WiFi-技术简介

简介

WiFi, Wireless Fidelity, 无线保真. Fidelity 借用于音响领域的 High Fidelity (HiFi) 一词.

WiFi 一般使用 2.4GHz(2.42.4835GHz) 和 5GHz(5.155.85GHz) 的频段, 频段中分为多个信道, 让多个设备, 多个网络之间的通信尽可能不产生干扰.

根据 WiFi 标准的不同, 一个信道的长度从 1MHz 到 160MHz 不等.

主流的标准从最初的 802.11b 到第六代 802.11ax, 主要的无线电调制技术手段有三种:

• DSSS, 占用的频宽大, 但稳定可靠
• FHSS(跳频技术)
• OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 最大的特点在于占用较小的频宽资源来调制更多数据, 通过更有效率的利用有限的频宽, 极大提升调制和传输的数据量

对无线电波进行调制和解调制的过程中, 就会使用 FT (Fourier Transform) 和 IFT (Inverse Fourier Transform).

将多个信号调制在一起, 以使用更短的带宽资源来传输数据.

WiFi 发展史

最早的 WiFi 商用标准, 802.11b 和 802.11a 都在 1999 年由 WiFi 联盟制定. (802.11 的读法为 Eight O Two Eleven).

后来把最早的 1997 年的 WiFi 标准称 802.11 1997, 或 802.11 Legacy. 其定义了信号调制的模式, 采用 DSSS 直接序列扩频和 FHSS 跳频.

后来商用的 802.11a 运作在 6GHz 频段, 802.11b 运作在 2,4GHz 频段, 其解决的问题是从有线到无线的跨越. 但通讯速率并不高. 802.11b 只能提供 11Mbps 的传输带宽. 802.11a 由于频率高, 速度能达到 54Mbps.

下一代的 WiFi 标准 802.11g, 制定于 2003 年 6 月份. 但是当时的宽带网络普遍被第一代的 WiFi 标准带宽满足了. 市面上没有明确的需求, 导致 2.4GHz 支持 54Mbps 的 WiFi 标准普及得比较慢. 这里通讯速率的提高就是靠 OFDM 的调制方式实现的, 且这个标准支持向下兼容.

2009 年, 新一代的 WiFi 标准, 802.11n 被制定出, 2.4GHz/5GHz 对应 288Mbps/600Mbps 的速率. 应用了双频技术, 2.4G 和 5G 双频通讯, 天线也从单根变成了两根, 更多的搭载了 MIMO (Multiple In Multiple Out, 大规模天线, 解决多个终端, 多个数据流同时通讯的问题) 技术. 这个时候, 局域网的传输速率大大超过了出口网络的带宽. 该标准也能向下兼容.

在 2013 年年末, 下一代 WiFi 标准被制定出, 802.11ac, 其完全使用 5G 频段, 速率达到了 1.6Gbps. 是从最早的 802.11a 直接演化而来的. 该标准也引入了一个天线硬件技术, Beam Forming (波束赋形), 通过阵列天线, 电磁波可以被天线矩阵通过互相干涉 (改变电磁波的相位和振幅的方式) 实现转向电磁波传输的方向. 利用这个技术, 天线矩阵可以实时的追踪设备的位置. 始终把最强的信号的电磁波送到设备附近. 而阵列天线相比以前的单根或双根, 路由器的外观也产生了很大变化. (也有 MUMIMU, Multiple User MUltiple In Multiple Out 技术)

在 2019 年, 新一带 WiFi 标准, 802.11ax, 即 WiFi 6, 2.4GHz/5GHz/6GHz 对应 3.5Gbps up to 9.6Gbps MUMIMO. 此时的调制方式也从 OFDM 进一步优化, 如 4GLTE 蜂窝手机网络的 OFDMA, 加强了多用户不同宽带需求的同时信号传输能力.

一些常识

理论速率, 指 WiFi 最高支持的传输速率, 如 11b 是 11Mbps, ac 是 1600Mbps.

协商速率, 是实际使用过程中, 无线设备连接到路由器的实际速率. 通过两个设备之间沟通, 实际上协商出来的最高速率.

协商速率跟 WiFi 的协议, 天线, 发射, 功率, 干扰, 距离, 障碍物等等外界因素相关.

2.4GHz 这个频段实际上干扰严重, 因为蓝牙, 以及很多产品非法占用 2.4GHz 频段的原因. 频段越接近, 干扰越严重. 因为 2.4GHz 的穿透性和传播性比较好.

由于 5GHz 的穿透性和传播距离小, 因此来自其他设备的干扰也会减小.