無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的歷史

您是否曾經(jīng)疑惑為什么手機(jī)能支持LTE、Wi-Fi 和藍(lán)牙無線通信技術(shù)，而平板電腦和電腦中通常只能支持Wi-Fi和藍(lán)牙？進(jìn)一步講，為什么您會知道 Wi-Fi、藍(lán)牙和 LTE 這些名稱呢？

當(dāng)無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)仍在繼續(xù)發(fā)展的同時，新的標(biāo)準(zhǔn)和專有技術(shù)（如 Zigbee）也開始引起人們的注意。我們?nèi)绾螀^(qū)分噪聲和真正重要的信息？下圖展示了在日常生活中發(fā)揮作用的各種無線技術(shù)，讓Cees Links帶著我們從全局出發(fā)，一起了解無線通信標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史吧。

無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)

技術(shù)先行，三大因素相互制約無線電技術(shù)

目前，覆蓋范圍、數(shù)據(jù)速率和功率這三個因素比無線電技術(shù)更重要，而且我們在日常生活中也都遇到過，例如如下的場景：

當(dāng)我們的手機(jī)連接至基站時，筆記本電腦連接至家中路由器時，藍(lán)牙耳機(jī)連接至手機(jī)時，必須要在設(shè)備的“覆蓋范圍之內(nèi)”。我們還非常熟悉數(shù)據(jù)速率，尤其是在我們觀看視頻或聽音樂的時候。迄今為止，Wi-Fi 在數(shù)據(jù)速率領(lǐng)域一直占據(jù)優(yōu)勢，但現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠利用 LTE 和 5G 實(shí)現(xiàn)類似的數(shù)據(jù)速率，雖然價格可能會很高。最后，盡管我們已經(jīng)習(xí)慣定期對手機(jī)和筆記本電腦進(jìn)行充電，但在那些令人煩心的時刻，即當(dāng)我們準(zhǔn)備使用耳機(jī)或智能腕帶等小型設(shè)備，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們沒電的那一刻，我們才會記起功耗的重要性。

這三個因素以一種有趣的方式組合在一起，如果嘗試改進(jìn)其中一個因素，另外兩個因素就必須讓路。當(dāng)然，隨著時間的推移這三者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了整體改進(jìn)，但是相互之間的關(guān)系仍未發(fā)生改變。

例如，如果您想要提高數(shù)據(jù)速率，那么您必須縮小覆蓋范圍或提高輸出功率。目前速度（數(shù)據(jù)速率）更高的 Wi-Fi 卻擁有比過去更小的覆蓋范圍，而且通常都需要使用中繼器——這是分布式 Wi-Fi 或網(wǎng)格 Wi-Fi 發(fā)展的推動因素之一。這種關(guān)系同樣適用于 Zigbee（“低功耗 Wi-Fi”），實(shí)質(zhì)上，Zigbee 的覆蓋范圍和 Wi-Fi 一樣，數(shù)據(jù)速率也較低，但其功耗卻明顯更低，因此可實(shí)現(xiàn)非常長的電池續(xù)航時間。

這種平衡局面中還存在第四種因素，而且我們在日常生活中可能很少意識到這點(diǎn)，這個因素就是頻率。更高的頻率會縮小覆蓋范圍，或要求更高功率來實(shí)現(xiàn)相同的覆蓋范圍。但是更高頻率具有更多帶寬的優(yōu)勢，因此可實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。這說明了為什么提高數(shù)據(jù)速率往往需要提高頻率。Wi-Fi 的最新版本都是在 60 GHz 頻段中實(shí)現(xiàn)的，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高達(dá) 100 Gb/s 的數(shù)據(jù)速率 (.11ay)。

對于無線電技術(shù)我們有很多內(nèi)容可以說，但在很大程度上，以上因素就是在手機(jī)中采用三種無線電的原因。

LTE 用于實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍，以連接至離您小區(qū)最近的基站 ；

Wi-Fi 用于實(shí)現(xiàn)家中或辦公室中的連接性能 ；

藍(lán)牙則用于實(shí)現(xiàn)短程連接至您隨身攜帶的小型設(shè)備，如手機(jī)耳機(jī)或智能腕帶。

那么，為什么筆記本電腦和平板電腦通常只采用兩種無線電呢？雖然存在一個合乎邏輯的答案，但我們還必須了解一點(diǎn)歷史知識。

三種無線電技術(shù)的發(fā)展歷史

在相對較短的時間里，我們已經(jīng)了解了三種新技術(shù)的發(fā)展和趨同 ：

手機(jī)：通過低速數(shù)據(jù)通信的方式遠(yuǎn)程連接我們。

無線電 / 電視：通過有線或衛(wèi)星運(yùn)營商采用單向高速數(shù)據(jù)通信的方式進(jìn)行音頻 / 視頻廣播。

電腦：包括將所有事物聯(lián)系在一起的雙向高速網(wǎng)絡(luò)。所有的通信最初都是通過有線電纜（銅或光纖）實(shí)現(xiàn)， 但是隨著無線便利性的體現(xiàn)，無線通信開始流行起來。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)、電視、筆記本和平板電腦之間的差異開始慢慢消失。在某種程度上，它們都逐漸成為“聯(lián)網(wǎng)電腦”，但是仍擁有各自的無線通信標(biāo)準(zhǔn)歷史，因?yàn)樗鼈兌几髯越?jīng)歷了從有線到無線技術(shù)的過渡。手機(jī)和電腦的發(fā)展更具動態(tài)性，但是由于電視基本上是靜態(tài)（非移動）設(shè)備，有線 / 衛(wèi)星行業(yè)大部分時間都停留在自己的有線世界之中。

隨著手機(jī)變得更類似于電腦（即智能手機(jī)），以及電腦開始支持各種類似于視頻和手機(jī)的通信能力，過去和目前發(fā)展的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有時候會存在矛盾，這點(diǎn)并不奇怪。

3GPP＆IEEE 802.11，不同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3GPP 是當(dāng)今的無線手機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，而 IEEE 802.11 則是無線電腦數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。3GPP 主要由手機(jī)運(yùn)營商及其政府贊助部門組成，因?yàn)檫\(yùn)營商最初都是政府機(jī)構(gòu)（在一些國家，運(yùn)營商目前仍是政府機(jī)構(gòu)）。IEEE 802.11 則在計算機(jī)行業(yè)根深蒂固，除了學(xué)術(shù)界和監(jiān)管機(jī)構(gòu)，IEEE 802.11 還擁有大批工程師會員，他們大部分由其雇主公司贊助。

IEEE 802.11 和 3GPP 還具有另一個根本性區(qū)別：政府贊助的 3GPP 采用許可頻譜——可在一定時間內(nèi)獲得，用于提供通信服務(wù)。作為頻譜許可方，政府負(fù)責(zé)確保頻譜只能由被許可人使用；但 IEEE 802.11 卻并非如此，該標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)根據(jù)一組權(quán)限有限的規(guī)則制定了“無牌”頻帶（由政府撥出用于“免費(fèi)使用”的頻段）領(lǐng)域適用的標(biāo)準(zhǔn)，這樣實(shí)際應(yīng)用的干擾范圍停留在局部。這些頻段被稱為 ISM（工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)）頻段，并可在 2、5 和 60 GHz 頻段范圍內(nèi)找到。

贊助其工程師制定 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的公司需要強(qiáng)制遵守 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)定義。（IEEE 802.11 本身并不對合規(guī)性進(jìn)行監(jiān)管。）所以，這些感興趣的公司成立了一個 Wi-Fi 聯(lián)盟，以便在 Wi-Fi 品牌下強(qiáng)制執(zhí)行和推廣 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)——毫不夸張的說，Wi-Fi 品牌是當(dāng)今最有價值的品牌之一。另一方面，3GPP 從未真正地致力于實(shí)施一個針對消費(fèi)者的具有凝聚力的品牌戰(zhàn)略。3GPP 這樣做是有道理的，因?yàn)樗沁\(yùn)營商組成的利益集團(tuán)，通常對市場具有一定的掌控力，它們從不需要像 Wi-Fi 和藍(lán)牙那樣去贏得消費(fèi)者的支持。所以，它們無需擔(dān)憂品牌一致性問題，只需將一整套不斷完善的標(biāo)準(zhǔn)從 GSM/GPRS 遷移至 3G、Edge、4G、LTE 以及現(xiàn)在的 5G，而這種遷移可能涉及一系列新的實(shí)施。

Wi-Fi 的競爭與成功

20 世紀(jì) 90 年代出現(xiàn) Wi-Fi 時，“3GPP 領(lǐng)域”普遍都在問：為什么需要 Wi-Fi ？那時，3G 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展順利并承諾實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，而連接至或集成至筆記本電腦的 3G 調(diào)制解調(diào)器可提供無所不在的連接。那么，為什么要使用 Wi-Fi 呢？人們普遍認(rèn)為，“無牌技術(shù)”遲早會消失，因?yàn)樵跓o牌頻帶中，缺乏監(jiān)管會導(dǎo)致性能呈螺旋形迅速下降。

當(dāng)然，如今我們都知道結(jié)果截然不同。Wi-Fi 已經(jīng)找到了一種方法使其能夠在無牌 ISM 頻段中適當(dāng)運(yùn)行，并滿足室內(nèi)、家中或建筑中的無線連接需求，而 3G 卻不具備良好的穿透性能。通過從 2.4 GHz 頻段發(fā)展到 5 GHz 頻段，Wi-Fi 可迅速提高其數(shù)據(jù)速率，并擴(kuò)展其能力。此外，通過發(fā)展至 60 GHz 頻段，其數(shù)據(jù)速率和能力預(yù)計將進(jìn)一步提高。増程器技術(shù)以及最近的分布式 Wi-Fi（“Wi-Fi 網(wǎng)格”）理念亦為 Wi-Fi 迄今為止取得的成功提供了支持。

Wi-Fi 之所以能夠成功，其中一個很重要的原因就是通過 3G 實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信要求手機(jī)運(yùn)營商訂閱付費(fèi)服務(wù)，并需要一個初期成本非常高的數(shù)據(jù)計劃，更不必說漫游費(fèi)用。相比之下，Wi-Fi 是免費(fèi)的——或至少通過固定電話、 ISDN 和之后的 ADSL 實(shí)現(xiàn)的 Wi-Fi 技術(shù)增量成本比較有限。

所以現(xiàn)在出現(xiàn)了有線運(yùn)營商與無線運(yùn)營商直接競爭的局面，最終推動 Wi-Fi 獲得了全球認(rèn)可。由于擔(dān)心如果“過度使用”3G 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信會導(dǎo)致語音服務(wù)崩潰，無線運(yùn)營商最初不鼓勵使用 3G 技術(shù)（因而鼓勵使用 Wi-Fi），從而為 Wi-Fi 的推廣做出了貢獻(xiàn)。盡管 3G 實(shí)際上被設(shè)計用于語音通信，但通過將 3G 營銷為具有數(shù)據(jù)元素，3G 支持者在這方面并未幫助到自己。

順便說一下，這回答了為什么大多數(shù)電腦和平板電腦只有兩種無線電技術(shù)這個問題。由于 Wi-Fi 可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的多功能網(wǎng)絡(luò)連接，所以很少將 3G 許可無線電（及其后繼者）集成到電腦或平板電腦中。集成式 3G 無線電的成本相對來說太高。當(dāng)需要移動解決方案時，用戶過去一直會轉(zhuǎn)向 3G 軟件狗之類的設(shè)備，而現(xiàn)在用戶通常會使用手機(jī)熱點(diǎn)。