WiFi的前世今生

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2024-07-16 11:26:11 530

Wi-Fi在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网的技术，以前通过网线连接电脑，无线路由器，那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用WiFi连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为“热点”。

·一个由300多家会员公司组成的不断壮大的非营利国际组织，在6个*拥有10个独立权威测试实验室。

·作为WLAN领域内行业和技术的引领者，为全*提供测试认证。

·与整个产业链保持*的合作关系，会员覆盖了生产商、标准化机构、监管单位、服务提供商及运营商等。

·Wi-Fi CERTiFiED认证实现WLAN技术互操作性，提供最佳用户体验；已有3000多项产品通过认证。

·1999年，几位Wi-Fi行业*携手创建了一个全球性非营利性组织，旨在推动为高速无线局域网采纳一个全*通用的标准。组织名称是Wi-Fi联盟。

·由于Wi-Fi网络的持续扩张是基于众多的企业、家庭以及为人们提供随时随地无线上网地点的公共hotspot，因此，兼容性至关重要。Wi-Fi联盟制定全球通用的规范，并通过对无线设备的严格测试和Wi-Fi认证加以遵循。

Wi-Fi的规模商业化应用，在*范围内罕见成功先例。问题集中在两个方面：一是大型运营商对这一模式的不认可：二是本身缺乏有效的商业模式。但基于Wi-Fi技术的无线局域网已经日趋普及。这将意味将来可以十分方便的应用。

一旦存在Wi-Fi网络的公众场合，解决了运营商的互联互通，高收费，漫游性的问题，Wi-Fi将来从一个成功的技术转化为成功的商业。诸多运营商先后涉足这一领域，且许多*政府和城市使用该项技术打造无线化的*和城市。且随着数码娱乐设备的普及，Wi-Fi在玩家中的热度再次高起来。据d-link等厂商提供的信息说，在过去一年内，无线路由器的销量以100%的幅度增长。

对于公共无线局域网，在欧洲，仅BT宣布已在全英建设了50万余热区，在美国ATT继续发力Wi-Fi市场，通过欧洲大部分地区及中国新部署25000个Wi-Fi热区，意欲为那些商业先行者，远程工作的员工和移动用户提供更方便，更广泛的WiFi接入，这样一来，ATT在全球范围的Wi-Fi热区总数将达到12.5万个。

迄今为止，Wi-Fi联盟已经认证了超过2,800种产品的互操作性。但是，对于Wi-Fi联盟而言，还有更多互操作性以外的工作,竭尽全力为Wi-Fi用户提供他们对现有的Wi-Fi系统做出决断所需要的信息。不管您是精通技术的iT主管，具有安全意识的首席信息官，还是被Wi-Fi潜在价值所吸引的家庭用户，Wi-Fi联盟的目标就是为您提供使用我们的产品所需要的信息，让您充满信心，且用得放心。

2007年6月底推出的Wi-Fi联盟认证项目，带有醒目Wi-Fi CERTiFiED新标志的802.11n标准草案2.0版产品走上市场。Wi-Fi联盟特别推出了一款专为Wi-Fi CERTiFiED 802.11n草案2.0版产品设计的最新标志，并公布了具有可互操作性认证测试平台的相关产品及其参考设计。与传统的Wi-Fi产品相比，基于新802.11n草案2.0版标准的产品性能*，可提供五倍的数据流量及两倍的网络覆盖范围。消费者很快就能使用到内容丰富的、覆盖整个家庭的应用及产品，如：流畅的高解析视频、同一网络内的多用户进行线上游戏以及高速传输照片、音乐及其他类型文件等。企业用户则可以利用802.11n产品增强网络性能，提高网络稳定性。

市场前景

iEEE802.11n的标准文件，正在由iEEE802.11工作组进行审核。其9.0版已经在2011年6月22日的工作组会议上获得通过。该版本已经批准了93%的文件内容。预计在2011年11月的工作组会议上，将正式批准802.11n的技术文件，然后提交iEEE和国际标准化组织批准。

根据in-Stat公司2010年的一份市场预测报告，全球WiFi市场到2015年将达到每年19亿个设备的水平。

Gartner市场研究公司(Gartner Research)副总裁兼资深分析师肯·杜拉内(Ken Dulaney)表示，随着Wi-Fi认证802.11n草案标准产品的问世，将终结以往各厂商对其产品具备Wi-Fi草案标准兼容性的不确定性声明。消费者可以购买到性能更优异、互操作性更有保障的产品。潜在购买者应了解到，Wi-Fi联盟将为802.11n最终规范提供认证服务，并确定802.11n规范认证的时间安排。

Wi-Fi CERTiFiED 802.11n技术将提高使用者对新一代产品的使用频率，Wi-Fi联盟与Kelton研究公司联手开展的调查表明，78%的美国Wi-Fi用户有意更新其Wi-Fi系统，以提高网络覆盖率与/或数据流量。此外，近70%的Wi-Fi用户认为，更快的Wi-Fi连接能够提高视频及游戏等多媒体应用的使用率。

手机WIFI

Wi-Fi在掌上设备上应用越来越广泛，而智能手机就是其中一份子。与早前应用于手机上的蓝牙技术不同，WiFi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，频段，因此WLAN无线设备提供了一个*范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。用户可以在Wi-Fi覆盖区域内快速浏览网页，随时随地接听拨打电话。而其它一些基于WLAN的宽带数据应用，如流媒体、网络游戏等功能更是值得用户期待。有了WiFi功能我们打长途电话(包括国际长途哦)，浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等，再无需担心速度慢和花费高的问题。WiFi又叫802.11b标准。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时与已有的各种802.11DSSS设备兼容。伴随着intel公司提出的笔记本电脑芯片组—“迅驰”被越来越多的人认可，这一技术也逐渐成为了大家关注的话题。不过自2005年底开始，很多手机厂商，特别是以生产智能手机为主的品牌便开始将Wi-Fi引入自己的产品当中。已经有很多手机自带WiFi功能。

2019年Wi-Fi联盟正式推出Wi-Fi 6，其根据无线网网络标准的Wi-Fi联盟提出的命名规则，由802.11ax改为Wi-Fi 6。现在市面上的路由器都是802.11ac，也就是Wi-Fi 5，是2014年WiFi联盟发布的，还有较早的802.11n是2009年发布，就是Wi-Fi 4。

想要在当代生活活下去，除了阳光、空气、水，我们还需要 WiFi。

作为当代生活人体健康程度的基本指标之一，WiFi 信号的好坏直接关系着我们的身体健康和心理健康。但是 WiFi 普及了这么多年，很多人家里用的还是淘宝爆款「穿墙王」，但是 WiFi 作为一项通讯技术还是在不断发展中的。

WiFi 发展

「在家里装个 WiFi」这件事情在中国大规模推广的时间，可能也就是 10 年左右，但事实上 WiFi 存在的时间远比这个时间要久。

二战期间内，因为战争的需求，无线通讯技术得到了突飞猛进的发展，但是一直没有一个统一的无线通讯协议。1991 年，美国 NCR 公司（National Cash Register，销售自助服务亭等产品等产品解决方案，后被 AT&T 收购）意图通过使用无线的方式，来让收银系统和 POS 机在商店内自由移动。为此美国联邦通信委员会开放了一段无需审批就可以自由使用的 ISM 频段。

ISM 频段（Industrial Scientific Medical Band）指的是专门为工业、科学和医学使用的电磁波频段，一般来说这些频段在使用上无需许可证和费用，只要遵循一定的功率并在自己应该在的频段内工作即可。*各国的 ISM 频段标准并不相同，但是这其中 2.4GHz 这个频段为*各国所共通的，因此 WiFi、蓝牙、ZigBee 以及一些其他的无线通讯协议都选在这个频段进行工作。

正是这段开放的 ISM 频段，打开了 WiFi *的大门。

随后 NCR 公司在荷兰发明了 WaveLAN，一种基于电磁波传递信息的技术；不过由于技术限制，最早的 WaveLAN 系统只有 1 Mbit/s 或者 2 Mbit/s 的传输速率，这和今天最新的 WiFi 6 最高 1000 Mbit/s 的速率相差甚远。

1997 年，电气电子工程师学会（IEEE）推出了全新的 IEEE 802.11 无线通讯标准，标志着无线通讯标准的正式成立。

IEEE 802 是 IEEE 针对网络制定的一系列工业标准，目前已经发产出 23 项大标准，我们日常网络生活中常接触到的有 IEEE 802.3 以太网（Ethernet）、IEEE 802.5 令牌环（Token-Ring）、IEEE 802.14 电缆调制解调器（Cable modems）、IEEE 802.15 无线个人网（Wireless PAN）等等，无线局域网就是 IEEE 802.11 标准。

尽管标准已经形成，但是相较于有线（10Mbit/s 以太网）较慢的速率和高昂的设备价格都让 802.11 标准无法大规模推广。1999 年 9 月，IEEE 802.1 小组成功创建了 802.11b 标准，尽管和 802.11 标准使用的是同样的 2.4GHz 频段，但是传输速率提高到了 11 Mbit/s，达到了当时以太网的标准，无线以太网终于成真。

同年，IEEE 工作小组还研发出了基于 5GHz 频段传输的 802.11a 标准，虽然速度更快、干扰更少、稳定性更好，但是还是抵不过价钱更加*、性价比更高的 802.11b 频段，这个状况知道今天也差不多。

不过接下来 IEEE 要面临的问题是怎么样把 WiFi 卖出去，由于价格相对较高，以及需要专门的网卡的支持，WiFi 设备的前期销量一直不乐观。直到一个叫苹果的大兄弟冲了进来，用 99 美元的指定购买价格从已经收购了 NCR 的朗讯科技（后来又被诺基亚收购）手中购买了大批量的无线网络模组，并在 1999 年推出的 iBook G3 中加入了无线网络功能，这也是业界*款拥有无线网络功能的大众电子消费品。

由于当时还没有 WiFi 这个名字，苹果就将这个功能称之为「AirPort」，随后苹果的路由器产品线一直用的是这个名字。

有了牵头的，很快整个业界都将 802.11 无线标准作为了自己的标配功能，Windows XP 也在随后的更新中加入了对 WiFi 功能的支持。同时由行业大佬牵头组成的 WiFi 联盟也于 1999 年成立，这个联盟是一个非盈利组织，拥有「WiFi 认证」商标的授权许可。

说个有意思的事情，尽管 WiFi 联盟经常使用「Wireless Fidelity 无线保真」这个词，但其实 WiFi 这个词本身没有任何意义，也没有缩写和全写，正确写法是 Wi-Fi。

在接下来的 20 年中，WiFi 技术不断发展，最终成为了当代生活人体的必要组成部分。

为什么WiFi 技术进步大家很难感觉到？

在这 20 年的发展历程中，WiFi 先后经历了数次迭代，每次的迭代的版本号都是以 802.11 开头，改后面的字母。从 802.11b 开始已经有了 802.11j / y / p / n / ac 几次大的更新。但是我相信绝大多多数人对 WiFi 技术的进步感受并不强烈，甚至从家里安装无线路由器之后都没换过，一直用到现在。

之所以大家很难感觉到 WiFi 技术的进步的原因主要有三个：

· WiFi 联盟要求产品向下兼容

WiFi 联盟出于对老设备的保护，要求认证产品都要尽可能向下兼容老协议，这点对路由器行业的要求尤其明显，这也就使得大家更换设备的需求不强。

· 技术成型早

事实上我们绝大多数家庭中使用的路由器使用的都是 802.11n 这个标准，推出于 2009 年，而国内 WiFi 大规模*起来也是这个时间点上。而 802.11n 的技术标准还是很强的：支持 2.4/5GHz 双频、最高 600 Mbit/s 的传输速度、支持 MIMO-OFDM（正交频分复用，多天线增加信号容量）、室内最高 70 米的通信范围，可以说即使是现在对于一般的家用环境也是够用的。

加上刚才说到的强制向下兼容，这也就导致了大家对网络环境的提升追求不大。

· 名字难记

这不是一句玩笑话，从诞生开始，WiFi 的标准就采用了 IEEE 规定的 802.11 标准的协议代号来命名每代新协议，这种「数字 + 字母」的方式极大提升了消费者的认知和学习成本，一定程度上阻碍了新技术的推进。

举个简单的小例子：802.11n/ac/ax 技术的先后顺序，一般消费者都是懵的。

因此 IEEE 在这代 802.11ax 上改名为 WiFi 6，并追溯前两代，将 802.11ac 改名为 WiFi 5，802.11n 改名为 WiFi 4，来推动市场对于 WiFi 协议技术进步的认知。

你看，「456」的纯数字命名方式看起来是不是比那个什么 802 看起来清楚多了，而且是不是觉得自己不用最新一代就有点难受了？

WiFi 6 到底强在哪？

WiFi 6 并不是一项非常新的技术，高通 2017 年就推出了支持 WiFi 6 的 SoC，今年年初上市的三星 S10 系列就已经支持 WiFi 6 了。

相较于 WiFi 5，WiFi 6 最大的进步并不是速度，尽管速度确实有所提升，理论最大速率从 6.9Gbps 提升到 9.6Gbps 左右，这主要依靠于 MCS 调制与编码策略的提升。速度的提升只是一方面，WiFi 6 最大的进步其实是对多设备连接的支持，这其中涉及到两项重要技术的进步 —— MU-MIMO 和 OFDMA。

OFDMA 全称是 Orthogonal Frequency Division Multiple Access，是一种全新的多设备数据传输方式。WiFi 5 上使用的叫 OFDM，简单解释一下就是同一个路由器一次只能和一个设备进行数据互传，其余的设备需要排队，这要就会造成设备网络延迟，还会让路由器的上下行负载出现过载或者是空载的情况下；而 WiFi 6 上的 OFDMA 可以将多个设备要传输的数据拆分成小份，让多个用户可以同时进行网络数据传输。

这样能够极大提升多人上网的网络环境，大家不用互相等。

另外 OFDMA 的调制码从之前的 256-QAM 提升到了 1024-QAM，承载的数据量也就更大。

除了 OFDMA，WiFi 6 还优化了 MU-MIMO 技术，这项技术可以同时连接多个网络设备，在 WiFi 5 上仅支持下行多设备链接，WiFi 6 上升级到上下行都可以；并且设备连接数量从 4 台升级到了 8 台。

针对目前复杂的网络环境，WiFi 6 还支持 BSS Coloring 技术：以前的路由器在传输数据前会检测环境内是否有同信道信号在传输数据以防止信号干扰，如果有会把媒介定位忙碌状态，只有空闲状态下才会开始传输数据。而 WiFi 6 为信息传输加入了全新的「着色」系统，每次传输数据时会在数据中心新增一个「颜色」标签，用于区分不同设备，面对不同设备传输的数据可以相互区分，以减少等待空闲的时间。

WiFi 6 还加入了 Target Wake Time 目标唤醒时间机制（TWT），这项技术主要面对时下*的智能设备，通过减少智能家居的通信频率，并调节链接时长来控制能耗，节约电量。

WiFi 6 尽管速度提升了，但速度提升并非是最大的亮点，多单位协同链接，尤其是「多网络单位 + 智能设备」的复杂网络环境才是 WiFi 6 的提升重点。在未来万物互联的预想场景中，WiFi 6 的用武之地还很大。

但是现阶段有无必要更换 WiFi 6 设备呢？其实大可不必。

WiFi 6 需要设备和路由器全部支持才能发挥作用，且不说现在支持 WiFi 6 的手机还很少，WiFi 6 路由器的价格也很高，支持 WiFi 6 的智能设备更是凤毛麟角。

我查了一下苹果官网、小米商城以及国内电商平台上销量比较高的家用智能设备，没有一款支持 WiFi 6，甚至有几个连 WiFi 5 都不支持。

另外 WiFi 6 需要相当高的网络配置才能有比较好的体验，目前国内家庭用户的网络基本还是在 500M 以下，这也让目前 WiFi 6 在家用角度缺乏换代动力。

因此，WiFi 6 肯定是好，但是没必要强追，先提升到 WiFi 5 用着，等 WiFi6 的网络环境和产品价格都比较成熟了再换也来得及。

随着时代和科技升级，WiFi 7技术也已逐渐在布局发展中

WiFi 7 相关基本概念

Wi-Fi通信在物理上的传输载体是电磁波。可以Wi-Fi通信的电磁波，一般分为三个频段（band）：2.4GHz频段、5GHz频段、6GHz频段。

频段进一步划分为较小的信道（Channel）。

以2.4GHz频段为例，频率从2.401GHz到2.483GHz，被分为13个信道（2.4G频段一共14个信道，中国只开放前13个信道）。

信道带宽（Bandwidth），也称频宽，信道最大频率减去最小频率的差值，表示这个信道覆盖频率范围。

2.4G频段中每个信道带宽是22MHz。一般说信道带宽20MHz，因为这22MHz中有2MHz是隔离带，用以区隔相邻信道，不传输数据。

子载波（Tone），信道进一步细分，把20MHz信道细分为256个子载波，每个子载波频宽78.125KHz。256个子载波中，有些是传输管理信息，只有234个传输数据，又被称为有效子载波。子载波是无线传输在频域上最小单位。

符号（Symbol），无线传输在时域上的传输单位。

速率（Rate），就是单位时间内，从AP（Access point，无线接入点）和STA（Station，无线终端）之间传输的信息量。速率一般用比特/秒（bps）为单位来计量。

WiFi7与WiFi6区别之一：提升WiFi7速率的技术

编码方式：4096-QAM

编码方式是一种无线信号调制技术，以无线电波的不同幅度、相位或频率的组合来表示数据信息。编码方式决定了在一个符号（Symbol）里所能承载的比特（bit）数量。

Wi-Fi 6 采用最高 1024-QAM 调制，每个Symbol承载 10bit 信息。Wi-Fi 7 采用最高 4096-QAM 调制，每个Symbol承载 12bit 信息。Wi-Fi 7编码能力是Wi-Fi 6的1.2倍，传递信息密度更大。

可以形象理解为：无线通信就是在AP和STA两地之间通过汽车运输货物。信道、子载波就是道路的宽窄，一个Symbol就是一辆货车，货物就是数据信息。Wi-Fi 6一车运输10bit，Wi-Fi 7一车运输量提升为12bit，Wi-Fi 7单车运载信息量是Wi-Fi 6的1.2倍。

码率:

实际传输时，单个Symbol的12bit不会都用来传输数据，要拿出一定bit用作纠错信息码，补救传输过程中可能的错误。单Symbol中排除纠错信息码，有效传输信息占12bit的比例就是码率。

Wi-Fi 6的1024-QAM调制的码率最高是5/6，Wi-Fi 7的4096-QAM码率最高也是5/6。在码率上，Wi-Fi 7并没有提升。

可以形象地理解为：运载信息的汽车空间不能装满货物，有一定空间用作管理。Wi-Fi 7的有效运载率和Wi-Fi 6一样，均为5/6。

最大信道: 320MHz

在中国，Wi-Fi 6支持2.4GHz、5GHz两个频段，其中5GHz又可细分为5.2GHz频段（5G低频段）和5.8GHz频段（5G高频段）。

无线传输中，基础信道就是20MHz。2.4GHz频段中支持3个非重叠20MHz信道（参见图二），5.2GHz频段支持8个非重叠信道，5.8GHz频段支持5个非重叠信道。Wi-Fi 6一共支持16个非重叠20MHz信道。

要提高速率，最直接方式是提高道路的宽度。通过信道捆绑技术，把多个连续信道捆绑成更大带宽的信道。

信道捆绑技术把连续2个20MHz信道捆绑为40MHz信道，把2个连续40MHz信道捆绑成80MHz信道，Wi-Fi 6最高支持把2个连续80MHz信道捆绑成160MHz信道。

Wi-Fi 7标准中启用6GHz频段，在这个频段上有大量连续信道，并且干扰少，信道质量高，更适合捆绑信道。Wi-Fi 7支持最大捆绑成320MHz信道。

一个20MHz的信道可以包含234个有效子载波（参见“wifi7相关基本概念”）。一个160MHz信道包含1960个有效子载波。一个320MHz信道包含3920个有效子载波。

要让Wi-Fi的速率达到峰值，就只在最大信道上传输数据。Wi-Fi 6单次最大可以传输1960个有效子载波；Wi-Fi 7单次可以传输3920个。Wi-Fi 7最大单次传输有效子载波数量是Wi-Fi 6的2倍。

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

符号传输时间: 13.6μs

以上讲的编码方式、码率、有效子载波数量，都是从空间角度，即频域维度而言；而波的传输，还有传输时间角度，时域维度。

从时域维度看，传输单位是符号（Symbol）。为避免Symbol在传输时的相互干扰，在相邻Symbol传输的中间设定保护间隔（Guard Interval），GI。单位是微秒（μs）。1秒 (s)=1000000 微秒 (μs)。

一个完整的Symbol传输时间=单Symbol传输时间+GI

Wi-Fi 6和Wi-Fi 7的单Symbol传输时间没有变化。单Symbol传输时长都是12.8μs。选择GI 0.8μs来计算，1000000/(12.8+0.8)=73529。表示一秒钟可以发出73529个Symbol。

在Symbol传输能力上，Wi-Fi 7和Wi-Fi 6的能力一样，没有提升。

可以形象地理解为：在Wi-Fi 7的320MHz捆绑信道上，每排可以并排跑3920辆车，而1秒钟可以跑73529排。

理论速率计算公式

至此，就可以隆重推出Wi-Fi理论速率峰值的计算公式：

Wi-Fi理论速率=编码方式*码率*最大信道有效子载波数量*单位时间符号传输数量*空间流数量

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

=23.06Gbps

由此得出：

1）Wi-Fi 7理论速率最大峰值可以达到23.06Gbps；

2）相比Wi-Fi 6理论速率峰值9.6Gbps，Wi-Fi 7的理论峰值速率是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几个技术点

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