【分享】Wi-Fi的誕生與發(fā)展

在之前幾期技術(shù)分享的文章中我們介紹了LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)），其中包括LoRa、NB-IoT、eMTC以及SigFox四種。之后幾篇文章筆者將分享短距無線通信技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。而短距離無線通信技術(shù)有我們熟知的Wi-Fi、ZigBee、藍(lán)牙以及Z-Wave，今天我們就來揭開Wi-Fi的神秘面紗。

《LoRa為什么這么“神”？》

《LPWAN技術(shù)之——NB-IoT》

《eMTC和LoRa、NB-IoT有什么關(guān)系？》

《SigFox能否起死回生，再次比肩LoRa？》

（點(diǎn)擊文章可跳轉(zhuǎn)閱讀）

短距離無線通信技術(shù)

第一期：Wi-Fi

過去的20多年，Wi-Fi靠著僅有的2.4GHz和5GHz兩個(gè)頻段，承載著不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求。ABI Research顯示，2022年Wi-Fi上傳流量激增80%，Wi-Fi數(shù)據(jù)流量已超過蜂窩流量，且成為流量增量貢獻(xiàn)最大的接入方式。

隨著超高吞吐量和低延遲應(yīng)用程序日益增多，第七代Wi-Fi技術(shù)（Wi-Fi 7）正在加緊研究中，Wi-Fi 7也稱為IEEE 802.11be。Wi-Fi 7具有極高的吞吐量，旨在為設(shè)備提供更快、更高效的無線連接，讓數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入一個(gè)屬于Wi-Fi 7的全新時(shí)代。

Wi-Fi技術(shù)的演變

01

802.11

發(fā)布時(shí)間：1997 年

定義了帶有沖突避免 (CSMA/CA) 協(xié)議的載波偵聽多路訪問協(xié)議以及局域網(wǎng) (LAN) 中數(shù)據(jù)通信設(shè)備的兼容互連。

02

802.11b

發(fā)布時(shí)間：1999 年

別稱：Wi-Fi 1（第一代 Wi-Fi）

802.11b理論最大數(shù)據(jù)速率為11 Mbps，利用了原始標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA 媒體訪問技術(shù)，吞吐量提高，價(jià)格明顯降低，802.11b 作為無線局域網(wǎng)協(xié)議得到廣泛接受。

03

802.11a

發(fā)布時(shí)間：1999 年

別稱：Wi-Fi 2（第二代 Wi-Fi）

IEEE 802.11a 標(biāo)準(zhǔn)采用與原始標(biāo)準(zhǔn)相同的核心協(xié)議，但頻率更高（5 GHz），它的理論數(shù)據(jù)速率為54Mbps，其他數(shù)據(jù)速率為6 Mbps、9 Mbps、12 Mbps、18 Mbps、24 Mbps、36 Mbps和48 Mbps。但它不能與802.11b互操作，因?yàn)樗诓煌奈丛S可ISM頻段中運(yùn)行。

04

802.11g

發(fā)布時(shí)間：2003 年

別稱：Wi-Fi 3（第三代 Wi-Fi）

802.11g 的理論吞吐量同樣為54 Mbps，它是流行的 802.11b 規(guī)范的繼承者，其最大吞吐量為11 Mbps，兩者都使用2.4 GHz頻段，但802.11g使用 OFDM，802.11g向后兼容并支持802.11b和802.11g客戶端。

05

802.11n

發(fā)布時(shí)間：2009 年

別稱：Wi-Fi 4（第四代 Wi-Fi）

802.11n是繼802.11a、802.11b和802.11g之后的下一個(gè)IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。作為802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。8021.11n 使用稱為多輸入/多輸出 (MIMO) 的技術(shù)和更寬的射頻信道，還提供了一種稱為“幀聚合”的機(jī)制來減少傳輸之間的時(shí)間，向后兼容 802.11b/g 設(shè)備。

06

802.11ac

發(fā)布時(shí)間：2014 年

別稱：Wi-Fi 5（第五代 Wi-Fi）

802.11ac的理論最大速度為1300 Mbps (1.3 Gbps) - 2300 Mbps (2.3 Gbps)，802.11ac建立在802.11n提供的功能之上，以提高吞吐量、帶寬和速度。

07

802.11ax

發(fā)布時(shí)間：2019 年

別稱：Wi-Fi 6（第六代 Wi-Fi）

IEEE 802.11ax是第六代 Wi-Fi，建立在802.11ac的優(yōu)勢(shì)之上。它通過使用更密集的調(diào)制方案、更小的子載波間隔和基于調(diào)度的資源分配來提供更高的無線容量和可靠性。802.11ax是一種在2.4 GHz和5 GHz頻段工作的雙頻段技術(shù)，即使對(duì)于較低頻段也能提供速度升級(jí)，可以在最大程度地兼容802.11a/b/g/n/ac客戶端。

08

802.11be

發(fā)布時(shí)間：2024 年（待發(fā)布）

別稱：Wi-Fi 7（第七代 Wi-Fi）

Wi-Fi 7是用于路由器和調(diào)制解調(diào)器的最新Wi-Fi技術(shù)，其速度比Wi-Fi 6快四倍。這種巨大的吞吐量支持虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、低延遲游戲和更高質(zhì)量的流媒體。雖然它會(huì)改變你使用網(wǎng)絡(luò)的方式，但要到2024年才能完全使用。認(rèn)證的Wi-Fi 7設(shè)備預(yù)計(jì)要到2025年才能在市場(chǎng)上普及。

Wi-Fi 7的速度將達(dá)到高達(dá)46 Gbps的速度，一臺(tái)路由器可連接更多設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都使用巨大的吞吐量和正交幅度調(diào)制（QAM）來實(shí)現(xiàn)更高效的無線連接。

Wi-Fi 7的時(shí)間節(jié)點(diǎn)

Wi-Fi 7 比之 Wi-Fi 6 有什么不同？

Wi-Fi 7比現(xiàn)在使用的Wi-Fi 6快得多，更多的數(shù)據(jù)通過管道傳輸?shù)礁嘣O(shè)備，所有這些都不需要影響到彼此的使用體驗(yàn)。當(dāng)你想在樓上觀看游戲，而你的伴侶在書房里播放電影，孩子們?cè)谂P室里用VR耳機(jī)玩“星球大戰(zhàn)”時(shí)，你的這些同步操作也將沒有任何緩沖問題。

下圖是Wi-Fi自1997年以來不同標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間表，由Wi-Fi聯(lián)盟共享：

Wi-Fi 7具體優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：

①速度更快

很難想象Wi-Fi 7有相差如此大的速度升級(jí)。因?yàn)閺睦碚撋蟻碚f，9.6 Gbps的最高速度到46 Gbps的四倍速度跳躍是極端的。其次，現(xiàn)階段的Wi-Fi6相對(duì)來說也是能夠滿足目前的傳輸需求的，為什么還會(huì)推出如此高速版本的無線技術(shù)呢？

下表顯示了Wi-Fi 6（2019）和Wi-Fi 7（2024）之間的速度差異。這種額外的速度將開辟使用互聯(lián)網(wǎng)的全新方式。例如，你可以虛擬地試穿一雙鞋子或穿戴眼鏡，它會(huì)讓你能夠有一種試用的“實(shí)感”，以至于你將在購(gòu)物過程中節(jié)省大量時(shí)間和金錢。

②更低的延遲

與Wi-Fi 6相比，Wi-Fi 7的延遲要低得多。雖然將速度翻了兩番是一個(gè)很大的飛躍，但速度的提高對(duì)延遲有很大的多米諾骨牌效應(yīng)，延遲是你在會(huì)議、游戲和流媒體時(shí)遇到的延遲。根據(jù)微軟的說法，你會(huì)看到一般的延遲會(huì)降低100倍，VR設(shè)備的延遲將降低15倍，而這大大減少了加載及緩沖時(shí)間。

延遲的巨大下降具有深遠(yuǎn)的實(shí)際應(yīng)用，可以創(chuàng)建令人難以置信的沉浸式Web體驗(yàn)。Wi-Fi 7更寬的320 MHz信道和未經(jīng)許可的6 GHz頻段將讓你獲得比你現(xiàn)在習(xí)慣的更豐富（更少故障）的現(xiàn)實(shí)游戲、遠(yuǎn)程工作、醫(yī)療保健和教育體驗(yàn)。

③多鏈路功能

雖然Wi-Fi 6可以同時(shí)為筆記本電腦、手機(jī)和平板電腦等多個(gè)設(shè)備提供服務(wù)，這種信號(hào)共享很方便，但它會(huì)產(chǎn)生延遲問題。在這個(gè)方面Wi-Fi 7明顯做得更好。這是因?yàn)閃i-Fi 6采用MU-MIMO技術(shù)，一次最多支持四臺(tái)設(shè)備。MU-MIMO技術(shù)將單個(gè)信號(hào)拆分為較小的信號(hào)，這意味著多個(gè)設(shè)備共享相同的信號(hào)。

相比之下，Wi-Fi 7使用多鏈路操作，具有多個(gè)信號(hào)來支持多個(gè)設(shè)備。因此，Wi-Fi 7路由器將優(yōu)先考慮未使用的信道。當(dāng)你向網(wǎng)絡(luò)添加越來越多的設(shè)備時(shí)，無線路由器會(huì)回退MU-MIMO技術(shù)來共享頻道。

④更高的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量

Wi-Fi 6依靠1024-QAM更有效地使用無線電信號(hào)來發(fā)送和接收更多數(shù)據(jù)。這種1K QAM架構(gòu)使Wi-Fi 6的速度比Wi-Fi 5提高了25%。在大規(guī)模升級(jí)中，Wi-Fi 7使用4K QAM，其速度比Wi-Fi 6E高出四倍。

作為Wi-Fi 7調(diào)制解調(diào)器的用戶，更高的QAM不是為你帶來額外的好處，而是標(biāo)準(zhǔn)更快速度背后的“原因”。

Wi-Fi 的發(fā)展前景

Omdia在2023年LTE/5G專網(wǎng)的相關(guān)趨勢(shì)觀察中曾表示，“在專網(wǎng)領(lǐng)域，2023年將是Wi-Fi 6（而非 5G）蓬勃發(fā)展的一年”， 40%的企業(yè)選擇或考慮使用Wi-Fi替代私網(wǎng)，遠(yuǎn)超公眾蜂窩網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi 6不會(huì)完全替代5G，只會(huì)對(duì)特定場(chǎng)景起替代作用。5G時(shí)代，Wi-Fi 6在專網(wǎng)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)已顯而易見，Wi-Fi 7（預(yù)計(jì)2024年底發(fā)布）對(duì)于6G（預(yù)計(jì)2030年左右）的競(jìng)爭(zhēng)仍會(huì)延續(xù)。

Wi-Fi聯(lián)盟預(yù)測(cè)2024年全球?qū)⒂袛?shù)十億人和180億臺(tái)設(shè)備依賴Wi-Fi連接入網(wǎng)，Wi-Fi設(shè)備出貨量將增至每年40億臺(tái)。Wi-Fi在世界范圍內(nèi)實(shí)際落地情況與ITU的頻譜分配及當(dāng)?shù)仡l譜政策有關(guān)。

Wi-Fi有兩個(gè)頻段范圍2.4GHz和5GHz，但這兩個(gè)頻段內(nèi)非授權(quán)頻譜有限且擁擠，有些國(guó)家和地區(qū)開始將Wi-Fi頻段向6GHz擴(kuò)展，6GHz能提供更大的帶寬、更快的速度和更多容量。Wi-Fi 7需要320MHz連續(xù)信道支持，急需擴(kuò)大頻段范圍。但對(duì)于是否將6GHz頻段作為非授權(quán)頻段允許Wi-Fi接入，各國(guó)態(tài)度不同。美國(guó)、加拿大、韓國(guó)等地明確將6GHz全部頻段可供Wi-Fi使用；歐盟、俄羅斯等地將6GHz頻段分段使用；中國(guó)、亞洲及非洲部分地區(qū)尚未明確6GHz分配政策。

當(dāng)前我國(guó)5G發(fā)展全球領(lǐng)先，5G和6G發(fā)展也在尋求更多的頻譜資源支持，頻譜資源具有稀缺性，Wi-Fi 7未來國(guó)內(nèi)規(guī)?；逃媚芊瘾@得6GHz頻段支持尚不明確，因此處理好Wi-Fi 7與5G/6G之間的協(xié)同關(guān)系尤為重要。