著該技術(shù)的浮現(xiàn)，公司有望成為無線連接市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。到1990年，基于未授權(quán)頻譜中的無線通信，IEEE 802.11工作組成立。

通過利用當(dāng)時(shí)的創(chuàng)新擴(kuò)頻技術(shù)減少嘈雜環(huán)境中的干擾并提高信號(hào)完整性，初始版Wi-Fi最終于1997年正式實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。其運(yùn)行時(shí)的吞吐量?jī)H為2Mbit/s，但它為未來奠定了基礎(chǔ)。

無線以太網(wǎng)

雖然802.11無線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于1997年，但它并未立即進(jìn)入快車道。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，緩慢的速度和昂貴的硬件阻礙了它對(duì)大眾市場(chǎng)的吸引力，但局面注定要改變。10 Mbit/s以太網(wǎng)是當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11工作組知道，如果可以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，他們將打造一個(gè)旗鼓相當(dāng)?shù)臒o線競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

1999年，他們成功了，802.11b應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)使用與初始802.11無線標(biāo)準(zhǔn)相同的2.4GHz ISM頻段，但將支持的吞吐量大幅提高到了11Mbit/s。無線以太網(wǎng)終于成為現(xiàn)實(shí)。

在802.11b建立后不久，IEEE工作組又發(fā)布了更快的802.11a標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在5GHz頻段上運(yùn)行，提供高達(dá)54Mbit/s的速度，而不使用日益擁堵的2.4GHz頻段。

由于802.11a占用的是5GHz頻段，遠(yuǎn)離熱門(因而擁堵)的2.4GHz頻段，因此在嘈雜環(huán)境中的性能更好;然而，較高的載波頻率也意味著，與2.4GHz無線連接相比，其范圍較小。由于設(shè)備較便宜、標(biāo)稱范圍更好，802.11b被證明是當(dāng)時(shí)最受歡迎的無線標(biāo)準(zhǔn)。但是，雖然比802.11a更具成本效益，但對(duì)普通消費(fèi)者而言，802.11b的價(jià)格仍不夠低。路由器和網(wǎng)絡(luò)適配器仍需花費(fèi)數(shù)百美元。

喬布斯帶來轉(zhuǎn)機(jī)

這一切在史蒂夫·喬布斯的一通電話后發(fā)生了改變。那時(shí)，蘋果將要推出新的計(jì)算機(jī)系列，希望將無線網(wǎng)絡(luò)功能集成到該系列計(jì)算機(jī)中。但設(shè)定的條款非常苛刻——蘋果希望以99美元的價(jià)格購(gòu)買網(wǎng)卡，當(dāng)然，涉及的數(shù)量可能非常龐大。朗訊科技(在此階段已收購(gòu)NCR)同意了。

雖然最初面臨許多困難，但蘋果的這筆交易最終將Wi-Fi交付到了消費(fèi)者手中，并將其推向主流。PC制造商看到蘋果計(jì)算機(jī)先發(fā)制人，于是也想集成無線網(wǎng)絡(luò)功能。很快，戴爾、東芝、惠普和IBM等主要PC硬件制造商全都提供Wi-Fi。

微軟也憑借Windows XP趕上了Wi-Fi的潮流。微軟與朗訊的工程師合作，在操作系統(tǒng)中集成了Wi-Fi連接功能。用戶無需安裝第三方驅(qū)動(dòng)程序或軟件即可進(jìn)行無線連接。隨著Windows XP的發(fā)布，Wi-Fi現(xiàn)已在全球數(shù)百萬臺(tái)計(jì)算機(jī)上獲得原生支持——這項(xiàng)技術(shù)正式進(jìn)入“大時(shí)代”。

Wi-Fi提速之旅

這是《20年Wi-Fi發(fā)展史：通往無線自由之路》系列博客中的第二部分。本部分將回顧Wi-Fi的提速之旅，介紹該技術(shù)如何發(fā)展成為我們?nèi)缃袼熘母咚龠B接。

世紀(jì)之初的無線革命

在新世紀(jì)之初，由于無線連接的好處變得明朗，Wi-Fi迅速受到歡迎。隨著企業(yè)和消費(fèi)者開始意識(shí)到Wi-Fi的潛力，咖啡店、機(jī)場(chǎng)和酒店開始出現(xiàn)熱點(diǎn)，這便是我們?nèi)缃袼熘囊苿?dòng)計(jì)算的雛形。許多家庭用戶開始使用寬帶互聯(lián)網(wǎng)，能夠在家中輕松共享連接。

感謝IEEE 802.11工作組的努力，最初只為連接收銀機(jī)(參見上一篇博客)而設(shè)計(jì)的專有無線協(xié)議已成為無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，從而改變了整個(gè)社會(huì)結(jié)構(gòu)。

應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，提高速度

1999年，802.11b的出現(xiàn)為Wi-Fi的大規(guī)模采用創(chuàng)造了條件。其價(jià)格更加便宜，使消費(fèi)者更容易獲得，而且11Mbit/s的速度足夠快，可替換企業(yè)用戶的有線以太網(wǎng)連接。21世紀(jì)之初，受寬帶互聯(lián)網(wǎng)激增的推動(dòng)，802.11b大獲成功。消費(fèi)者和企業(yè)都發(fā)現(xiàn)，通過無線方案，可以輕松共享DSL、有線和其他寬帶技術(shù)所提供的新型高速連接。

隨著寬帶速度成為常態(tài)，消費(fèi)者的計(jì)算機(jī)使用習(xí)慣也發(fā)生了相應(yīng)改變。音樂/電影分享和流式音頻等較高帶寬應(yīng)用開始在消費(fèi)者市場(chǎng)日漸流行。

同時(shí)，在企業(yè)市場(chǎng)中，由于無線是與基于以太網(wǎng)的快速本地網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)，因而需要應(yīng)對(duì)更大的速度需求。如果要采用無線，企業(yè)用例(如VoIP、文件共享和打印機(jī)共享，以及桌面虛擬化)需要無縫工作。

即使在21世紀(jì)之初，802.11b可支持的速度距離領(lǐng)先水平亦相去甚遠(yuǎn)。在有線方面，10/100M以太網(wǎng)已經(jīng)是廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。憑借100Mbit/s的速度，它比802.11b標(biāo)稱的11Mbit/s速度快了近10倍。802.11b的協(xié)議開銷意味著，最大理論速度實(shí)際上只有5.9 Mbit/s。但在實(shí)踐中，由于802.11b使用日益普及的2.4GHz頻帶，因此實(shí)證速度比這還要低。來自微波爐、無繩電話和其他消費(fèi)性電子產(chǎn)品的干擾意味著，真實(shí)速度通常無法達(dá)到5.9Mbit/s(有時(shí)甚至相差很遠(yuǎn))。

▲Wi-Fi發(fā)展概覽，按發(fā)布日期、頻率和最大數(shù)據(jù)速率劃分

802.11g：更便宜且向后兼容

為了解決速度問題，2003年，IEEE 802.11工作組推出了802.11g。雖然802.11g和802.11b一樣使用2.4GHz頻帶，但它能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)54 Mbit/s的速度。即使在扣除協(xié)議開銷后速度下降，其最大理論速度31.4Mbit/s也足以適應(yīng)不斷加快的家庭寬帶速度。

實(shí)際上，802.11g并不是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)54Mbit/s的802.11無線標(biāo)準(zhǔn)。這一殊榮應(yīng)歸于早在1999年便已實(shí)現(xiàn)的802.11a。不過，802.11a使用單獨(dú)的5.8GHz頻率來實(shí)現(xiàn)高速度。雖然5.8GHz受到的來自消費(fèi)性電子產(chǎn)品的無線電干擾較少，但這也意味著它與802.11b不兼容。鑒于這一事實(shí)，再加上設(shè)備更昂貴，802.11a僅在企業(yè)細(xì)分市場(chǎng)受到歡迎，從未滲透到體量更大的家庭/消費(fèi)者領(lǐng)域。

通過使用2.4GHz達(dá)到54Mbit/s，802.11g能夠?qū)崿F(xiàn)高速度，同時(shí)保留與802.11b的完全向后兼容性。這一特性非常重要，因?yàn)?02.11b此時(shí)已成為消費(fèi)類設(shè)備的主要無線標(biāo)準(zhǔn)。其向后兼容性與更便宜的硬件(802.11a相比)是主要賣點(diǎn)，802.11g很快便成為消費(fèi)者、甚至企業(yè)相關(guān)應(yīng)用的全新快速無線標(biāo)準(zhǔn)。

802.11n：進(jìn)一步提高速度

802.11n于2009年推出，在802.11g和802.11a的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了速度。802.11n在2.4GHz或5.8GHz頻段運(yùn)行(但不同時(shí)在這兩個(gè)頻段運(yùn)行)，通過幀聚合提高了傳輸效率，并引入了可選的MIMO和40Hz通道——通道寬度是802.11g的兩倍。

802.11n提供的網(wǎng)絡(luò)速度明顯加快。在低端，如果使用與802.11g網(wǎng)絡(luò)相同類型的單天線、20Hz通道寬度配置運(yùn)行，802.11n網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到72Mbit/s。此外，如果使用雙倍寬度的40Hz通道與多天線，則數(shù)據(jù)速率可以更快——達(dá)600 Mbit/s(對(duì)于四天線配置)。

Wi-Fi未來之路

1997年，Wi-Fi實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，改變了我們的計(jì)算方式。如今，無論是在家里用平板電腦看節(jié)目，還是從相機(jī)機(jī)傳輸照片，幾乎每個(gè)人每天都要使用Wi-Fi連接。支持Wi-Fi的產(chǎn)品每周出貨量都達(dá)數(shù)百萬臺(tái)，并且，這項(xiàng)技術(shù)似乎還在持續(xù)不斷地應(yīng)用于新的設(shè)備類型。

Wi-Fi盡管起步階段不太起眼，后續(xù)發(fā)展卻十分迅猛。雖然初始標(biāo)準(zhǔn)只能達(dá)到2Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，但如今的Wi-Fi配置能夠支持?jǐn)?shù)千兆的速度。介紹Wi-Fi歷史的系列博客包括3個(gè)部分，這是最后一部分，我們將展望一下無線標(biāo)準(zhǔn)的未來。

千兆無線時(shí)代

大規(guī)模采用的最新802.11無線技術(shù)是802.11ac。該技術(shù)是802.11n的擴(kuò)展版，專門針對(duì)5GHz頻段作出了改進(jìn)，在2.4GHz頻段中則保持802.11n技術(shù)確保向后兼容性。

在5GHz頻段上，802.11ac可以支持最高160Hz的帶寬，這在擁堵的2.4GHz頻段中是不可能實(shí)現(xiàn)的。此外，波束合成以及對(duì)高達(dá)8個(gè)MIMO流的支持提高了可支持的速率。根據(jù)不同的配置，數(shù)據(jù)速率的范圍從最低433Mbps到6933Mbps(如果路由器和終端用戶設(shè)備均使用多天線)。

如果這還不夠快，更前沿的802.11ad標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)已開始出現(xiàn)在市場(chǎng)上)使用60GHz“毫米波”頻段，即使沒有MIMO傳播，也可實(shí)現(xiàn)高達(dá)4.6Gbps的數(shù)據(jù)速率。當(dāng)然，在60GHz頻率下，無線傳輸范圍和滲透率則大幅減少。

Wi-Fi 6：開啟全新連接未來

Wi-Fi CERTIFIED 6在運(yùn)行IEEE 802.11ax技術(shù)的所有設(shè)備之間確保互操作性并改善用戶體驗(yàn)。Wi-Fi 6結(jié)合了多用戶MIMO、OFDMA、1024-QAM、BSS著色和目標(biāo)等待時(shí)間等主要基本增強(qiáng)技術(shù)，對(duì)5GHz和2.4GHz頻段均有益處。

▲Wi-Fi 6中的主要技術(shù)(資料來源：Wi-Fi聯(lián)盟)

借助低延遲、高網(wǎng)絡(luò)利用率和節(jié)能技術(shù)，Wi-Fi 6提供更快的速度，從高密度企業(yè)到實(shí)現(xiàn)電池供電的低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這些技術(shù)可帶來實(shí)質(zhì)性的好處。

Wi-Fi聯(lián)盟預(yù)測(cè)，到2020年，全球支持Wi-Fi 6的設(shè)備出貨量將超過16億臺(tái)。WIFI將開啟全新連接時(shí)代。