【分享】Wi-Fi的诞生与发展

在之前几期技术分享的文章中我们介绍了LPWAN（低功耗广域网），其中包括LoRa、NB-IoT、eMTC以及SigFox四种。之后几篇文章笔者将分享短距无线通信技术相关内容。而短距离无线通信技术有我们熟知的Wi-Fi、ZigBee、蓝牙以及Z-Wave，今天我们就来揭开Wi-Fi的神秘面纱。

《LoRa为什么这么“神”？》

《LPWAN技术之——NB-IoT》

《eMTC和LoRa、NB-IoT有什么关系？》

《SigFox能否起死回生，再次比肩LoRa？》

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短距离无线通信技术

第一期：Wi-Fi

过去的20多年，Wi-Fi靠着仅有的2.4GHz和5GHz两个频段，承载着不断增长的网络需求。ABI Research显示，2022年Wi-Fi上传流量激增80%，Wi-Fi数据流量已超过蜂窝流量，且成为流量增量贡献最大的接入方式。

 

随着超高吞吐量和低延迟应用程序日益增多，第七代Wi-Fi技术（Wi-Fi 7）正在加紧研究中，Wi-Fi 7也称为IEEE 802.11be。Wi-Fi 7具有极高的吞吐量，旨在为设备提供更快、更高效的无线连接，让数据传输进入一个属于Wi-Fi 7的全新时代。
 

 

Wi-Fi技术的演变

01

802.11

发布时间：1997 年

定义了带有冲突避免 (CSMA/CA) 协议的载波侦听多路访问协议以及局域网 (LAN) 中数据通信设备的兼容互连。

 

02

802.11b

发布时间：1999 年

别称：Wi-Fi 1（第一代 Wi-Fi）

802.11b理论最大数据速率为11 Mbps，利用了原始标准的CSMA/CA 媒体访问技术，吞吐量提高，价格明显降低，802.11b 作为无线局域网协议得到广泛接受。
 

 

03

802.11a

发布时间：1999 年

别称：Wi-Fi 2（第二代 Wi-Fi）

IEEE 802.11a 标准采用与原始标准相同的核心协议，但频率更高（5 GHz），它的理论数据速率为54Mbps，其他数据速率为6 Mbps、9 Mbps、12 Mbps、18 Mbps、24 Mbps、36 Mbps和48 Mbps。但它不能与802.11b互操作，因为它在不同的未许可ISM频段中运行。

 

04

802.11g

发布时间：2003 年

别称：Wi-Fi 3（第三代 Wi-Fi）

802.11g 的理论吞吐量同样为54 Mbps，它是流行的 802.11b 规范的继承者，其最大吞吐量为11 Mbps，两者都使用2.4 GHz频段，但802.11g使用 OFDM，802.11g向后兼容并支持802.11b和802.11g客户端。

 

05

802.11n

发布时间：2009 年

别称：Wi-Fi 4（第四代 Wi-Fi）

802.11n是继802.11a、802.11b和802.11g之后的下一个IEEE 802.11标准。作为802.11系列标准的补充。8021.11n 使用称为多输入/多输出 (MIMO) 的技术和更宽的射频信道，还提供了一种称为“帧聚合”的机制来减少传输之间的时间，向后兼容 802.11b/g 设备。

 

06

802.11ac

发布时间：2014 年

别称：Wi-Fi 5（第五代 Wi-Fi）

802.11ac的理论最大速度为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、带宽和速度。

 

07

802.11ax

发布时间：2019 年

别称：Wi-Fi 6（第六代 Wi-Fi）

IEEE 802.11ax是第六代 Wi-Fi，建立在802.11ac的优势之上。它通过使用更密集的调制方案、更小的子载波间隔和基于调度的资源分配来提供更高的无线容量和可靠性。802.11ax是一种在2.4 GHz和5 GHz频段工作的双频段技术，即使对于较低频段也能提供速度升级，可以在最大程度地兼容802.11a/b/g/n/ac客户端。

 

08

802.11be

发布时间：2024 年（待发布）

别称：Wi-Fi 7（第七代 Wi-Fi）

Wi-Fi 7是用于路由器和调制解调器的最新Wi-Fi技术，其速度比Wi-Fi 6快四倍。这种巨大的吞吐量支持虚拟现实（VR）、低延迟游戏和更高质量的流媒体。虽然它会改变你使用网络的方式，但要到2024年才能完全使用。认证的Wi-Fi 7设备预计要到2025年才能在市场上普及。

 

Wi-Fi 7的速度将达到高达46 Gbps的速度，一台路由器可连接更多设备，每个设备都使用巨大的吞吐量和正交幅度调制（QAM）来实现更高效的无线连接。

Wi-Fi 7的时间节点

 

Wi-Fi 7 比之 Wi-Fi 6 有什么不同？

Wi-Fi 7比现在使用的Wi-Fi 6快得多，更多的数据通过管道传输到更多设备，所有这些都不需要影响到彼此的使用体验。当你想在楼上观看游戏，而你的伴侣在书房里播放电影，孩子们在卧室里用VR耳机玩“星球大战”时，你的这些同步操作也将没有任何缓冲问题。

 

下图是Wi-Fi自1997年以来不同标准的时间表，由Wi-Fi联盟共享：

 

Wi-Fi 7具体优势特点：

①速度更快

很难想象Wi-Fi 7有相差如此大的速度升级。因为从理论上来说，9.6 Gbps的最高速度到46 Gbps的四倍速度跳跃是极端的。其次，现阶段的Wi-Fi6相对来说也是能够满足目前的传输需求的，为什么还会推出如此高速版本的无线技术呢？

 

下表显示了Wi-Fi 6（2019）和Wi-Fi 7（2024）之间的速度差异。这种额外的速度将开辟使用互联网的全新方式。例如，你可以虚拟地试穿一双鞋子或穿戴眼镜，它会让你能够有一种试用的“实感”，以至于你将在购物过程中节省大量时间和金钱。

 

②更低的延迟

与Wi-Fi 6相比，Wi-Fi 7的延迟要低得多。虽然将速度翻了两番是一个很大的飞跃，但速度的提高对延迟有很大的多米诺骨牌效应，延迟是你在会议、游戏和流媒体时遇到的延迟。根据微软的说法，你会看到一般的延迟会降低100倍，VR设备的延迟将降低15倍，而这大大减少了加载及缓冲时间。

 

延迟的巨大下降具有深远的实际应用，可以创建令人难以置信的沉浸式Web体验。Wi-Fi 7更宽的320 MHz信道和未经许可的6 GHz频段将让你获得比你现在习惯的更丰富（更少故障）的现实游戏、远程工作、医疗保健和教育体验。

 

③多链路功能

虽然Wi-Fi 6可以同时为笔记本电脑、手机和平板电脑等多个设备提供服务，这种信号共享很方便，但它会产生延迟问题。在这个方面Wi-Fi 7明显做得更好。这是因为Wi-Fi 6采用MU-MIMO技术，一次最多支持四台设备。MU-MIMO技术将单个信号拆分为较小的信号，这意味着多个设备共享相同的信号。

 

相比之下，Wi-Fi 7使用多链路操作，具有多个信号来支持多个设备。因此，Wi-Fi 7路由器将优先考虑未使用的信道。当你向网络添加越来越多的设备时，无线路由器会回退MU-MIMO技术来共享频道。

 

④更高的数据传输质量

Wi-Fi 6依靠1024-QAM更有效地使用无线电信号来发送和接收更多数据。这种1K QAM架构使Wi-Fi 6的速度比Wi-Fi 5提高了25%。在大规模升级中，Wi-Fi 7使用4K QAM，其速度比Wi-Fi 6E高出四倍。

 

作为Wi-Fi 7调制解调器的用户，更高的QAM不是为你带来额外的好处，而是标准更快速度背后的“原因”。

 

Wi-Fi 的发展前景

Omdia在2023年LTE/5G专网的相关趋势观察中曾表示，“在专网领域，2023年将是Wi-Fi 6（而非 5G）蓬勃发展的一年”， 40%的企业选择或考虑使用Wi-Fi替代私网，远超公众蜂窝网络。Wi-Fi 6不会完全替代5G，只会对特定场景起替代作用。5G时代，Wi-Fi 6在专网领域的竞争已显而易见，Wi-Fi 7（预计2024年底发布）对于6G（预计2030年左右）的竞争仍会延续。

 

Wi-Fi联盟预测2024年全球将有数十亿人和180亿台设备依赖Wi-Fi连接入网，Wi-Fi设备出货量将增至每年40亿台。Wi-Fi在世界范围内实际落地情况与ITU的频谱分配及当地频谱政策有关。

 

Wi-Fi有两个频段范围2.4GHz和5GHz，但这两个频段内非授权频谱有限且拥挤，有些国家和地区开始将Wi-Fi频段向6GHz扩展，6GHz能提供更大的带宽、更快的速度和更多容量。Wi-Fi 7需要320MHz连续信道支持，急需扩大频段范围。但对于是否将6GHz频段作为非授权频段允许Wi-Fi接入，各国态度不同。美国、加拿大、韩国等地明确将6GHz全部频段可供Wi-Fi使用；欧盟、俄罗斯等地将6GHz频段分段使用；中国、亚洲及非洲部分地区尚未明确6GHz分配政策。

 

当前我国5G发展全球领先，5G和6G发展也在寻求更多的频谱资源支持，频谱资源具有稀缺性，Wi-Fi 7未来国内规模化商用能否获得6GHz频段支持尚不明确，因此处理好Wi-Fi 7与5G/6G之间的协同关系尤为重要。