【觀察】手機WiFi發展史

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導讀：WiFi，您看不到，摸不到，也聽不到，但它對當今世界已經產生巨大的影響並將持續進行。從我們家庭的無線網絡到辦公室和公共場所，無需依賴電纜的高速無線連接無處不在，這從根本上改變了計算的方式。可以毫不誇張地説，由於有了隨時可用的WiFi，我們因而可以擁有更好的生活，能夠更直接、更簡單並具備高移動性的方式使用我們的筆電、平板電腦和可攜式電子產品，再也不用擔心身邊有一堆雜亂的電線。

雖然可能難以置信，從IEEE通過802.11標準起，到現在已經有二十年。本文將首先介紹WiFi的歷史，看看它如何克服眾多的技術挑戰，並演變成我們今天所熟知的超快速、高便利的無線標準。我們之後也將繼續討論這項技術的未來發展。

無需授權即可開始

圖1 : 從我們家庭的無線網絡到辦公室和公共場所，高速無線連接無處不在，這從根本上改變了計算的方式。

雖然我們現在認為802.11無線技術是把個人計算設備與智慧手機連接到互聯網的一種主要方式，但實際上它最初是為了連接收銀機而發明。在20世紀80年代後期，零售工具和收銀機計算機系統製造商NCR公司遇到了一個很大的問題，它的百貨商店和超市等客户，在每次改變商店的格局時都不想重新佈線。

美國聯邦通信委員會當時作出了一項裁決，開放了某些頻段可以自由使用，正是這項決定，啓發了一個改變遊戲規則的想法。通過在未授權的頻譜中使用無線連接，電子收銀機和PoS系統可以很容易地在商店裏面移動，而零售商不必進行重大的商店翻新工作。

爾後，NCR將該項目分配給荷蘭辦公室之外的一個工程團隊，他們面臨着要創建一種無線通訊協議的挑戰。這些工程師成功地開發了「WaveLAN」，這被公認為WiFi的先驅。NCR不是將其作為一個純粹的專有協議來保存，而是通過將其作為一個標準來建立起來，因而這個公司將能夠在無線連接市場興起時成為領導者。到了1990年，基於未授權頻譜的無線通訊IEEE 802.11工作羣組已經形成。

利用在當時已經是非常創新的擴頻技術能夠在噪聲環境中減少干擾並提高訊號完整性，WiFi的原始版本最終於1997年正式標準化，其工作時的數據流量僅為2Mbits/s，但卻為未來的發展奠立基礎。

無線以太網

儘管802.11無線標準在1997年發佈，但並沒有立即廣為採用。較慢的速度和昂貴的硬件在很長一段時間內阻礙了其在大眾市場的吸引力，但其發展進程註定要改變。10Mbit/s以太網是當時的網絡標準，IEEE802.11研究小組明白，如果802.11也能夠達到這樣的速度，他們將擁有強大的競爭力。1999年，他們成功創建了802.11b，這種技術採用了與原802.11無線標準相同的2.4GHz ISM頻段，但大大提高數據流量到11Mbits/s，無線以太網終於成為現實。

圖2 : 由於802.11b具有更便宜的設備和更好的工作範圍，為目前最受歡迎的無線標準。

在802.11b標準建立後不久，IEEE工作小組又發佈了一個更快的802.11a標準，它不再是工作在日益擁擠的2.4GHz頻段，而是運行在5GHz頻段，所支持的速度高達54Mbits/s 。

由於802.11a佔用的是5GHz的頻段，遠離了比較受歡迎的2.4GHz頻段，因此即使在嘈雜的環境中也具有更好的性能。然而，與2.4GHz無線連接相比，更高的載波頻率也意味着其作用範圍縮小。由於802.11b具有更便宜的設備和更好的工作範圍，證明是目前最受歡迎的無線標準。但是，儘管與802.11a相比，802.11b性價比更高，但對於一般消費者來説當時的價格仍然不夠低，無線路由器和網絡卡仍然會需要花費數百美元。

這一切在賈伯斯的一次電話會議後得到了徹底改變。那時蘋果公司正在推出新一代電腦，並希望將無線網絡作為其功能的一部分。當時設定的條款非常艱難，蘋果公司的指定購買價格為99美元，當然其批量可能會很大。此時，朗訊科技公司已經收購了NCR公司，並最終同意了條款。

雖然最初這些似乎都難以實現，但蘋果公司的交易最終還是將WiFi交付到消費者手中，並將其推向主流市場。個人電腦製造商看到蘋果公司電腦的強大市場衝擊力，因而也希望在電腦中加入無線網絡。很快，包括戴爾、東芝、惠普和IBM在內的主要PC硬件廠商都提供WiFi技術。

微軟也通過Windows XP增加了對WiFi的支援，並通過與朗訊工程師的合作，微軟將WiFi連接內建於操作系統，用户無需安裝第三方驅動程式或軟體即可以實現無線連接。隨着Windows XP的發佈，WiFi能夠得以內建在全球數百萬計的計算機上，也正是的宣告進入WiFi的大時代。

無線革命

在2000年開始的初期，由於無線連接的優勢變得越來越清晰，無線網絡得以迅速普及。隨着企業和消費者開始認識到WiFi的應用潛力，成就我們現在所謂的「移動運算」的雛型，無線熱點開始出現在咖啡店、機場和酒店。而家庭用户中的許多人也開始利用寬頻互聯網，能夠輕鬆地在整個房子實現無線連接。

由於IEEER802.11工作團隊的努力，這種最初設計用於連接收銀機的專用無線協議已經成為無線網絡標準的基礎，也正在改變整個社會的架構。

提高速度

802.11b在1999年問世，為無線網絡的廣泛應用奠定了基礎。其便宜的價格讓消費者易於接受，11Mbit /s的速度使其足夠快速，從而能夠替代企業用户原有的以太網絡連接。在21世紀開始的最初幾年中，寬頻互聯網迅速被市場接受，支援802.11b取得了顯著地成功。無論是普通消費者或企業用户都發現，和之前的DSL、有線或其他寬頻技術相比，無線是一種更好的高速連接方式。

隨着寬頻互聯網提供的高速度成為常態，消費者的電腦使用習慣也隨之改變。音樂/電影分享和串流媒體音樂等更高頻寬的應用，開始在消費領域愈來愈受歡迎。

與此同時，在商務需求上為達成，VoIP、文件共享、印表機共享、以及桌面虛擬化等各種業務應用，無線網絡必須提供更高速來與以太網絡競爭。

即使在2000年代初期，802.11b能夠支援的速度也遠遠沒有達到非常高的水平。但在有線方面，10/100以太網卻已經是一個普遍的標準。在100Mbit/s速度下，它比802.11b標準的11Mbit/s速度快了近10倍。扣除802.11b通訊協定本身的必要浪費意味着可以達到的最大理論速度是5.9Mbit/s，但實際上，由於802.11b使用的是愈來愈流行的2.4GHz頻段，實際速度證明比理論值要低。來自微波爐、無線電話和其他消費性電子產品的干擾，意味着現實世界的速度通常不能達到5.9Mbit/s的標準。

802.11g標準

為了解決速度問題，IEEE 802.11工作小組在2003年推出了802.11g。儘管802.11g使用與802.11b同樣的2.4GHz頻段，但卻能夠達到高達54Mbit/s的速度。即使扣除通訊協定必要浪費而導致速度降低之後，其理論最大值也可以達到31.4Mbit/s，足以滿足要求愈來愈快的家庭寬頻速度要求。

實際上802.11g並不是第一個達到54Mbit/s的802.11無線標準，802.11a在1999年已經實現了這樣的速度，但它所使用的是另一個單獨的5.8GHz頻段來實現上述速度。雖然5.8GHz的優點是具有較少的消費性電子產品的無線電干擾，但卻與802.11b不兼容。考慮到這個情況，以及它較為昂貴的設備，使802.11a只能夠在商業市場中得到一些訂單，並沒有大量普及家庭/消費領域等應用。

透過使用2.4GHz頻段而達到54Mbit/s的速度，802.11g在實現高速度的同時也保持了與802.11b的全面兼容性。這一點至關重要，因為此時802.11b已經被確立作為消費設備的主要無線標準。與802.11a相比，802.11g的向後兼容性以及更便宜的硬體設備是很大的賣點，因此能夠很快成為消費領域，甚至漸漸地在相關的商業應用領域成為全新的、更加快速的無線標準。

802.11n標準

於2009年推出的802.11n進一步提高了802.11g和802.11a的速度。802.11n工作在2.4GHz或5.8GHz頻段，透過採用封包聚合提高了傳輸效率，還引入了可選的MIMO和40Hz頻寬，使802.11n的頻道寬度達到了802.11 g的兩倍。

802.11n能夠大幅度地提高網絡速度。在低端應用中，如果採用與802.11g同一類型的單天線作業，採用相同的20Hz頻道寬度配置，802.11n網絡可以達到72Mbit/s的速度。另外，如果使用雙倍寬度的40Hz頻道，採用多個天線，那麼數據速度可能會更快，甚至能夠高達600Mbit/s。

千兆速度級的無線技術

即將大規模採用的最新802.11無線技術是802.11ac標準，它擴展了802.11n，特別是在5.8GHz的頻段上實現了改進，在2.4GHz的射頻頻段中採用了802.11n的技術，因而可以實現向後兼容。

802.11ac透過支援5.8GHz頻段，因而能夠實現巨大的160Hz的頻寬優勢，這在已經很擁擠的2.4GHz的頻段中幾乎無法實現。此外，通過波束成形和支援多達8個MIMO數據流，提高了可實現的速度。根據不同的配置，在路由器和最終用户設備都具有多個天線的情況下，所達到的數據速率可以從最低的433Mbit/s到幾個Gbit /s。

如果速度還不夠快，有更先進的802.11ad的標準，這種新標準使用的60GHz的「毫米波」頻段，即使沒有MIMO配置，也可以實現高達7Gbit/s的傳輸速度，802.11ad的主要問題在於：在60GHz的頻率下，無線技術的作用距離和穿透力都大大降低。

展望未來

現今我們已經實現了千兆級的數據速率，接下來呢？除了高速度，IEEE 802.11工作小組已經認可，低速，低耗能通信實際上也是一個具有巨大發展潛力的領域。儘管傳統上WiFi是一個相對比較耗電的標準，但未來的協議將能夠賦予無線網絡連接更多的新特性，從而以更高能效的通信面向如物聯網等市場。

20年曆史總結

雖然無線網絡已經有二十年的歷史，但它還在不斷髮展並保持與時俱進。從撥號時代到寬頻互聯網的採用，再到智能手機，而現在我們已經進入物聯網的初期，無線網絡一直在不斷開發，適應市場需求的新技術，如果歷史可以用來給我們一些啓示，那麼在未來的很多年內，無線網絡一定還會繼續為我們提供更多便利。

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