版主 Wi-Fi：连接未来，缔造美好生活
2007年，iPhone诞生，它不仅改变了手机行业的格局，更彻底改变了我们的上网方式。从此，一个颠覆性的时刻到来，移动互联网时代的序幕被拉开。但苹果对世界的影响，远不止于此。
回溯到1999年，苹果推出了iBook，这是第一次将无线网络技术融入到笔记本电脑中。那时的创新，为后来设备的移动联网奠定了基石。在iBook发布会上，苹果的传奇领导者乔布斯，为了证明电脑真的没有连接网络线，在台上用呼啦圈绕着电脑旋转，魔术一般的操作引起场下长时间惊呼，而这一幕也成为了科技史上的经典瞬间。
图：1999年苹果iBook发布中的经典一幕，乔布斯用呼啦圈证明笔记本的无线连接
当时，那台iBook所使用的无线网络技术，正是802.11系列协议，也就是我们今天所熟知的Wi-Fi协议的前身。当时谁也没能想到，这样一个无线通信协议，会在未来近30年里不断演进，成为连接数十亿设备的核心纽带。
如今，Wi-Fi已如空气和水一般，成为我们生活中不可或缺的元素。甚至有这样的段子流传：“Wi-Fi一断，全家人都开始重新认识彼此。”这足以见证Wi-Fi在现代生活中的重要性。
图：Wi-Fi在现代生活中已经非常重要
那么，Wi-Fi究竟如何从一个简单的无线通信协议，发展到现在这样无处不在的存在呢？它与蜂窝网络、蓝牙等无线网络又有何区别？更重要的是，Wi-Fi的未来将向何处发展？
带着这些疑问，让我们一起探寻Wi-Fi技术的发展轨迹，看看这个让我们的生活变得更加美好的技术，是如何一步步走来，又将走向何方。
Wi-Fi协议的诞生及演进
Wi-Fi协议的起源：IEEE 802.11协议
谈及Wi-Fi协议，就不得不提及IEEE（电气电子工程师学会）的802.11协议。IEEE推出的802.11协议旨在构建一个统一的无线通信标准。然而，作为一个专注于技术标准制定的组织，IEEE并不涉及产品的测试与认证。因此，在初期，市场上的802.11设备普遍存在兼容性问题，制约了Wi-Fi技术的广泛推广与应用。
在这种背景下，1999年Wi-Fi联盟应运而生，有效解决了这一问题。Wi-Fi联盟是由多家领先公司共同发起的行业组织，其核心使命是负责802.11相关产品的测试与认证。联盟的名称“Wi-Fi”源自“Wireless Fidelity”的缩写，寓意着无线通信的可靠与稳定。同时，联盟还设计了独特的Wi-Fi标志，进一步提升了品牌辨识度。自此，Wi-Fi作为无线通信的重要技术标准，开始广为人知。
图：（a）Wi-Fi联盟的logo及（b）Wi-Fi的认证标识
随着技术的不断发展，Wi-Fi逐渐被越来越多的应用所接受，甚至在一些场景中直接成为无线局域网技术（WLAN）的代名词，人们直接用“Wi-Fi”来指代整个WLAN技术，足以见其影响力之广泛。
Wi-Fi协议的今生：从Wi-Fi4到Wi-Fi7飞跃
随着科技的不断进步，IEEE 802.11协议也历经了多次更新，从802.11a、802.11b逐步发展至802.11ac，再到如今的802.11ax（即Wi-Fi 6）和最新的802.11be（即Wi-Fi 7）。这些更新不仅标志着技术的显著进步，更带来了数据传输速率的惊人增长。从最初的几Mb/s到如今高达46Gb/s的峰值速率，Wi-Fi正迅速适应并满足现代社会对高速无线通信的迫切需求。
图：Wi-Fi速率的飞跃发展
然而，随着802.11技术的持续升级，诸如802.11b、802.11ax、802.11be等复杂的版本号让普通用户感到困惑。这些版本号中的数字和字母组合不仅难以理解，而且并不按照协议发布的顺序排列，进一步增加了用户的认知负担。为了简化这一复杂性并推动Wi-Fi的更广泛应用，Wi-Fi联盟决定对这些版本进行重新命名。
2018年，802.11ax推出，但由于名字和上一代的802.11ac过于相似，消费者根本不知道哪个才是最新的通信制式。于是，在2018年10月4日， Wi-Fi联盟实施了一项重大的命名改革，将802.11ax协议更名为Wi-Fi6，以便消费者更好地辨别。
由于802.11ax更名为Wi-Fi6，前几代协议也跟着一起更名了，于是当时市面上大多数设备采用的802.11ac被称之为Wi-Fi5,而更早的802.11n协议被命名为Wi-Fi4。
将复杂的版本号简化为更直观、易懂的“Wi-Fi 4、Wi-Fi 5、Wi-Fi 6、Wi-Fi
7”等名称，这一改革不仅极大地提升了消费者对产品技术水平的直观理解，还有力地促进了Wi-Fi技术的普及和应用。尽管现代设备有时仍会标注其支持的802.11系列协议版本，但人们更倾向于使用简洁明了的“Wi-Fi + 数字”命名方式。这次命名变革无疑是一次巨大的成功，并为其他技术领域提供了宝贵的借鉴经验。
图：不同版本的Wi-Fi特性，及与802.11标准的对应
随着Wi-Fi在技术和市场上的广泛认可，其应用也日趋多样化。据TechInsights统计，截至2023年，全球Wi-Fi设备的连接数量已达到惊人的72亿，并将在未来5年内增长至89亿。Wi-Fi技术在应用领域也实现了巨大的突破，深刻影响着我们的日常生活和工作方式。
Wi-Fi中的关键技术
Wi-Fi作为一种持续进化的无线通信技术，依托多项关键技术实现其功能并不断优化用户体验。以下将深入探讨Wi-Fi中的这些关键技术及其发展。
1. 使用频率和信道
Wi-Fi主要使用的频率属于工业、科学和医疗（ISM）频段以及非授权频段，这包括2.4GHz、5.8GHz以及新兴的6GHz频段。选用这些频段的原因在于其全球通用性和无需授权的特性，这为Wi-Fi设备的全球普及和应用提供了便利，真正实现了“全球通”的愿景。
图：Wi-Fi使用的全球主要国家和地区ISM及非授权频段
这些频段并非单一频点，而是一定范围的频率集合。例如，2.4GHz频段被划分为多个宽度一定的信道，Wi-Fi设备可以在这些信道间灵活切换，以优化信号质量。但需注意，信号间的频率重叠可能引发干扰，因此实际操作中常选择不重叠的信道进行使用，如常用的1、6、11信道。
图：2.4GHz Wi-Fi的信道划分
值得一提的是，虽然非授权频段在全球大体统一，各国在非授权频段具体使用中还是存在部分差异。例如，CH14的中心频率为2.484GHz，这个信道在大多数国家都属于禁用频段，但日本除外。所以，如果将日本的Wi-Fi设备拿到其他国家使用，就需要在设备设置中禁用掉CH14信道，来确保设备之间的顺畅连接。
2. 高阶调制技术
Wi-Fi广泛应用于室内高速数据传输场景，因此其调制和编码技术的演进至关重要。从QPSK到4096QAM，Wi-Fi的调制方式不断升级，显著提升了数据传输效率。例如，4096QAM技术使得单个信号能够携带的信息量比QPSK增加了六倍。
图：不同制式Wi-Fi中的调制技术
更高的调制方式就像是在同一辆汽车上拉了更多的货物，在Wi-Fi5的256-QAM中，每一个符号携带8bit信息，到了Wi-Fi6的1024-QAM中，每个符号携带的信息增加到10bit，而在Wi-Fi7中，每个符号位的信息量增加到12bit。每一辆汽车上拉的货物增多了，信息的传输速率自然增加。
图：不同制式Wi-Fi每个符号位携带的信息量
3. MIMO技术
多输入多输出（MIMO）技术是无线通信领域的一项重要创新，也在Wi-Fi中得到了广泛应用。MIMO技术通过多个天线同时发送和接收数据，显著提高了无线通信的吞吐量和可靠性。MIMO技术就像是在起始点和目的地之间修了更多的通路，这样就可以完成多路的并行传输。
图：MIMO技术示意图
在Wi-Fi中，MIMO技术主要分为单用户MIMO（SU-MIMO）和多用户MIMO（MU-MIMO）两种模式。SU-MIMO主要服务于单个用户，提升其与基站之间的通信效率；而MU-MIMO则允许多个用户同时与基站通信，大大提高了网络的整体效率。
图：SU-MIMO与MU-MIMO连接示意图
4. Wi-Fi中的直连技术
尽管Wi-Fi网络通常包括接入点（AP）和站点（Station），但Wi-Fi技术并不完全依赖于中心化的网络结构。为了满足设备间直接通信的需求，Wi-Fi直连技术应运而生。
Wi-Fi中的直连技术指的是设备之间通过Wi-Fi网络直接进行连接而无需经过路由器或者基站。这种连接方式可以实现设备之间的点对点通信，提高了通信效率和速度。
图：Wi-Fi中的直连技术
在Wi-Fi的直连技术中，Wi-Fi Direct和Miracast是两项代表性技术。Wi-Fi Direct允许设备间直接建立连接，无需通过传统的Wi-Fi路由器。这一技术在打印机、媒体播放器等设备中得到了广泛应用。而Miracast则主要用于屏幕镜像和流媒体传输，如Windows设备的投屏功能就依赖于这一技术。
图：Wi-Fi直连应用：打印机及Windows的直连
Wi-Fi与其他技术的比较
在通信协议领域，各种技术之间的比较是不可避免的，这种比较有助于我们明确不同技术的定位和发展方向。
无线通信协议的评价指标有很多，如速率、成本、功耗、安全性和传输距离等，每个维度都有其独特的重要性。然而，在这些因素中，我认为传输距离是最为核心的考量点。传输距离直接决定了技术的应用场景，而不同的应用场景又会进一步决定功耗、安全性等其他需求。
以安全性为例，对于传输距离较短的蓝牙技术而言，由于其范围在人们可控之内，因此对安全性的要求相对较低，简单的配对步骤即可使用。然而，对于传输距离可达几十米的Wi-Fi技术来说，则需要设置密码以确保连接的安全性。当传输距离扩大至几千米的蜂窝网络层面时，由于无线信号可能覆盖大量设备，因此需要采用更为复杂的认证流程来建立设备间的联系，从而安全性的要求也大幅提升。另外不仅是安全性，功耗、成本、速率等其他技术指标也与传输距离紧密相关。
不同通信协议的覆盖范围及其应用场景可参考下图进行直观了解。
图：不同通信协议覆盖范围及应用场景
在各类应用场景中，与Wi-Fi技术形成互补或存在重叠的主要是蜂窝技术和蓝牙技术。接下来，我们将通过对比这两种技术，来更深入地剖析Wi-Fi技术的特点与优势。
Wi-Fi与蜂窝技术的比较
Wi-Fi与蜂窝技术，两者有诸多相似之处，还曾一度被视为竞争对手，但随着技术的演进和市场需求的变化，人们逐渐认识到，这两种技术实则是相辅相成的。
Wi-Fi与蜂窝技术共同点颇多：两者都是手机等设备的标配通信协议，都能满足日常高速通信的需求，且在许多使用场景中都有重叠。这些共通之处曾导致Wi-Fi和蜂窝技术阵营在发展过程中产生过竞争。在4G发展的初期，Wi-Fi阵营试图将其发展的WiMAX协议，推广到4G的标准协议中。而蜂窝阵营，也一直尝试用4G/5G的部署，来取代只在室内使用的Wi-Fi协议。
然而，随着无线通信需求的激增，人们意识到，单一的通信协议无法满足所有场景的需求，Wi-Fi与蜂窝技术逐渐从竞争关系转变为互补关系，共同为用户提供全面的无线通信服务。“地球足够大，容的下两个超级的无线通信协议”。
尽管有诸多相似，但Wi-Fi与蜂窝技术在设计理念、技术特性和发展路径上存在显著差异。
Wi-Fi起源于互联网技术中的局域网技术，其核心目标是提供一种便捷的互联网接入方式，以替代传统的有线连接。因此，Wi-Fi注重开放频段、全球标准接口和去中心化的连接方式，旨在丰富全球互联网网络。
而蜂窝技术则传承自广域网的设计理念，其核心目标是实现全球范围内的可靠连接。这一要求使得蜂窝网络必须是中心部署且统一调度的，以确保广泛性和可靠性。
这些不同的设计理念导致两者在发展方式上也有所不同。Wi-Fi技术更侧重于接入速率，因此其通信速率一直领先于蜂窝网络。而蜂窝网络则更注重覆盖范围和覆盖人数，在网络覆盖面积和多用户处理方面具有显著优势。
图：Wi-Fi与蜂窝峰值速率比较
然而，这两种技术并非孤立发展，而是相互借鉴、相互促进。例如，蜂窝网络就一直在借鉴Wi-Fi中的复杂QAM调制、MIMO等技术来提升速率，而Wi-Fi也借鉴了蜂窝网络中的多用户管理、载波聚合等技术以实现多用户覆盖和多频率使用。
总的来说，Wi-Fi与蜂窝技术各有千秋，它们在无线通信领域中发挥着不同的作用。通过相互借鉴和融合，这两种技术将继续推动无线通信行业的发展，为用户提供更加便捷、高效的服务。
Wi-Fi和蓝牙技术的比较
Wi-Fi和蓝牙技术都是我们日常生活中经常使用的通信技术，它们之间存在许多共同点。两者都工作于ISM频段，为近距离的设备提供接入服务。无论是手机、平板电脑还是笔记本电脑，这些与我们生活息息相关的设备都广泛支持并应用了这两种技术。
然而，Wi-Fi和蓝牙在传输距离上存在显著差异，这也是它们主要的区别之一。Wi-Fi主要设计用于覆盖数十米的固定空间，实现设备间的远程连接。相比之下，蓝牙则专注于几米范围内的短距离连接，更适用于人手边的设备。
蓝牙对于应用场景的精准的定位使得其能够进行更为细致的优化。由于蓝牙连接的设备通常随人移动，因此需要对其进行极致的功耗优化，从而免除频繁充电的烦恼。同时，这些设备通常不需要过高的通信速率，因此在通信能力方面可以进行适当的减弱。此外，当蓝牙设备作为人类感知器官的延伸时，例如在使用TWS耳机时，对延时等指标有较高要求，因此蓝牙技术在这方面也进行了特别的优化。
尽管Wi-Fi协议功能强大且拥有庞大的组织支持，但在处理人手边小设备的小连接方面却显得力不从心。Wi-Fi在保障大带宽、中距离互联的同时，难以兼顾小带宽、短距离的连接需求。而这些需求正是由蓝牙等协议来补齐的，两者在无线通信领域中各自发挥着不可或缺的作用。
Wi-Fi技术的未来演进展望
在众多无线通信协议中，Wi-Fi与人们的日常生活联系最为紧密。从手机、平板电脑到电视，Wi-Fi的应用范围广泛，几乎渗透到我们生活的方方面面。无论是办公上网还是视频娱乐，Wi-Fi技术都发挥着不可或缺的作用。
展望未来，Wi-Fi技术的持续演进将进一步提升我们的生活品质。
图：Wi-Fi技术的未来演进展望
传输速率持续提升
作为高速大带宽传输的佼佼者，Wi-Fi的传输速率将继续保持领先地位。
在不久的未来，借助超高速Wi-Fi连接，我们将能够无缝观看高清甚至8K视频，彻底告别缓冲和画质问题的困扰。家庭成员将能够同时畅享AR/VR游戏、超高清视频会议或大文件传输，而这一切在最新Wi-Fi技术的加持下将如丝般顺滑。
设备互联的广泛支持
随着科技的迅猛发展和智能家居、物联网的普及，无线通信技术正迎来前所未有的发展契机，Wi-Fi技术亦是如此。未来，Wi-Fi将不再局限于为手机、电脑等传统设备提供网络服务，而是将扩展到支持更多设备的互联互通。智能家居设备、移动设备、智能城市基础设施以及各种传感器等都将通过Wi-Fi实现连接和数据传输，从而构建一个庞大而复杂的网络系统。
为了适应更大规模的数据互联需求，Wi-Fi技术也需进行相应的优化和改进。例如，Wi-Fi需解决多用户同时连接时的干扰问题，以确保多用户连接的稳定性和可靠性。
连接方式的便捷性革新
随着越来越多的设备接入Wi-Fi网络，传统的连接和输入密码的方式将逐渐显得繁琐不便。用户期待更加简便的网络接入方式，以便轻松、快速且安全地连接到网络。未来的Wi-Fi连接将不仅限于人与互联网的连接，还将广泛连接物联网设备。显然，当前基于密码的连接方式已无法满足物联网设备的接入需求。因此，未来的Wi-Fi将不仅作为网络的提供者，更将成为便捷生活的推动者。通过提供更便捷的连接方式，Wi-Fi将使网络连接无处不在，让生活更加简单高效。
AI与无线网络的深度融合
相比其他通信协议，Wi-Fi的应用场景更为多样化且部署灵活，这为无线网络与AI的融合提供了有利条件。在AI时代，Wi-Fi技术的发展将更加充满想象空间。
随着AI技术的融入，智能家居的控制有望变得更加智能化和精细化，同时可能带来前所未有的创新体验。例如，通过众多Wi-Fi连接的智能家居设备可以实时收集和共享数据，并利用AI进行分析以实现更高级的自动化控制。这将实现比现在更复杂、更丰富的场景控制及设备联动功能。
同时，Wi-Fi技术也将助力AI的进一步发展。借助Wi-Fi技术，AI生成的内容或所需的数据可以在各种设备之间实现高速灵活地传输。这将使各类设备更加紧密地协同工作，共同打造一个智能互联的未来世界。
总结
Wi-Fi，这一曾被视为简单的无线通信协议，如今已成为我们生活中不可或缺的一部分。无线网络技术逐渐融入我们的日常生活，开启了移动互联网的新篇章。Wi-Fi不仅改变了我们的上网方式，更推动了科技的发展和社会的进步。
经过数十年的演进，Wi-Fi技术已经从最初的802.11标准发展到现在的Wi-Fi 7，传输速率大幅提升，应用场景不断拓展。从家庭娱乐到办公网络，从智能家居到物联网，Wi-Fi技术无处不在，连接着数十亿设备，构建起一个庞大而复杂的网络系统。
在与蜂窝网络、蓝牙等其他技术的比较中，Wi-Fi也展现出了其独特的优势。尽管蜂窝网络在广域覆盖和多用户处理方面具有显著优势，但Wi-Fi在速率和灵活性方面更胜一筹。而蓝牙则更适用于短距离、低功耗的场景，与Wi-Fi形成了互补。
展望未来，Wi-Fi技术的持续演进将为我们的生活带来更多美好。传输速率将进一步提升，支持更多设备的互联，连接方式将更加便捷，AI与无线网络的深度融合将开启全新的智能互联时代。随着科技的不断发展，我们有理由相信，Wi-Fi还将继续引领无线通信技术的潮流，为我们的生活带来更多便利和惊喜。
