1.4.1 無線保真（Wi-Fi）技術

無線保真（Wi-Fi）技術是一種允許將電子設備連接到一個無線局域網（WLAN）上的技術，Wi-Fi使用的頻段主要包括2.4GHz、5GHz及60GHz等非授權頻段。將電子設備連接到WLAN通常有密碼保護（加鎖）和開放（不加鎖）兩種方式。Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有。Wi-Fi聯盟建立了一套用于驗證IEEE 802.11系列產品兼容性的測試程序，被稱為Wi-Fi認證，通過認證的產品可以使用Wi-Fi認證表示。由于Wi-Fi取得了巨大成功，因此Wi-Fi幾乎成為WLAN的代名詞。

1997年6月，IEEE推出了第一代WLAN標準——IEEE 802.11-1997，該標準定義了物理層（PHY）和媒體訪問控制（MAC）層。其中，物理層定義了兩種工作在2.4GHz ISM（Industrial Scientific Medical）頻段上的無線射頻方式和一種紅外傳輸方式。無線射頻方式包括直接序列擴頻技術（DSSS）和跳頻擴頻技術（FHSS）。IEEE 802.11-1997將數據傳輸速率設計為2Mbit/s。IEEE在1999年又推出了改進后的IEEE 802.11-1999。

但是，與當時以太網的100Mbit/s的數據傳輸速率相比，2Mbit/s的數據傳輸速率顯得有些過小，于是IEEE于1999年又推出了兩個補充標準——IEEE 802.11a和IEEE 802.11b。前者工作在5GHz的ISM頻段，并且采用了OFDM技術，物理層數據傳輸速率可達54Mbit/s。后者仍然工作在2.4GHz的ISM頻段，但在IEEE 802.11基礎上增加了兩種更高的數據傳輸速率（5.5Mbit/s和11Mbit/s）。在2001年，IEEE又提出了能夠兼容IEEE 802.11b的增強版本IEEE 802.11g（其在2003年成為正式標準）,IEEE 802.11g借用了IEEE 802.11a的研究成果，在2.4GHz頻段也采用了OFDM技術。IEEE 802.11g暫時滿足了人們對數據傳輸速率的要求，對WLAN的發展起到了很大的推動作用。

從2002年開始，IEEE 802.11n任務組開始研究一種更快速的WLAN技術，目標是在扣除前導碼等開銷之后，還能達到100Mbit/s以上的數據傳輸速率。IEEE 802.11n任務組共收到6份提案，最終討論的焦點集中在其中2份，分別由TGnSync與Wwise兩個陣營所提出。在之后的多次投票中，這兩個陣營的提案的得票數一直相持不下。直到2009年9月，TGnSync與Wwise提交了統一的新的IEEE 802.11n草案，草案通過后，IEEE 802.11n標準終于正式獲批。IEEE 802.11n采用了OFDM和MIMO技術，工作頻段包括2.4GHz和5GHz。從研究伊始到成為正式標準，IEEE 802.11n的數據傳輸速率在這7年內也從最初設計的100Mbit/s提高到了600Mbit/s。

通信技術的發展永無止境，2008年年底，IEEE 802.11成立新的任務組，將研究任務分為兩部分，第一部分是IEEE 802.11ac，工作在5GHz頻段，用于中短距離通信，定位為IEEE 802.11n的繼任者。IEEE 802.11ac擴展了IEEE 802.11n的空中接口，采用更大的信道帶寬和更多的MIMO空間流（最多可支持8流），支持下行MU-MIMO，并且引入更高階的調制方式——256QAM。第二部分是IEEE 802.11ad，工作在60GHz頻段，可使用2.16GHz的信道帶寬。IEEE 802.11ad的市場定位與UWB（超寬帶）類似，主要面向家庭娛樂設備。IEEE 802.11ac與IEEE 802.11ad均已發布，已成為正式標準。

目前IEEE正在研究和制定IEEE 802.11ac的增強版本IEEE 802.11ax（工作在2.4GHz/5GHz頻段，又稱Wi-Fi6）、IEEE 802.11ad的增強版本IEEE 802.11ay（工作在60GHz頻段），它們可以提供更高的數據傳輸速率。IEEE 802.11ax使用OFDMA調制，同時支持下行和上行MU-MIMO，將調制方式從256QAM升級到了1024QAM。IEEE 802.11ay通過信道聚合支持高達8.64GHz的信道帶寬，支持SU-MIMO和下行MU-MIMO。近些年來，高通、博通、Marvell及英特爾等芯片廠家早已發布多款基于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協議的Wi-Fi總體上由有線和無線兩部分組成，無線側作為接入，使用IEEE 802.11協議；有線側骨干網絡作為上行，一般使用以太網協議。接入點（AP）完成IEEE 802.11和以太網兩種協議間的轉換。

Wi-Fi由工作站、分布式系統、無線媒介、AP 4個部件組成[20]，如圖1-11所示。

工作站：支持IEEE 802.11的終端設備。例如安裝了WLAN網卡的筆記本計算機或支持WLAN的手機等。

AP：為工作站提供基于IEEE 802.11的無線接入服務，同時將獨特的IEEE 802.11 MAC幀格式轉換為其他類型有線網絡的幀，相當于完成無線和有線之間的橋接。幀的轉換類型取決于AP所連接的有線網絡，一般為以太網。

無線媒介：IEEE 802.11標準定義了兩類物理層，即射頻物理層（2.4GHz、5GHz和60GHz）與紅外線物理層。目前廣泛使用的是射頻物理層，紅外線物理層事實上已經被放棄。

分布式系統：即將各個接入點連接起來的骨干網絡，通常是以太網。

相對于藍牙及紅外燈，Wi-Fi覆蓋范圍較廣，它的覆蓋半徑可達100m，不僅可以覆蓋辦公室內的區域，還可以覆蓋整棟大樓。此外，Wi-Fi技術的無線數據傳輸速率非?？?，IEEE 802.11b標準定義的數據傳輸速率可以達到54Mbit/s，在之后推出的IEEE 802.11n標準中，無線數據傳輸速率達到了600Mbit/s。IEEE 802.11ac/ad能夠提供Gbit/s級別的數據傳輸速率，而在IEEE 802.11ac/ad的增強版本IEEE 802.11ax/ay中，最高數據傳輸速率能達到10Gbit/s，并且Wi-Fi的部署及應用便捷，只要在車站、機場、購物中心或圖書館等人員較密集的地方設置無線熱點，熱點所發射出的無線電波就可以到達距離AP數十米的地方，只要用戶將支持Wi-Fi的手機或筆記本計算機等智能終端放到該區域內，就可以接入互聯網。

由于5G NR和4G LTE的非授權頻譜接入所工作的頻段與Wi-Fi相同，都包括5GHz和60GHz這兩個頻段，因此Wi-Fi設備是蜂窩網絡非授權頻譜接入所需要考慮的最主要的異系統設備類型。