1.4.1 无线保真（Wi-Fi）技术

无线保真（Wi-Fi）技术是一种允许将电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）上的技术，Wi-Fi使用的频段主要包括2.4GHz、5GHz及60GHz等非授权频段。将电子设备连接到WLAN通常有密码保护（加锁）和开放（不加锁）两种方式。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。Wi-Fi联盟建立了一套用于验证IEEE 802.11系列产品兼容性的测试程序，被称为Wi-Fi认证，通过认证的产品可以使用Wi-Fi认证表示。由于Wi-Fi取得了巨大成功，因此Wi-Fi几乎成为WLAN的代名词。

1997年6月，IEEE推出了第一代WLAN标准——IEEE 802.11-1997，该标准定义了物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层。其中，物理层定义了两种工作在2.4GHz ISM（Industrial Scientific Medical）频段上的无线射频方式和一种红外传输方式。无线射频方式包括直接序列扩频技术（DSSS）和跳频扩频技术（FHSS）。IEEE 802.11-1997将数据传输速率设计为2Mbit/s。IEEE在1999年又推出了改进后的IEEE 802.11-1999。

但是，与当时以太网的100Mbit/s的数据传输速率相比，2Mbit/s的数据传输速率显得有些过小，于是IEEE于1999年又推出了两个补充标准——IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。前者工作在5GHz的ISM频段，并且采用了OFDM技术，物理层数据传输速率可达54Mbit/s。后者仍然工作在2.4GHz的ISM频段，但在IEEE 802.11基础上增加了两种更高的数据传输速率（5.5Mbit/s和11Mbit/s）。在2001年，IEEE又提出了能够兼容IEEE 802.11b的增强版本IEEE 802.11g（其在2003年成为正式标准）,IEEE 802.11g借用了IEEE 802.11a的研究成果，在2.4GHz频段也采用了OFDM技术。IEEE 802.11g暂时满足了人们对数据传输速率的要求，对WLAN的发展起到了很大的推动作用。

从2002年开始，IEEE 802.11n任务组开始研究一种更快速的WLAN技术，目标是在扣除前导码等开销之后，还能达到100Mbit/s以上的数据传输速率。IEEE 802.11n任务组共收到6份提案，最终讨论的焦点集中在其中2份，分别由TGnSync与Wwise两个阵营所提出。在之后的多次投票中，这两个阵营的提案的得票数一直相持不下。直到2009年9月，TGnSync与Wwise提交了统一的新的IEEE 802.11n草案，草案通过后，IEEE 802.11n标准终于正式获批。IEEE 802.11n采用了OFDM和MIMO技术，工作频段包括2.4GHz和5GHz。从研究伊始到成为正式标准，IEEE 802.11n的数据传输速率在这7年内也从最初设计的100Mbit/s提高到了600Mbit/s。

通信技术的发展永无止境，2008年年底，IEEE 802.11成立新的任务组，将研究任务分为两部分，第一部分是IEEE 802.11ac，工作在5GHz频段，用于中短距离通信，定位为IEEE 802.11n的继任者。IEEE 802.11ac扩展了IEEE 802.11n的空中接口，采用更大的信道带宽和更多的MIMO空间流（最多可支持8流），支持下行MU-MIMO，并且引入更高阶的调制方式——256QAM。第二部分是IEEE 802.11ad，工作在60GHz频段，可使用2.16GHz的信道带宽。IEEE 802.11ad的市场定位与UWB（超宽带）类似，主要面向家庭娱乐设备。IEEE 802.11ac与IEEE 802.11ad均已发布，已成为正式标准。

目前IEEE正在研究和制定IEEE 802.11ac的增强版本IEEE 802.11ax（工作在2.4GHz/5GHz频段，又称Wi-Fi6）、IEEE 802.11ad的增强版本IEEE 802.11ay（工作在60GHz频段），它们可以提供更高的数据传输速率。IEEE 802.11ax使用OFDMA调制，同时支持下行和上行MU-MIMO，将调制方式从256QAM升级到了1024QAM。IEEE 802.11ay通过信道聚合支持高达8.64GHz的信道带宽，支持SU-MIMO和下行MU-MIMO。近些年来，高通、博通、Marvell及英特尔等芯片厂家早已发布多款基于IEEE 802.11ax和IEEE 802.11ay的商用芯片，Wi-Fi6正在加速普及。

基于IEEE 802.11协议的Wi-Fi总体上由有线和无线两部分组成，无线侧作为接入，使用IEEE 802.11协议；有线侧骨干网络作为上行，一般使用以太网协议。接入点（AP）完成IEEE 802.11和以太网两种协议间的转换。

Wi-Fi由工作站、分布式系统、无线媒介、AP 4个部件组成[20]，如图1-11所示。

图1-11 Wi-Fi组成

工作站：支持IEEE 802.11的终端设备。例如安装了WLAN网卡的笔记本计算机或支持WLAN的手机等。

AP：为工作站提供基于IEEE 802.11的无线接入服务，同时将独特的IEEE 802.11 MAC帧格式转换为其他类型有线网络的帧，相当于完成无线和有线之间的桥接。帧的转换类型取决于AP所连接的有线网络，一般为以太网。

无线媒介：IEEE 802.11标准定义了两类物理层，即射频物理层（2.4GHz、5GHz和60GHz）与红外线物理层。目前广泛使用的是射频物理层，红外线物理层事实上已经被放弃。

分布式系统：即将各个接入点连接起来的骨干网络，通常是以太网。

相对于蓝牙及红外灯，Wi-Fi覆盖范围较广，它的覆盖半径可达100m，不仅可以覆盖办公室内的区域，还可以覆盖整栋大楼。此外，Wi-Fi技术的无线数据传输速率非常快，IEEE 802.11b标准定义的数据传输速率可以达到54Mbit/s，在之后推出的IEEE 802.11n标准中，无线数据传输速率达到了600Mbit/s。IEEE 802.11ac/ad能够提供Gbit/s级别的数据传输速率，而在IEEE 802.11ac/ad的增强版本IEEE 802.11ax/ay中，最高数据传输速率能达到10Gbit/s，并且Wi-Fi的部署及应用便捷，只要在车站、机场、购物中心或图书馆等人员较密集的地方设置无线热点，热点所发射出的无线电波就可以到达距离AP数十米的地方，只要用户将支持Wi-Fi的手机或笔记本计算机等智能终端放到该区域内，就可以接入互联网。

由于5G NR和4G LTE的非授权频谱接入所工作的频段与Wi-Fi相同，都包括5GHz和60GHz这两个频段，因此Wi-Fi设备是蜂窝网络非授权频谱接入所需要考虑的最主要的异系统设备类型。