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Wi-Fi發展20年:邁向無線自由之路(二)速度升級
Wi-Fi演進三部曲

【作者: 恩智浦半導體】   2020年02月04日 星期二

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本篇文章是 Wi-Fi演進三部曲的第二篇,探討 Wi-Fi 如何進化為當今的高速連線技術。


無線革命

在千禧年初期,無線連線的效益日益顯著,Wi-Fi 也隨之迅速普及。企業和消費者開始認識到Wi-Fi實現行動運算雛形的潛力,因此咖啡店、機場與飯店紛紛出現熱點。大多數寬頻網路的家庭使用者均可透過Wi-Fi輕鬆在家分享連線。



圖一 : Wi-Fi發展20年:邁向無線自由之路
圖一 : Wi-Fi發展20年:邁向無線自由之路

在IEEE 802.11工作群組的努力下,原本單純用於收銀機連線的專屬無線協定 (詳見Wi-Fi演進三部曲系列(一)內容),成為無線網路連線標準的發展基礎,並改變了整個社會結構。


新時代的挑戰:加快連線速度

1999年推出的802.11b是Wi-Fi大眾化的序幕。由於802.11b價位一般消費者皆可負擔,而每秒11 Mbit的速度也足以取代企業所使用的有線乙太網路。2000年代初期,隨著寬頻網路爆炸性的發展,802.11b也取得巨大成功。消費者和企業都體驗到無線網路的便利性,可以輕鬆分享DSL、有線網路和其他寬頻技術所支援的全新高速連線。


隨著寬頻速度成為常態,消費者的電腦使用習慣也跟著改變。例如音樂/影片分享、串流音訊等較高頻寬的用途,都開始在消費者之間逐漸普及。


同時在企業市場上,無線網路必須滿足更大的網速需求,才能夠匹敵乙太網路的高速區域網路連線。如果採用無線技術,則必須確保商業使用案例 (如VoIP、檔案分享、印表機分享和桌面虛擬化) 流暢運作。


即便在2000 年代初期,802.11b 支援的速度仍稱不上尖端技術,但就有線網路而言,10/100乙太網路已經是普及的標準。有線網路可提供每秒100 Mbit 的速度,幾乎比802.11b 額定每秒11 Mbit速度快上 10 倍;再加上 802.11b 通訊協定的資源負荷,最大的理論速度其實只有每秒 5.9 Mbit。實際上,雖然 802.11b 採用了逐漸普及的2.4 GHz 波段,但網速仍舊偏低。加上微波爐、有線電話和其他消費型電子產品的干擾,實際網速通常低於每秒 5.9 Mbit (甚至相差甚遠)。



圖二 : Wi-Fi 發佈時間、頻率和最大資料速率的進化簡史
圖二 : Wi-Fi 發佈時間、頻率和最大資料速率的進化簡史

802.11g降低硬體成本,並實現反向相容性

為了解決速度問題,IEEE 802.11工作群組在2003年推出了802.11g。雖然和802.11b 一樣,802.11g也使用2.4 GHz 頻段,但網速最高可達每秒54 Mbit。即使網速因通訊協定資源負荷而減少,但最高每秒31.4 Mbit的理論速度足以應付越來越快的家用寬頻網路需求。


實際上,802.11g並不是第一項達到每秒54 Mbit的802.11無線標準。802.11A早在1999 年就已達到這項速度里程碑。不過,802.11a是使用獨立的5.8 GHz頻率來提升網速。5.8 GHz 的優點是較不容易受到消費型電子產品的無線電干擾,但也對802.11b的相容性構成問題。802.11a不但設備成本更高昂,其優勢也只適用於商業市場,無法滲透至用量更大的家庭/消費者市場。


802.11g採用2.4 GHz可達到每秒54 Mbit的更高速度,還能維持與802.11b的完整反向相容性。這是關鍵所在,因為802.11b的開發宗旨就是作為消費型裝置的主要無線標準。除了硬體成本較802.11a更親民,反向相容性也是一大賣點,因此802.11g迅速成為消費市場更新、更快的無線網路標準,並且逐漸打入商業應用市場。


802.11n 進一步提升速度

內文:2009 年推出的 802.11n 網速表現進一步超越 802.11g 和 802.11a。802.11n 可在 2.4 GHz 或 5.8 GHz 頻段上運作 (雖然無法同時支援),並運用封包聚合技術來改善傳輸效率,同時推出選配的 MIMO 和 40 Hz 通道─比 802.11g 的頻寬多出一倍。


802.11n 速度大幅提升。在低階應用中,若採用 802.11g 網路相同類型的單天線搭配 20 Hz 通道頻寬運作,則 802.11n 網路可達到每秒 72 Mbit。此外,如果使用雙倍的 40 Hz 通道搭配多條天線,則資料速率可進一步提至最每秒 600 Mbit (四天線配置)。


Wi-Fi演進三部曲系列精采內容:


(一)Wi-Fi 早期發展


https://www.ctimes.com.tw/DispArt.asp?O=HK4236XZ30IARASTDA


(三)Wi-Fi未來展望


https://www.ctimes.com.tw/DispArt.asp?O=HK42583BKXUARASTDX


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