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Wi-Fi 的诞生历程

2023-07-01 13:47鲜枣课堂(小枣君)48评

原文标题:《今天是世界 Wi-Fi 日!》

很多人都不知道,每年的 6 月 20 日其实是世界 Wi-Fi 日

这个特殊的纪念日,是由无线宽带联盟(Wireless Broadband Alliance)确定的,并得到了互联城市咨询委员会 (CCAB)等组织的大力支持。

无线宽带联盟,刚好今年 20 周年

之所以要设立世界 Wi-Fi 日,是为了鼓励政府部门、运营商、服务提供商为世界各地的每个人提供互联网连接,帮助弥合全球数字鸿沟。

大家也许并不知道,在网络极为发达的今天,我们全球还有近 30 亿人没有接入互联网,其中大多数来自发展中国家和贫困农村地区。

图片来自联合国儿童基金会

Wi-Fi 作为一项重要且普遍的通信技术,帮助很多人实现了互联网接入。它是我们生活不可或缺的重要组成部分,也是推动经济发展和社会进步的有力工具。

接下来,我们不妨回顾一下 Wi-Fi 的诞生历程:

 Wi-Fi 简史

1896 年,意大利人伽利尔摩・马可尼实现了人类历史上首次无线电通信。从此,人类打开了无线电世界的大门。

伽利尔摩・马可尼(1874-1937)

无线电报诞生后,极大地改善了人们的通信效率,也打破了通信距离的限制。

正在“听”电报的电报员

与无线电报业务同步发展的,还有无线电广播业务。这是无线技术的又一个重要应用。

世界上第一个广播电台

随着地球上的广播和电台数量不断增加,无线干扰变得越来越严重。

在这种情况下,政府开始介入,对无线广播进行管制,严格限制无线电频率的使用。

这就是频谱授权制度的由来。

20 世纪 70 年代,蜂窝移动通信开始兴起,同样没有逃过频谱授权制度。

当时,在美国,负责对频谱进行管理授权的,是 FCC(美国联邦通信委员会)。

FCC 的标志

进入 80 年代后,随着微电路和数字信号处理等技术的迅速发展,无线技术突飞猛进,新的无线设备不断被发明出来,新的移动通信标准也不断出现。但是,受限于频谱授权制度,这些新设备新技术的研发受到严重制约。

这个时候,一位关键人物出现了 —— 他就是迈克尔・马库斯(Michael Marcus,后来被称为“Wi-Fi 教父”)。

马库斯当时只是 FCC 的一名普通工程师。

有一天,他向他的领导提了一个建议:希望可以规定一些未授权频谱,开放给行业使用,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。如果这样做,将有利于激励科技企业做出更多的创新,带来更大的经济效益。

FCC 采纳了他的建议,并向社会各界征求意见。不过,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!

是的,当时频段资源已经被挤占得很严重了,谁也不想把自己手上的频段放出来。

最后,FCC 只能从仅有的空余频段中释放出三个不受欢迎的“垃圾频段”。这些频段,就是我们现在经常提到的ISM 频段

这些频段主要是开放给工业、科学、医学三个领域使用,属于 Free License(免费授权),所以也称为“非授权频谱”。

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。

谁也没有想到,就是这 1W,成就了今天的 Wi-Fi,蓝牙,ZigBee 等各种短距离通信技术。

当时,为了避免设备间干扰,FCC 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。

FCC 新规推出之后,获得了行业的广泛欢迎。但是,就在大家埋头发展的时候,新的问题出现了 ——

整个产业内,没有统一的标准。

当时很多无线产品设备商们,都是各自开发自己的专用设备,谁也不鸟谁,不同厂家之间的设备根本无法兼容。

1988 年,美国 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,后来被 AT&T 收购)。于是,就找来了他们研发部门的工程师 Victor Hayes,问他这事该怎么办?

Victor Hayes

Victor Hayes 非常有前瞻性,他认为,必须先有一个统一的标准。然后,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。

IEEE,电气和电子工程师协会

于是,90 年代初,IEEE 成立了著名的802.11 工作组,由 Victor Hayes 担任主席。

与此同时,1991 年,NCR 的工程团队和其合资伙伴 AT&T 在荷兰 Neuwegein 开发出了WaveLAN 技术。这项技术被认为是 Wi-Fi 的雏形。

那么,是不是 NCR 就是 Wi-Fi 的发明人呢?并不是。

就在 NCR 在捣鼓 WaveLAN 的时候,澳洲政府的研究机构 CSIRO 也发明了一种无线网技术。具体的发明人,是悉尼大学的约翰・苏利文(John O'Sullivan和他的小组。

Dr John O'Sullivan

1996 年,他们成功在美国申请了技术专利,专利号是 US Patent Number 5,487,069。(后来为了这个专利,还打了一场官司。)

1999 年,IEEE 官方定义 802.11 标准的时候,选择并认定了 CSIRO 发明的无线网技术是世界上最好的无线网技术,因此吸纳为 Wi-Fi 的核心技术标准。

终于,IEEE802.11 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。

就在工作组忙于确定标准的同时,Intersil、3Com、诺基亚、Aironet、Symbol 和朗讯这 6 家公司,共同组成了无线以太网路相容性联盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance,缩写为 WECA)。

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。

联盟成立之后,为了便于市场推广,大家商量打算换一个响亮的名字,例如“WECA 可兼容”、“IEEE802.11b 兼容”等。但是,这种滞涩的术语很难让人们脱口而出。

为了这事,WECA 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”这个名字胜出。

之所以叫“Wi-Fi”,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“Wi-Fi”是“wireless fidelity(无线保真)”的简称,这其实只是后来人们设想的而已。

2002 年 10 月,WECA 正式改名为Wi-Fi 联盟(Wi-Fi Alliance)

技术已经标准化了,艺名也有了,现在该干啥?

抱大腿啊。

你的技术再好,也要有人愿意用啊,要有设备商能够支持啊。

于是,Wi-Fi 联盟里的朗讯公司找到了苹果公司,希望他们的产品能引入 Wi-Fi。

苹果很高傲,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,我们就在笔记本里设计一个 Wi-Fi 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 Wi-Fi,不过并非标配,只是一个可选项。

乔布斯演示 iBook G3 的“无线”魔法,他将其命名为“AirPort”

但是,就是这个”可选项“,迅速引来了其它电脑厂家的跟风。

不仅硬件厂商跟进了 Wi-Fi,微软的 Windows XP 操作系统也增加了对 Wi-Fi 的支持(用户无需安装第三方驱动或软件,即可以实现无线连接)。

自此,Wi-Fi 的使用范围不断扩大,从个人到家庭,从家庭到公共场所,走进了我们每一个人的生活。

这个时候,IEEE802.11 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。

后来,又有了 802.11n、802.11ac、802.11ax 等。

802.11 的发展轨迹

正因为 802.11a / b / n / g / ac / ax 之类的命名方式实在容易让人混乱,无法轻松看出先后顺序,所以 IEEE 决定,从 802.11ax 开始,以数字的方式进行命名。

而 802.11ax,就是我们现在主流的Wi-Fi 6

经过 20 多年的发展,Wi-Fi 6 的传输速度已经是第一代 Wi-Fi 的 873 倍。

如今,Wi-Fi 又来到了新的阶段。万众瞩目的 Wi-Fi 7,即将走进我们的生活。它的速度,更是将达到惊人的 40Gbps 以上。

不得不说,Wi-Fi 是一项非常成功的无线通信技术,它在很大程度上改变了我们的生活。

面向全面数字化、智能化的人类社会,Wi-Fi 技术还会陪伴我们多久?它还会有更多的创新吗?

让我们拭目以待吧!

(全文完)

参考文献:

本文来自微信公众号:鲜枣课堂 (ID:xzclasscom),作者:小枣君

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