關于WiFi,你一定不知道的那些事兒
小編挺啰嗦的,先帶你穿越到100多年前,從Jack和Rose的那一場感人的愛情故事說起。
1912年4月14日。
22時55分:位于泰坦尼克號附近的加州人號發(fā)現(xiàn)前方有冰山,并向附近的所有航行船只發(fā)出警告,當無線電訊號抵達泰坦尼克號時,冰山警告卻被中斷并被粗魯?shù)幕貞骸拔鹕_!住口吧!你已經(jīng)干擾我的訊號了!我正向瑞斯角發(fā)電報!”
因為那個時候,泰坦尼克號的電報員正忙著幫助乘客發(fā)送電報到瑞斯角。
23時30分:加州人號電報員關掉電報機下班,休息。
11時40分:泰坦尼克號撞上冰山。
…

1887年海因里希?赫茲發(fā)明了無線電波后,無線電最早用于航海。海上無線電報,被譽為無線技術的第一個殺手锏應用,這一次卻搞砸了。
當時的無線電報采用火花隙式發(fā)射機(spark-gap transmitter),主要用來傳送摩爾斯電碼。嚴格的講,它是一種超寬帶UWB無線技術。它占用整個頻段,將所有發(fā)射和接收裝置放在一個共享信道里,電報員只有先聽,然后才能發(fā)送信號(這大概就是最早的listen before talk機制)。
客觀的講,在當時已經(jīng)是非常先進的技術了,但是,缺點也很突出。比如,遇上那個很忙很粗魯?shù)奶┨鼓峥颂栯妶髥T,麻煩就大了。

后來,人們發(fā)明了諧振電路,它可以選擇接收特定頻段的信號,無線電接收器可以區(qū)分不同頻率下的信號了。
同時,隨著AM(調(diào)幅)技術的出現(xiàn),人們可以通過AM廣播收聽音樂和聲音了。1920年代,AM廣播電臺如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。
問題又來了。
廣播電臺越多,無線干擾越來越嚴重,一些城市的無線廣播幾乎癱瘓,根本無法收聽。
政府開始對無線廣播進行管制,頒發(fā)授權頻段。
這就是頻譜授權制度的由來。
后來,F(xiàn)M和電視信號也被納入了頻譜授權制度。1970年代,隨著雙向無線傳輸技術興起(無線廣播和電視廣播都屬于單向無線傳輸),頻譜授權范圍擴大到蜂窩移動通信領域。
然而,起初的頻譜授權制度是非常粗暴的。
在美國,政府頒布法令要求所有的無線設備都需獲得頻譜授權,并且限制無線信號傳播范圍。還鬧出了笑話:由于AM信號在夜晚傳播距離更遠,為了控制越區(qū)覆蓋,很多電臺在夜幕降臨時不得不關閉信號發(fā)射。
這些廣播電臺有多大的心理陰影面積啊!
后來,F(xiàn)CC(美國通信委員會)終于松了金口,這一法令僅適用于那些發(fā)射功率較大、會對其它無線信號產(chǎn)生干擾的無線裝置。這一決定也得到了世界上其它國家的認同:低發(fā)射功率的設備可以工作于未授權頻譜。
世界上終于有了非授權頻譜了!
盡管FCC對未授權頻譜開了一扇窗,但是,1980年代以前,未授權頻譜設備發(fā)展緩慢,用于通信設備相當少,也就是一些自動車庫門、模擬無繩電話等應用。其主要原因是,為了充分保護授權頻譜不受干擾,F(xiàn)CC對這些非授權頻譜設備的發(fā)射功率限制非常保守。
1980年開始,無線通信的世界開始有了改變。
這個時候,隨著微電路和數(shù)字信號處理等技術的發(fā)展和應用,大大減小了的無線設備的成本。
這個時候,一位被稱為“WiFi教父”的人物出現(xiàn)了。

WiFi教父 —— Michael Marcus,時任FCC工程師,有一天,他向他的老板提了一個建議:希望可以將一些未授權頻譜用于通信,并適當增加這些未授權頻譜設備的發(fā)射功率,使之可以覆蓋幾十到幾百米的范圍,這會激勵科技企業(yè)更多的創(chuàng)新,帶來更多的經(jīng)濟效益。
FCC采納了Michael Marcus的建議,并向社會各界征求意見,得到的是完全不負責任的反饋:
只要不占用我的頻段,隨便你們怎么玩!
這事不好辦,誰也不想把自己手上的頻段放出來。
FCC只能“機智”的釋放出三個根本不受歡迎的“垃圾頻段”用于未授權頻譜通信,這三個頻段里就包括了今天WiFi的2.4GHz和5.8GHz頻段。其時,這些“垃圾頻段”均未用于通信,而是用于其它應用,比如,利用無線電波來加熱食物的微波烤箱。
在設備發(fā)射功率方面,F(xiàn)CC規(guī)定這些新免授權頻段的設備發(fā)射功率可達到1W。盡管只有1W,但這是人類通信史上邁出的史無前例的一大步。誰也沒有想到,就是這1W,就是這些用于微波烤箱的頻段,成就了今天的WiFi,藍牙,ZigBee等各種短距離擴頻通信技術。
為了避免設備間干擾,F(xiàn)CC還要求這些新免授權頻段的產(chǎn)品使用擴頻技術。所謂擴頻技術,就是傳輸信息所用的帶寬遠大于信息本身帶寬,在發(fā)射端以擴頻編碼進行擴頻調(diào)制,在收端以相關解調(diào)技術收信息。擴頻技術最早應用軍事領域,具備高可靠性,高保密性而且不易受到干擾的特性。
盡管今天看來FCC這一新規(guī)遠見卓識,但其實后來并沒有發(fā)生什么事。一紙空文并不能推動通信技術的發(fā)展。
是什么推動了WiFi成為廣泛采用的標準呢?
起初,整個產(chǎn)業(yè)內(nèi)并沒有統(tǒng)一的標準,像Proxim、Symbol一類的LAN無線產(chǎn)品設備商們均各自為陣,專攻自己的專用設備,誰也不鳥誰,不同廠家之間的設備根本無法兼容。

1980年,在3com公司的游說之下,以太網(wǎng)標準出臺,隨后如春潮之勢獲得成功。在有線網(wǎng)絡標準 ---- 以太網(wǎng)的成功案例的鼓舞之下,幾家設備商開始意識到建立統(tǒng)一的無線標準的必要性。
1988年,NCR公司想利用未授權頻段來做無線收款機(NCR是世界上最早做機械式和電動收款機的一家公司),NCR就找到了他們的工程師Victor Hayes,問他這事該怎么辦?
Victor Hayes認為必須先有一個統(tǒng)一的標準。Victor Hayes就聯(lián)合貝爾實驗室的另一位工程師Bruce Tuch找到IEEE,希望建立一套通用的未授權頻譜標準。于是,IEEE成立了 802.11工作組,由Victor Hayes任主席。
接下來的故事依然很曲折。
統(tǒng)一技術碎片化的市場是一個非常曲折和漫長的過程,就像3GPP內(nèi)部一樣,爭論不休,撕逼慘烈。在當時,每一項標準的定義需得到75%的會員同意才能通過。
終于,在1997年,IEEE 802.11工作組在基本標準上達成共識。它定義了數(shù)據(jù)傳輸速率為2Mbps,采用兩種擴頻技術:跳頻和直接序列擴頻。
標準出臺后,工程師們開始在各種原型機上驗證。在這個過程中,產(chǎn)生了兩個不同的標準版本:802.11b(工作于2.4GHz頻段)和802.11a(工作于5.8GHz頻段),分別于1999年12月和2000年1月獲得批準。
一些公司在測試802.11b兼容設備時,發(fā)現(xiàn)這一標準太復雜,尼瑪標準有400多頁,不同廠家間的設備兼容問題遲遲難解決。1999年8月,為了推動 IEEE 802.11b標準,Intersil、3Com、諾基亞、Aironet 、Symbol和朗訊6家公司組成了無線以太網(wǎng)路相容性聯(lián)盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance,縮寫為WECA)。
這就是WiFi聯(lián)盟的前身,2002年10月,改名為Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-Fi Alliance)。WECA成立的目的主要是對不同廠家的產(chǎn)品進行兼容性認證,實現(xiàn)不同廠家設備間的互操作性。

聯(lián)盟成立了,但要市場接受,首先需要一個響亮的名字?!癢ECA可兼容”、“IEEE802.11b兼容”這種滯澀的術語很難讓人們脫口而出。為了這事,他們還專門咨詢了品牌專家,品牌專家給了他們很多建議,比如叫“FlankSpeed”,“DragonFly”等等。
最后,“Wi-Fi”勝出。之所以叫“WiFi”,是因為它聽起來有點像“HiFi”,這容易讓人聯(lián)想到不同廠家的CD播放器可以和任意功放設備相兼容。后來有人說“WiFi”是“wireless fidelity(無線保真)”的簡稱,這其實只是后來人們設想的而已。
技術已經(jīng)標準化了,還有了一個響亮的名字,現(xiàn)在,WiFi需要抱大腿。
Wi-Fi聯(lián)盟找到了蘋果公司,希望他們的產(chǎn)品能引入WiFi。蘋果很牛逼,10幾年也是如此,他們告訴朗訊:如果你們的無線適配器價格能夠降到100美元以下,我們可以考慮在我們的筆記本里設計一個WiFi插槽。
朗訊同意了。
1999年7月,蘋果在其推出的新一代iBook筆記本電腦中首次引入WiFi,不過并非標配,只是一個可選項。
但是,就是這個”可選項“,迅速引來了其它電腦廠家的跟風,自此,無線網(wǎng)絡版圖不斷擴大,直至今日WiFi如日中天。

WiFi迅速占領了家庭寬帶市場,并開始由家庭走向公共場所,一些咖啡廳、商店等開始有了無線熱點提供免費WiFi接入。這個時候,EEE802.11工作組重新調(diào)整IEEE802.11協(xié)議標準,推出了新的物理層標準IEEE802.11g,它使用更先進的擴頻技術,稱為正交頻分復用(OFDM)調(diào)制技術,其速率可在2.4GHz頻段上達到54Mbps。
WiFi的成功了,有人說它是無線史上的一個奇跡。WiFi被很多人認為是游戲規(guī)則的顛覆者,從誕生之日起,它就種下了顛覆者的基因。它顛覆了“粗暴”的頻譜授權制度,在技術與規(guī)則之間殺出一片廣闊天地。
這一成功給無數(shù)人留下了巨大的美好的想象空間,是的,看起來一切皆有可能。
規(guī)則制定者和技術專家們開始重新思考頻譜授權制度。
隨著傳統(tǒng)模擬電視轉(zhuǎn)向數(shù)字電視,原來分配給廣播電視使用的授權頻段中的一些頻率資源被釋放出來,實際上并沒有被使用,這些頻段稱為White Space(TVWS,空白電視信號頻段)。 在WiFi成功案例的鼓舞之下,F(xiàn)CC考慮將White Space充分利用,對這些頻段免授權,所有人都可以使用,希望引發(fā)新一輪的無線創(chuàng)新高潮。
為了避免White Space對在用的授權TV頻段的干擾,2000年左右,倡導者們設想了兩套方案:一是建立一個國家級的白頻譜數(shù)據(jù)庫,TVWS終端通過查詢數(shù)據(jù)庫來確定采用那一塊頻段,數(shù)據(jù)庫根據(jù)TVWS終端所在位置,告訴TVWS終端哪些頻段是空閑且可用的;另一個方案是,TVWS終端通過認知無線電技術感知其在位置的頻譜狀況,并選擇可用信道。
據(jù)說,廣電也考慮過這種方案。(亂講的,別信!)
隨后,Google計劃將White Space打造超級WiFi(super wifi),并成立了“白色空間聯(lián)盟”,因為這一頻段覆蓋更廣,穿透力更強。
是的,WiFi的版圖不斷擴大,它已從家庭走向商業(yè)場所,這讓WiFi的狂熱支持者們看到了無限希望,他們夢想著WiFi從室內(nèi)走向室外,掃清其它一切無線通信技術。
他們要顛覆的對象,也包括了蜂窩移動通信技術,比如3G/4G技術。
2004年6月,IEEE正式審核通過802.16標準,推廣這一標準的就是WiMAX論壇。WiMAX被稱為廣域覆蓋版的WiFi。在當時,WiMAX最大速率可達70Mbps,最大覆蓋范圍50公里,實現(xiàn)像3G技術一樣的地毯式覆蓋。
WIMAX得到了Intel、摩托、北電等巨頭的全力支持,并成功擠進國際第四個3G標準。
后面的事是眾所周知的。
北電賣掉WCDMA,一心玩起了WiMAX。一不小心,倒閉了!
Intel宣布裁撤WiMAX部門。
隨后,日本迅速轉(zhuǎn)向TDD,韓國的速度也不慢。一心要堅持到底的臺灣,后來終于還是撐不住了,扶著墻走向LTE。
回顧這段歷史,小編要再一次向那些偉大的無線先驅(qū)們致敬了。他們搞定很多事,也搞砸了很多事,但這又有什么關系,我們不以成敗論英雄。WiFi的背后,我看到了對技術的狂熱和創(chuàng)新,還有,對游戲規(guī)則的顛覆。
另外,我也看到了統(tǒng)一標準的重要性,毫無夸張的說,技術無法左右市場,沒有什么事是技術碎片化搞不砸的,只有標準與聯(lián)盟才能創(chuàng)造市場。
今天,5G要來了,盡管業(yè)內(nèi)都在呼吁包容與統(tǒng)一,可是,誰知道還有多少故事會上演呢?