关于WiFi，你一定不知道的那些事儿

xman

小编挺啰嗦的，先带你穿越到100多年前，从Jack和Rose的那一场感人的爱情故事说起。

1912年4月14日

22时55分：位于泰坦尼克号附近的加州人号发现前方有冰山，并向附近的所有航行船只发出警告，当无线电讯号抵达泰坦尼克号时，冰山警告却被中断并被粗鲁的回应：“勿搔扰！住口吧！你已经干扰我的讯号了！我正向瑞斯角发电报！”

因为那个时候，泰坦尼克号的电报员正忙着帮助乘客发送电报到瑞斯角。

23时30分：加州人号电报员关掉电报机下班，休息。

11时40分：泰坦尼克号撞上冰山。

…



1887年海因里希赫茲发明了无线电波后，无线电最早用于航海。海上无线电报，被誉为无线技术的第一个杀手锏应用，这一次却搞砸了。

当时的无线电报采用火花隙式发射机（spark-gap transmitter），主要用来传送摩尔斯电码。严格的讲，它是一种超宽带UWB无线技术。它占用整个频段，将所有发射和接收装置放在一个共享信道里，电报员只有先听，然后才能发送信号（这大概就是最早的listen before talk机制）。

客观的讲，在当时已经是非常先进的技术了，但是，缺点也很突出。比如，遇上那个很忙很粗鲁的泰坦尼克号电报员，麻烦就大了。



后来，人们发明了谐振电路，它可以选择接收特定频段的信号，无线电接收器可以区分不同频率下的信号了。

同时，随着AM（调幅）技术的出现，人们可以通过AM广播收听音乐和声音了。1920年代，AM广播电台如雨后春笋般涌现出来。

问题又来了。

广播电台越多，无线干扰越来越严重，一些城市的无线广播几乎瘫痪，根本无法收听。

政府开始对无线广播进行管制，颁发授权频段。

这就是频谱授权制度的由来。

后来，FM和电视信号也被纳入了频谱授权制度。1970年代，随着双向无线传输技术兴起（无线广播和电视广播都属于单向无线传输），频谱授权范围扩大到蜂窝移动通信领域。

然而，起初的频谱授权制度是非常粗暴的。

在美国，政府颁布法令要求所有的无线设备都需获得频谱授权，并且限制无线信号传播范围。还闹出了笑话：由于AM信号在夜晚传播距离更远，为了控制越区覆盖，很多电台在夜幕降临时不得不关闭信号发射。

这些广播电台有多大的心理阴影面积啊！

后来，FCC（美国通信委员会）终于松了金口，这一法令仅适用于那些发射功率较大、会对其它无线信号产生干扰的无线装置。这一决定也得到了世界上其它国家的认同：低发射功率的设备可以工作于未授权频谱。

世界上终于有了非授权频谱了！

尽管FCC对未授权频谱开了一扇窗，但是，1980年代以前，未授权频谱设备发展缓慢，用于通信设备相当少，也就是一些自动车库门、模拟无绳电话等应用。其主要原因是，为了充分保护授权频谱不受干扰，FCC对这些非授权频谱设备的发射功率限制非常保守。

1980年开始，无线通信的世界开始有了改变。

这个时候，随着微电路和数字信号处理等技术的发展和应用，大大减小了的无线设备的成本。

这个时候，一位被称为“WiFi教父”的人物出现了。



WiFi教父 —— Michael Marcus，时任FCC工程师，有一天，他向他的老板提了一个建议：希望可以将一些未授权频谱用于通信，并适当增加这些未授权频谱设备的发射功率，使之可以覆盖几十到几百米的范围，这会激励科技企业更多的创新，带来更多的经济效益。

FCC采纳了Michael Marcus的建议，并向社会各界征求意见，得到的是完全不负责任的反馈：

只要不占用我的频段，随便你们怎么玩！

这事不好办，谁也不想把自己手上的频段放出来。

FCC只能“机智”的释放出三个根本不受欢迎的“垃圾频段”用于未授权频谱通信，这三个频段里就包括了今天WiFi的2.4GHz和5.8GHz频段。其时，这些“垃圾频段”均未用于通信，而是用于其它应用，比如，利用无线电波来加热食物的微波烤箱。

在设备发射功率方面，FCC规定这些新免授权频段的设备发射功率可达到1W。尽管只有1W，但这是人类通信史上迈出的史无前例的一大步。谁也没有想到，就是这1W，就是这些用于微波烤箱的频段，成就了今天的WiFi，蓝牙，ZigBee等各种短距离扩频通信技术。

为了避免设备间干扰，FCC还要求这些新免授权频段的产品使用扩频技术。所谓扩频技术，就是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽，在发射端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信息。扩频技术最早应用军事领域，具备高可靠性，高保密性而且不易受到干扰的特性。

尽管今天看来FCC这一新规远见卓识，但其实后来并没有发生什么事。一纸空文并不能推动通信技术的发展。

是什么推动了WiFi成为广泛采用的标准呢？

起初，整个产业内并没有统一的标准，像Proxim、Symbol一类的LAN无线产品设备商们均各自为阵，专攻自己的专用设备，谁也不鸟谁，不同厂家之间的设备根本无法兼容。



1980年，在3com公司的游说之下，以太网标准出台，随后如春潮之势获得成功。在有线网络标准 ---- 以太网的成功案例的鼓舞之下，几家设备商开始意识到建立统一的无线标准的必要性。

1988年，NCR公司想利用未授权频段来做无线收款机（NCR是世界上最早做机械式和电动收款机的一家公司），NCR就找到了他们的工程师Victor Hayes，问他这事该怎么办？

Victor Hayes认为必须先有一个统一的标准。Victor Hayes就联合贝尔实验室的另一位工程师Bruce Tuch找到IEEE，希望建立一套通用的未授权频谱标准。于是，IEEE成立了 802.11工作组，由Victor Hayes任主席。

接下来的故事依然很曲折。

统一技术碎片化的市场是一个非常曲折和漫长的过程，就像3GPP内部一样，争论不休，撕逼惨烈。在当时，每一项标准的定义需得到75%的会员同意才能通过。

终于，在1997年，IEEE 802.11工作组在基本标准上达成共识。它定义了数据传输速率为2Mbps，采用两种扩频技术：跳频和直接序列扩频。

标准出台后，工程师们开始在各种原型机上验证。在这个过程中，产生了两个不同的标准版本：802.11b（工作于2.4GHz频段）和802.11a（工作于5.8GHz频段），分别于1999年12月和2000年1月获得批准。

一些公司在测试802.11b兼容设备时，发现这一标准太复杂，尼玛标准有400多页，不同厂家间的设备兼容问题迟迟难解决。1999年8月，为了推动 IEEE 802.11b标准，Intersil、3Com、诺基亚、Aironet 、Symbol和朗讯6家公司组成了无线以太网路相容性联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance，缩写为WECA)。

这就是WiFi联盟的前身，2002年10月，改名为Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance)。WECA成立的目的主要是对不同厂家的产品进行兼容性认证，实现不同厂家设备间的互操作性。




联盟成立了，但要市场接受，首先需要一个响亮的名字。“WECA可兼容”、“IEEE802.11b兼容”这种滞涩的术语很难让人们脱口而出。为了这事，他们还专门咨询了品牌专家，品牌专家给了他们很多建议，比如叫“FlankSpeed”，“DragonFly”等等。

最后，“Wi-Fi”胜出。之所以叫“WiFi”，是因为它听起来有点像“HiFi”，这容易让人联想到不同厂家的CD播放器可以和任意功放设备相兼容。后来有人说“WiFi”是“wireless fidelity（无线保真）”的简称，这其实只是后来人们设想的而已。

技术已经标准化了，还有了一个响亮的名字，现在，WiFi需要抱大腿。

Wi-Fi联盟找到了苹果公司，希望他们的产品能引入WiFi。苹果很牛逼，10几年也是如此，他们告诉朗讯：如果你们的无线适配器价格能够降到100美元以下，我们可以考虑在我们的笔记本里设计一个WiFi插槽。

朗讯同意了。

1999年7月，苹果在其推出的新一代iBook笔记本电脑中首次引入WiFi，不过并非标配，只是一个可选项。

但是，就是这个”可选项“，迅速引来了其它电脑厂家的跟风，自此，无线网络版图不断扩大，直至今日WiFi如日中天。



WiFi迅速占领了家庭宽带市场，并开始由家庭走向公共场所，一些咖啡厅、商店等开始有了无线热点提供免费WiFi接入。这个时候，EEE802.11工作组重新调整IEEE802.11协议标准，推出了新的物理层标准IEEE802.11g，它使用更先进的扩频技术，称为正交频分复用（OFDM）调制技术，其速率可在2.4GHz频段上达到54Mbps。

WiFi的成功了，有人说它是无线史上的一个奇迹。WiFi被很多人认为是游戏规则的颠覆者，从诞生之日起，它就种下了颠覆者的基因。它颠覆了“粗暴”的频谱授权制度，在技术与规则之间杀出一片广阔天地。

这一成功给无数人留下了巨大的美好的想象空间，是的，看起来一切皆有可能。

规则制定者和技术专家们开始重新思考频谱授权制度。

随着传统模拟电视转向数字电视，原来分配给广播电视使用的授权频段中的一些频率资源被释放出来，实际上并没有被使用，这些频段称为White Space（TVWS，空白电视信号频段）。 在WiFi成功案例的鼓舞之下，FCC考虑将White Space充分利用，对这些频段免授权，所有人都可以使用，希望引发新一轮的无线创新高潮。



为了避免White Space对在用的授权TV频段的干扰，2000年左右，倡导者们设想了两套方案：一是建立一个国家级的白频谱数据库，TVWS终端通过查询数据库来确定采用那一块频段，数据库根据TVWS终端所在位置，告诉TVWS终端哪些频段是空闲且可用的；另一个方案是，TVWS终端通过认知无线电技术感知其在位置的频谱状况，并选择可用信道。

据说，广电也考虑过这种方案。（乱讲的，别信！）

随后，Google计划将White Space打造超级WiFi（super wifi），并成立了“白色空间联盟”，因为这一频段覆盖更广，穿透力更强。



是的，WiFi的版图不断扩大，它已从家庭走向商业场所，这让WiFi的狂热支持者们看到了无限希望，他们梦想着WiFi从室内走向室外，扫清其它一切无线通信技术。

他们要颠覆的对象，也包括了蜂窝移动通信技术，比如3G/4G技术。

2004年6月，IEEE正式审核通过802.16标准，推广这一标准的就是WiMAX论坛。WiMAX被称为广域覆盖版的WiFi。在当时，WiMAX最大速率可达70Mbps，最大覆盖范围50公里，实现像3G技术一样的地毯式覆盖。

WIMAX得到了Intel、摩托、北电等巨头的全力支持，并成功挤进国际第四个3G标准。

后面的事是众所周知的。

北电卖掉WCDMA，一心玩起了WiMAX。一不小心，倒闭了！

Intel宣布裁撤WiMAX部门。

随后，日本迅速转向TDD，韩国的速度也不慢。一心要坚持到底的台湾，后来终于还是撑不住了，扶着墙走向LTE。

回顾这段历史，小编要再一次向那些伟大的无线先驱们致敬了。他们搞定很多事，也搞砸了很多事，但这又有什么关系，我们不以成败论英雄。WiFi的背后，我看到了对技术的狂热和创新，还有，对游戏规则的颠覆。



另外，我也看到了统一标准的重要性，毫无夸张的说，技术无法左右市场，没有什么事是技术碎片化搞不砸的，只有标准与联盟才能创造市场。

今天，5G要来了，尽管业内都在呼吁包容与统一，可是，谁知道还有多少故事会上演呢？