Lessons from the History of Wi-Fi

历史上的Wi-Fi：教训与启示

引言

1973年4月3日，Marty Cooper在纽约中城希尔顿酒店外进行了世界上第一次公开手机通话。自此之后，蜂窝网络成为全球最主要的电子通信方式。尽管有线电信网络支持了11亿用户长达110年的时间，蜂窝网络仅用了40年时间就达到了90亿用户的规模。蜂窝网络的成功促使监管机构创建了一种新的无许可频谱制度，这主要适用于有限距离的网络，如Wi-Fi、蓝牙以及Zigbee和Z-Wave等小型物联网网络。

Wi-Fi的现状

截至2023年底，全球固定宽带订阅用户接近14亿，其中几乎200亿台设备通过Wi-Fi连接到家庭和办公室。尽管Wi-Fi覆盖范围有限，但在室内环境中的表现却非常出色。相比之下，每个5G基站只能覆盖约100至250个家庭。无线网络主要依赖射频（RF）频谱，随着用户和设备数量的增加，对频谱的需求也在增加。在美国，联邦通信委员会（FCC）为Wi-Fi分配了4到7倍于其高效许可网络的中频段频谱资源。这种分配策略导致了蜂窝网络和Wi-Fi之间的不平衡，可能威胁到住宅宽带服务的可行性。

Wi-Fi性能分析

通过对Wi-Fi各代产品的性能测试，发现带宽和通道大小之间几乎没有相关性。例如，Wi-Fi 4（IEEE 802.11n）在2000 MHz的中频段频谱下，下载带宽提高了760%，上传带宽提高了588%。然而，后续的通道加倍并没有带来显著的性能提升。此外，模型预测增加未许可频谱池可以改善用户体验，但实际数据并未证实这些预测，因为模型参数存在严重缺陷，未能考虑最优信道选择和功率级算法与广泛使用的消费级设备之间的差异。

指令与挑战

为了纠正频谱政策中最严重的不平衡，美国需要为服务于公众的无线运营商分配额外的1500 MHz频谱。这将有助于维护在许可技术和未许可技术领域中的领导地位。未来还需要进一步的工作来确定理想的平衡点。住宅Wi-Fi作为住宅宽带服务的附属品，提高整体宽带服务的质量和竞争力最终会使其更加有用。

分析

本次分析基于测试Wi-Fi四代至七代在典型郊区家庭办公室中的性能数据，使用了广泛使用的iPerf3测试工具。分析显示，Wi-Fi 4（802.11n）实现了最显著的进步，下载带宽增加了760%，上传带宽增加了588%。这一进步得益于2.4 GHz或5 GHz频段的双频操作、信道宽度翻倍以及MAC和PHY协议的改进。后续的通道加倍在效率没有显著提升的情况下，带来的增益相对较小。

结论

虽然增加未许可频谱池可以在一定程度上改善用户体验，但实际效果并不理想。因此，需要更好地管理频谱资源，以解决频谱稀缺的问题。监管机构、政府相关部门和利益相关者需要共同努力，找到并分配更多的频谱资源，以支持日益拥挤的移动网络。