【科普】一文讓你了解Wi-Fi技術(shù)

　　Wi-Fi技術(shù)早已被個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如pad、手機(jī)）等終端廣泛使用，我們的生活也離不開這項(xiàng)無線連接技術(shù)。但是關(guān)于Wi-Fi的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)、物理層技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)你了解嗎？本文將一一進(jìn)行介紹。

　　1 概述

　　WLAN是無線局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，全稱為Wireless Local Area Networks，是一種利用無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，該技術(shù)的出現(xiàn)能夠彌補(bǔ)有線局域網(wǎng)絡(luò)之不足，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)延伸之目的。

　　Wi-Fi是無線保真的縮寫，英文全稱為Wireless Fidelity，在無線局域網(wǎng)才對(duì)范疇是指“無線兼容性認(rèn)證”，實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，同時(shí)也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。同藍(lán)牙技術(shù)相比，它具備更高的傳輸速率，更遠(yuǎn)的傳播距離，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本、手機(jī)、汽車等廣大領(lǐng)域中。

　　WIFI是無線局域網(wǎng)聯(lián)盟的一個(gè)商標(biāo)，該商標(biāo)僅保障使用該商標(biāo)的商品互相之間可以合作，與標(biāo)準(zhǔn)本身實(shí)際上沒有關(guān)系，但因?yàn)閃IFI 主要采用802.11b協(xié)議，因此人們逐漸習(xí)慣用WIFI來稱呼802.11b協(xié)議。從包含關(guān)系上來說，WIFI是WLAN的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，WIFI包含于WLAN中，屬于采用WLAN協(xié)議中的一項(xiàng)新技術(shù)。

　　在WiFi使用之初，在安全性方面非常脆弱，很容易被別有用心的人截取數(shù)據(jù)包，所以在安全方面成了政府和商業(yè)用戶使用WLAN的一大隱患。WAP（無線應(yīng)用協(xié)議）是由我國制定的無線局域網(wǎng)中的安全協(xié)議，它采用國家密碼管理委員會(huì)辦公室批準(zhǔn)的公開密鑰體制的橢圓曲線密碼算法和秘密密鑰體制的分組密碼算法，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的身份鑒別、鏈路驗(yàn)證、訪問控制和用戶信息在無線傳輸狀態(tài)下的加密保護(hù)。2009年6月15日，在國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO/IECJTC1/SC6會(huì)議上，WAPI國際提案首次獲得包括美、英、法等10余個(gè)與會(huì)國家成員體一致同意，將以獨(dú)立文本形式推進(jìn)其為國際標(biāo)準(zhǔn)，目前在中國加裝WAPI功能的WIFI手機(jī)等終端可入網(wǎng)檢測并獲進(jìn)網(wǎng)許可證。

　　2 WiFi標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

　　IEEE 802.11是針對(duì)WIFI技術(shù)制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)，第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞剑倲?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbps。1999年加上了兩個(gè)補(bǔ)充版本：802.11a定義了一個(gè)在5GHz ISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)54Mbps的物理層，802.11b定義了一個(gè)在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)11Mbps的物理層。802.11g在2003年7月被通過，其載波的頻率為2.4GHz（跟802.11b相同），傳輸速率達(dá)54Mbps。802.11g的設(shè)備向下與802.11b兼容。其后有些無線路由器廠商因應(yīng)市場需要而在IEEE 802.11g的標(biāo)準(zhǔn)上另行開發(fā)新標(biāo)準(zhǔn)，并將理論傳輸速度提升至108Mbit/s或125Mbit/s。IEEE 802.11n是2004年1月時(shí)IEEE宣布組成一個(gè)新的單位來發(fā)展的新的802.11標(biāo)準(zhǔn)，于2009年9月正式批準(zhǔn)，最大傳輸速度理論值為600Mbps，并且能夠傳輸更遠(yuǎn)的距離。IEEE 802.11ac是一個(gè)正在發(fā)展中的802.11無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，它通過5GHz頻帶進(jìn)行無線局域網(wǎng)（WLAN）通信，在理論上，它能夠提供高達(dá)1Gbps的傳輸速率，進(jìn)行多站式無線局域網(wǎng)（WLAN）通信。

　　除了上述的標(biāo)準(zhǔn)，另外有一個(gè)被稱為IEEE 802.11b+的技術(shù)，通過PBCC（Packet Binary Convolutional Code）技術(shù)在IEEE 802.11b（2.4GHz頻段）基礎(chǔ)上提供22Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。但這事實(shí)上并不是一個(gè)IEEE的公開標(biāo)準(zhǔn)，而是一項(xiàng)產(chǎn)權(quán)私有的技術(shù)，產(chǎn)權(quán)屬于德州儀器。IEEE的一個(gè)工作組TGad與無線千兆比特聯(lián)盟聯(lián)合提出802.11ad的標(biāo)準(zhǔn)，即在60GHz的頻段上面使用大約2GHz的頻譜帶寬，實(shí)現(xiàn)近距離范圍內(nèi)高達(dá)7Gbps的傳輸速率。

　　3 WiFi物理層技術(shù)

　　WiFi是由無線接入點(diǎn)AP（Access Point） 、站點(diǎn)（Station）等組成的無線網(wǎng)絡(luò)。AP一般稱為網(wǎng)絡(luò)橋接器或接入點(diǎn)，它是當(dāng)作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，因此任何一臺(tái)裝有無線網(wǎng)卡的PC均可透過AP去分享有線局域網(wǎng)絡(luò)甚至廣域網(wǎng)絡(luò)的資源。它的工作原理相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)置無線發(fā)射器的HUB或路由，而無線網(wǎng)卡則是負(fù)責(zé)接收由AP所發(fā)射信號(hào)的CLIENT端設(shè)備。

　　802.11發(fā)布之初，只支持1Mbps和2Mbps兩種速率，工作于2.4GHz頻段上面，兩個(gè)設(shè)備之間的通信可以自由直接的方式進(jìn)行，也可以在基站（BS）或者訪問點(diǎn)（AP）的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。

　　802.11a標(biāo)準(zhǔn)采用了與原始標(biāo)準(zhǔn)相同的核心協(xié)議，工作頻率為5GHz，使用正交頻分多路復(fù)用副載波，最大原始數(shù)據(jù)傳輸率為54Mb/s。如果需要的話，數(shù)據(jù)率可降為48，36，24，18，12，9或者6Mb/s。它不能與IEEE 802.11b進(jìn)行互操作，除非使用了對(duì)兩種標(biāo)準(zhǔn)都采用的設(shè)備。由于2.4GHz頻帶已經(jīng)被到處使用，采用5GHz的頻帶讓802.11a具有更少?zèng)_突的優(yōu)點(diǎn)。然而，高載波頻率也帶來了負(fù)面效果。802.11a幾乎被限制在直線范圍內(nèi)使用，這導(dǎo)致必須使用更多的接入點(diǎn)；同樣還意味著802.11a不能傳播得像802.11b那么遠(yuǎn)，因?yàn)樗菀妆晃铡?/p>

　　802.11g的調(diào)制方式和11a類似，但其載波的頻率為2.4GHz（跟802.11b相同），共14個(gè)頻段，原始傳送速度也可達(dá)為54Mbps，802.11g的設(shè)備向下與802.11b兼容。

　　802.11n引入了MIMO的技術(shù)，使用多個(gè)發(fā)射和接收天線來允許更高的數(shù)據(jù)傳輸率，并增加了傳輸范圍；并支持在標(biāo)準(zhǔn)帶寬20MHz和雙倍帶寬40MHz，使用4×4 MIMO時(shí)的速度最高可達(dá)600Mbps。

　　802.11ac采用并擴(kuò)展了源自802.11n的空中接口概念，包括高達(dá)160MH的射頻帶寬，最多8個(gè)MIMO空間流以及最高可達(dá)256QAM的調(diào)制方式。以下是這幾種標(biāo)準(zhǔn)的主要屬性對(duì)比。