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关于WiFi,你一定不知道的那些事儿
发布日期:[2016-07-26]

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。


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 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。


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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。


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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。

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 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。

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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。

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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?


 

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