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    在我们现今的生活中,Wi-Fi无处不在,围绕人们身边的几乎所有的电子产品似乎都离不开它,从智能手机、笔记本电脑、平板电脑到网络盒子、支付设备等。作为一种普遍且简单的无线网络连接方式,早已渗透在我们的日常生活中,被大家熟知,是现代社会里重要的基础设施。

    与蜂窝网络或蓝牙等其他无线连接方式的侧重点不同,Wi-Fi准确来说就是无线局域网,通过无线联网技术,可以将覆盖一定区域内、具有Wi-Fi功能的设备集结在同一网络内。即将到来的Wi-Fi 7是新一代的无线网络标准,目前我们主要使用的是Wi-Fi 5/6,而距最早的Wi-Fi标准已经有25年的历史了。一直以来,Wi-Fi标准的迭代是一个追求更高带宽和覆盖更大范围的过程,而每一代的Wi-Fi标准又发生了什么样的变化呢?

    IEEE 802.11

    IEEE 802.11是无线局域网的通用标准,是由电气和电子工程师协会(IEEE)所定义的无线网络通信的标准。在官方定义IEEE 802.11标准的时候,选定了澳大利亚政府研究机构CSIRO发明的无线网络技术。由于澳大利亚政府拥有该技术的专利,所以在很长时间里都在收取专利费用,直到2013年底专利过期。期间电气和电子工程师协会曾要求澳大利亚政府放弃无线网络技术专利,不过遭到拒绝。

    IEEE 802.11无线局域网协议诞生于1997年,标准中定义了媒体访问控制层(MAC层)和物理层,后者定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种扩频作调制方式和一种红外线传输的方式,设备间的总数据传输速率为2Mbps(红外线为1Mbps)。而2.4GHz的ISM频段则是美国联邦通信委员会释放的,用于商业和科学用途,同时也被世界绝大多数国家所通用。无论从工作方式还是数据传输速率,都非常原始,不过却为日后Wi-Fi标准的发展指明了方向。

    IEEE 802.11a / IEEE 802.11b

    一方面IEEE 802.11无论传输速率还是传输距离都难以满足人们的使用需求,另一方面随着信息时代的来临,无线网络的连接需求却越来越强烈。到了1999年,两个补充协议出现了,分别是IEEE 802.11a和IEEE 802.11b,前者为5GHz频段,传输速率为54Mbps,采用OFDM技术,后者仍然为2.4GHz频段,传输速率为11Mbps,采用DSSS技术。两者是完全不同的分支,相互之间并不兼容。


    图:Sony PSP配备了802.11b网卡

    虽然IEEE 802.11a有着更高的数据传输速率,但覆盖范围较小,且穿透性较差。相比之下IEEE 802.11b更为实用,且11Mbps的数据传输速率基本满足当时的需求。此外,满足IEEE 802.11a标准的设备成本要高得多。得益于IEEE 802.11b的制定,在2000年前后,第一代Wi-Fi产品上市销售了,开辟了一个新的时代。

    为了推动IEEE 802.11b规格的制定,以及未来更好地在全球范围内推广Wi-Fi,采用统一的标准设备,一个名为无线以太网路相容性联盟的全球性非营利性组织成立了,这也就是Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)的前身(2002年改名)。其总部位于美国德克萨斯州的奥斯汀,专门负责Wi-Fi认证与商标授权的工作,拥有300多名会员。

    IEEE 802.11g

    随着Wi-Fi的普及,加上对无线传输的要求越来越高,IEEE 802.11b的11Mbps数据传输速率已不能满足人们数据传输的需求了。到了2003年,新的Wi-Fi标准IEEE 802.11g应运而生,而且将原有IEEE 802.11a和IEEE 802.11b各自的优点做了融合。

    IEEE 802.11g采用了IEEE 802.11a的OFDM技术,同时将频率定在了2.4GHz,保持了与IEEE 802.11b设备的兼容性,同时将数据传输速率提高到54Mbps,覆盖范围已经可以满足相当大部分用户的需求了。IEEE 802.11g在技术的选择上非常地合理,不但使得IEEE 802.11b累积的用户都保留了下来,而且购买新设备的用户又能体验到数据传输速度的提升,也降低了用户升级的花费。

    IEEE 802.11g的出现非常及时,这时期移动设备越来越多且大多开始有联网的需要(手机、PDA和笔记本电脑等),对无线数据传输的需求明显增加。早期许多购买Wi-Fi路由器的用户,都是从IEEE 802.11g时期开始。

    IEEE 802.11n(Wi-Fi 4)

    虽然IEEE 802.11g的数据传输速度对于当时不少移动设备来说是够用的,不过像笔记本电脑这样的设备,这样的速度远远不够。当时有线局域网已逐步向千兆网络,54Mbps的数据传输速率大幅度落后,甚至还比不上使用多年的百兆网络。为此,到了2009年,IEEE 802.11n出现了。


    图:AirPort Express 802.11n

    为了大幅度提高数据传输速度,IEEE 802.11n做了重大的变革,引入了MIMO(多输入多输出)技术,使用多个发射和接收天线来提高数据传输速率,并使用了空时分组码来增加传输范围。IEEE 802.11n可以工作在2.4GHz和5GHz两个频段,是第一个双频的Wi-Fi标准,这不但能解决设备越来越多导致2.4GHz频段拥挤、相互影响的问题,还能满足一些设备需要高速数据传输的需求。

    IEEE 802.11n支持20MHz的标准带宽,基础速率提升到72.2Mbit/s,可以使用双倍频宽40MHz,加上4x4 MIMO,最高数据传输速率提高到了600Mbps,终于赶上了有线局域网络的节奏。事实上,当IEEE 802.11n还在草案阶段,尚未完成最终的标准制定,就已经有不少厂商迫不及待地推出所谓IEEE 802.11n标准的产品,称之为"Draft N",可见市场对无线数据传输的速度提升有多强烈。

    这时期Wi-Fi联盟还推出了新的Wi-Fi CERTiFiED标志,相信不少用户都在路由器产品包装上看到过。

    IEEE 802.11ac(Wi-Fi 5)

    作为IEEE 802.11n的继任者,IEEE 802.11ac提供了更高的数据传输速度,又称为Very High Throughput(VHT),发布于2013年。IEEE 802.11ac推出的时候恰逢智能手机大爆发时期,大量设备均采用了支持IEEE 802.11ac标准的芯片。

    IEEE 802.11ac在技术上做了多项改进,包括选择了5GHz频段,双倍频宽由40MHz变成了160MHz,调制模式由64-QAM提升到256-QAM,引入MU-MIMO应答机制,同时MIMO升级到了8天线等,数据传输速率最高可达到3.5Gbps。由于这时期2.4GHz频段上已经存在太多的设备,而且蓝牙和微波炉等都会对该频段造成影响,加上Wi-Fi设备对信道的占用和管理机制问题,使得效率越来越低,而IEEE 802.11ac选择5GHz频段解决了很大部分问题。

    这时期各种无线网络产品已经十分普遍,但一些便宜的设备在入门甚至主流市场仍有不错的销量,市场上混杂着两代甚至三代Wi-Fi标准的产品,对新规范的推广造成了障碍。为了让消费者分清不同的Wi-Fi标准,2018年Wi-Fi联盟简化了Wi-Fi命名,将即将到来的第六代无线网络标准(IEEE 802.11ax)正式命名为WiFi 6,同时802.11ac和802.11n也被赋予了新的名字,分别叫做Wi-Fi 5和Wi-Fi 4,三个标准之间的差异就一目了然了。

    虽然网络上经常有人将IEEE 802.11a/b/g称为Wi-Fi 1/2/3,但事实上Wi-Fi联盟并没有这么做,至少没有公开说过。这几个Wi-Fi标准相隔时间实在比较长,市面上基本不会看到相关的产品,所以Wi-Fi联盟没有特意去做区分。

    IEEE 802.11ax(Wi-Fi 6)

    近两年来,如果谈起Wi-Fi会经常听到一个名字,就是Wi-Fi 6,也就是以往称为IEEE 802.11ax的Wi-Fi标准。以目前Wi-Fi 6出现和讨论的频率来看,Wi-Fi联盟新的命名方式似乎非常成功。

    与Wi-Fi 5一样,Wi-Fi 6同样支持20/40/80/80+80/160MHz频宽,而Wi-Fi 6覆盖了2.4GHz和5GHz频段,则有别于Wi-Fi 5只涉及5GHz频段,这使得低速设备和高速设备都覆盖了。Wi-Fi 6在调制模式上从Wi-Fi 5的256-QAM提升为1024-QAM,数据流最大支持数量也从4个提高到了8个,使用了OFDMA技术和上/下行MU-MIMO,以及CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)机制和TWT(Target Wake Time)机制,让Wi-Fi 6的数据传输速率提高到了9.6Gbps,设备的连接效率也大大提高(具体可看《超能课堂(188):WiFi 6凭什么可以如此“六”?》)。

    除了Wi-Fi 6以外,还有一个名为Wi-Fi 6E的扩展,在前者基础上引入了6GHz频段的支持,使得Wi-Fi 6可以从原来使用的2.4GHz/5GHz频段扩展为2.4GHz/5GHz/6GHz频段,具体频率是从5925MHz到7125MHz。如果完全利用6GHz频段的带宽,基于Wi-Fi 6E的无线网络可以实现设备容纳数量翻倍的效果(具体可看《超能课堂(263):WiFi 6E来了,它相比WiFi 6有什么不同吗?》)。

    不过WiFi 6E面临一个很重要的问题,就是世界各个国家和地区对6GHz频段的开放程度。无线频谱作为一种国家级的资源,只有相应的国家和地区实现开放之后,才能用于个人的WiFi网络上。目前针对6GHz频段的开放问题,大多数国家和地区其实都还在调研当中,而且并未达成共识,比如北美地区是倾向于将其作为非授权频段使用,可用于个人组建Wi-Fi网络,而中国则倾向作为授权频段,用于5G通讯网络的建设,这就意味着个人在6GHz频段的使用上会受到限制。

    IEEE 802.11be(Wi-Fi 7)

    虽然Wi-Fi 6/6E的设备还在普及当中,但Wi-Fi 7的脚步却越来越近了,预计完整的标准版本要到2024年底才会正式公布。如果有留意新闻,会看到近期高通已发布Wi-Fi 7的相关解决方案。高通表示2022年下半年将向客户出样,商业移动终端会在2022年末出货。

    Wi-Fi 7对应的是IEEE 802.11be EHT(Extremely High Throughput)标准,在Wi-Fi 6E的基础上引入了320MHz频宽、4096-QAM调制、Multi-RU、多链路操作、增强MU-MIMO、多AP协作(常说的MESH组网)等技术而来,这使得Wi-Fi 7相较于Wi-Fi 6E可以提供更高的数据传输速率和更低的延时。Wi-Fi 7可以支持高达30Gbps的数据传输速率,相当于Wi-Fi 6的3倍,可以满足高码率4K/8K视频、VR/AR应用、远程办公、视频会议以及云计算多种场景的使用(《超能课堂(296):次世代无线网络WiFi 7马上就要来了吗?》)。

    由于Wi-Fi 7所依赖的6GHz频段目前使用存疑,所以实际使用上可能会受到限制,这也影响着目前市场上销售的Wi-Fi 6E产品。倘若世界各国睇地区对6GHz频段的使用不能达成共识,最终没有开放,那么Wi-Fi 7上所带来的提升就大打折扣了,甚至会影响未来Wi-Fi的技术发展和规范制定工作。

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    已有 8 条评论,共 43 人参与。
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    • wbf54007学前班 05-23 11:18    |  加入黑名单

      我想问下WIFI的最高速率跟宽带的带宽的关系,比如我宽带是500M的,是不是用WIFI4-600M速率就能满足外网接入的速度需求?再往上那种几个G的速率,是不是就是局域网内设备互相之间的传输速度,还是说速率越大传输的信号越远,越稳定?一般家庭多不会用到1000M的宽带,是不是就没必要用到WIFI6或者WIFI7?

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      9#

    • wufuwen博士 05-22 18:44    |  加入黑名单

      2.5G网口的普及,比wifi7更加重要。

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      8#

    • 吕嘉俭编辑 05-21 10:47    |  加入黑名单

      EXP0328 等待验证会员

      IEEE 802.11be Wi-Fi 6 2019年 9.6Gbps 2.4 / 5GHz
      第一个表格里的WiFi6写错了,应该是802.11ax
      05-20 20:09 已有1次举报
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    • 谢谢提醒,已改。

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      7#

    • EXP0328等待验证会员 05-20 20:09    |  加入黑名单

      IEEE 802.11be Wi-Fi 6 2019年 9.6Gbps 2.4 / 5GHz
      第一个表格里的WiFi6写错了,应该是802.11ax

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      6#

    • hrflni初中生 05-20 19:53    |  加入黑名单

      看来要等wifi7出了,才会有5口2.5G的了。普及下来可能要等wifi8咯。

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      5#

    • momoice教授 05-20 11:13    |  加入黑名单

      USB 你看看人家 再看看你

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      4#

    • all4u研究生 05-20 10:39    |  加入黑名单

      早期wifi体验真的一言难尽,家里最早是802.11g的无线路由器,打个魔兽走三步退一步,花式丢包。

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      3#

    • Adonis教授 05-19 19:18    |  加入黑名单

      首页配图是TP美帝特供,大中华区无缘!
      https://www.tp-link.com/us/home-networking/wifi-router/

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      2#

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