#Wi-Fi、#WLAN、#802.11這幾個詞大家或許都聽過，他們到底有什麼差別？差不多2000年前後網咖很流行，有很多經典的線上遊戲，像是世紀帝國、星海爭霸、Counter Strike、CS、暗黑破壞神 Diablo II。大家如果有玩這些遊戲會知道那時候大家很常說「誰開LAN game？」LAN是 #區域網路（local area network ），範圍通常是一間網咖或大學電腦教室。WLAN #無線區域網路（Wireless LAN） 是現在的主流用法。其實，最早WLAN還有一種說法WaveLAN，後來WaveLAN這項技術，慢慢被國際組織IEEE制定成標準，IEEE是我們在系列影片中一再提到的國際電機電子工程師學會。IEEE用編號802作為區域網路的系列標準，而802.11，則是專注於區域網路中「無線區域網路」的技術標準。
WiFi呢？某種程度上是802.11口語化的說法。WiFi的logo仔細看有黑白相間，你們有想過有什麼上千年的logo也是一黑一白嗎？沒錯，就是太極圖！WiFi logo衍生自太極圖，取其相容於任何設備、平台，不管在哪裡都能順利連上網的意象。所以，我們知道Wi-Fi跟802.11是技術標準，WLAN則是泛指無線區域網路，大小可能是一間教室或一個家庭。在通信裡，有一套網路規模分類，最小的是，以身體為範圍的網路（Body Area Network），一些穿戴設備、醫療應用就屬於此。Personal Area Network也屬於小範圍的，像是心率監測器、智能手環、藍芽耳機都是屬於這兩種網路的範疇。有時候我們會忽略，以為通信等於WiFi或5G，其實現代人身上有超多穿戴式設備具備通信功能，通常使用的就是 #藍牙 （bluetooth）。命名是為了致敬丹麥國王Harald Bluetooth，我們現在看到的藍牙logo，正是國王名字的北歐文縮寫。當初，這位國王統一丹麥諸多部落，因此Ericsson工程師90年代開發此技術時，認為這項技術能串連電腦、耳機、滑鼠等等周邊裝置，就好像統一不同的電子設備，便取了國王的名字。這跟太極圖有異曲同工之妙，都希望連結各種設備，在各種設備中順利運作，這本來也就是通信技術的核心價值！
跳過我們熟知的區域網路（Local Area Network），來到範圍更大的 #都會型網路（Metropolitan Area Network, MAN），上集講到的WiMAX，跟LTE競爭4G失敗的技術，被定義為WAN範圍的技術。雖然都是無線通信，使用範圍的大小不一樣，在技術上就有很多不同的細節。有趣的是，原本制定得很完善，WiFi是一個房間的LAN，WiMAX是都市範圍的WAN，WiFi因為普及率太高，大家使用起來太習慣，反而在城市裡大量布建access point，出現城市等級的網路規模。WiFi，也就是802.11這項技術被發明後，因為非常成功，不斷持續演進。大家會看到很多版本的WiFi，對應802.11版本，早期有802.11b、a，雖然字母b在a後面，但推出順序b比較早，速度則是ａ比較快。這邊想特別挑802.11n，也就是WiFi4，前面我們有提過，在無線區域網路之前是有線的，一直以來有線網路的速度都比無線快，直到802.11n出現，才開始有了變化，第一次無線有機會打贏有線。從數據上看，802.11n之前，最快的WiFi傳輸速率大概是50Mbits/sec，802.11n一口氣可以衝到最高600 Mbits/sec。究竟發生什麼魔法？
這邊要跟大家介紹一套關鍵技術「#多輸入多輸出」（Multiple-input Multiple-output, #MIMO）。MIMO是看得見的技術，不知道大家有沒有印象，家裡的無線基地台或AP（access point）某個時刻起，忽然從一根變成兩根甚至很多根！MIMO最早的概念是多根天線輸出，多根天線輸入。為了傳更多資料，天線從1根變成2根，甚至變成4根、8根，原先傳10分鐘的影片，前5分鐘的內容由第一根天線傳，後5分鐘的內容第二根天線傳，只需要一半的時間就傳完了。不過，事情絕對沒這麼簡單，真以這樣的邏輯，為什麼只做2根天線？做1000根，直接把AP變成像刺蝟那樣就好了！第一個挑戰是，總功率不變，如果1根天線用10mW，2根天線用20mW，然後說：「哎！天線數增加，傳輸速率變好。」這是不公平的比較，不然直接拿刺蝟版1000根天線，總功率10W，跟房間的LED燈泡差不多，用更多能量，當然傳輸品質會比較好，所以不能這樣比。天線數增加時，每根天線分配到的傳輸功率理當要減少，單根天線的傳輸功率變低，傳輸品質就會變差。所以，假設1根天線能傳10Mbits/sec，2根天線絕對不是兩倍。第二個挑戰是，在同一個頻帶裡傳資料，無線電波彼此會干擾，現在多根天線，彼此靠近，發送電波時當然會干擾。好在至少這些信號都出自同一台機器，所以可以做一些前置處理；或是接收端，雖然收到混雜的信號，但它知道：「恩，這些信號最終都還是傳給我的」，所以接收端能做一些運算來解這些信號。
其實，有一種國中程度的解法，假設今天兩根傳輸天線，傳x1，x2，有兩根接收天線，收到比方說1.2的無線電波，跟0.8的無線電波數值。那1.2裡面有x1跟x2，你可以列出一道方程式，舉例來說：3x1+4x2=1.2。0.8裡面也有x1跟x2的成分，只是比重不一。兩個未知數，兩道方程式，是標準的二元一次聯立方程組，解方程組就可以還原x1跟x2！雖然可解，可是原本單天線時，接收端收到什麼就是什麼，變成兩根天線時，要解二元一次聯立方程組，四根天線要解四元一次聯立方程組，如果有16根天線……光用想的就很頭痛！其實可以用「矩陣」的形式來表現。大家可以想成，每根天線傳的信號都是一條棉線，兩根天線，毛線會有些交錯；四根天線，毛線打結得有點亂，得瞇著眼睛解，16根天線，解開的複雜度不是線性，而是指數增加。不只如此，解聯立方程組是最簡單、最低成本，效果也最普通的解法。如果追求高效能，得用上更精密的演算法，複雜度很高。有時候甚至是當下的晶片製程還沒發展到，整體運算量會大到無法商業化。所以，多輸入多輸出的概念很好，但初期天線數多半就是4根或甚至更少，或工程師不一定用每根天線傳不一樣的資料，有時候可能傳類似的資料，藉此提高傳輸品質。傳輸品質跟傳輸速率通常會是一個取捨（trade-off）的過程。傳輸速率快，容易出錯；傳慢一點，講話謹慎的人，每個字都很清楚，但可也讓人覺得那到底是要講多久，傳輸速率慢。
最後，有時候大家點開WiFi會發現同個名字有兩個連結，比方Numeracy，另一個可能是Numeracy-5G，後面多了一個5G。有一次我朋友就說：「噢，現在WiFi也升級到5G哎。好強！」他不講我都沒意識到，會有這樣的誤解。前面提到，WiFi跟4G、5G是完全不一樣的通信技術，不會有WiFi升級到5G或合併的狀況。5G其實是5GHz，意思是「在5GHz頻段傳輸資料的WiFi」。為什麼要特別說明呢？起初WiFi只用2.4GHz的頻段，跟微波爐的頻段很接近。之前有一支「巧克力測光速」的影片，利用巧克力捕捉微波爐發射的電磁波波長，當時測量出來的波長12.6公分，再用光速理論值回推，微波爐的頻率差不多就是2.45GHz，跟理論值差不多。2.4GHz有WiFi、微波爐，還有各式各樣的干擾，是所謂的ISM頻帶，指工業、科學和醫療頻帶，這是大家都可以用的無線電頻段，藍芽也是，還有車庫遙控開關，醫療設備等等，非常擁擠。隨著WiFi用戶越來越多，開通5GHz的頻段。如果你們從第一支影片看到這邊，應該很清楚，2.4GHz跟5GHz兩個頻段的差異是，前者傳輸距離遠，但傳輸速率低；後者傳輸距離短，速率快。總之，如果以後有人WiFi連上網後，問5G是什麼意思，至少你們可以解釋，不是第五代行動通信，而是5GHz頻帶。那也真的很巧，WiFi目前又開通6GHz頻帶，可能再過幾年，就會出現Numeracy-6G這樣的熱點名稱。
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