Wi-Fi

**Wi-Fi**（發音： /ˈwaɪfaɪ/），又稱「無線網路」，是 Wi-Fi 聯盟的商標，一個基於 IEEE 802.11 標準的無線區域網路技術。「Wi-Fi」常寫作「WiFi」或「Wifi」，但是這些寫法並沒有被 Wi-Fi 聯盟認可。

Wi-Fi 產品經由 Wi-Fi 聯盟的一家獨立授權測試實驗室進行嚴格測試，產品成功通過測試後，授予製造商或銷售商使用 Wi-Fi 標誌、Wi-Fi CERTIFIED 標誌和相關商標，Wi-Fi 聯盟使用術語「Wi-Fi CERTIFIED」來稱呼這類通過認證的產品。認證（Certification）意味著產品與在相同頻段內執行的其他 Wi-Fi CERTIFIED 裝置具有互操作性。 

## 由來

Wi-Fi 這個術語經常被誤以為是指無線傳真（Wireless Fidelity），類似歷史悠久的音響裝置分類：高傳真（1930 年開始採用）或 Hi-Fi（1950 年開始採用）。即便是 Wi-Fi 聯盟本身也經常在新聞稿和檔案中使用「Wireless Fidelity」這個詞，Wi-Fi 還出現在 ITAA 的一個論文中。事實上，Wi-Fi 一詞是沒有任何意義，也沒有全寫的。

1999 年，幾家富有遠見的公司聯合起來組成了一個全球性非營利性協會 —— 無線乙太網路相容性聯盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA），其目標是使用一種新的無線網路技術，無論品牌如何，都能帶來最佳的使用者體驗。在 2000 年，該小組採用術語「Wi-Fi」作為其技術工作的專有名稱，並宣布了正式名稱：Wi-Fi Alliance。 

## 歷史

**1971 年**
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* 夏威夷大學建立了無線分組資料網路 ALOHAnet，該網路以 UHF（超高頻）無線電波執行。

**1985 年**
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* 聯邦通信委員會（FCC）開放了無線頻譜的 ISM（工業，科學和醫學）頻段，開放的頻段包括：915 MHz，2.4GHz 和 5.8GHz。

**1988 年**
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* NCR 開始基於直接序列擴頻的 WLAN 產品開發。

**1990 年**
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* 成立 IEEE 802.11 工作群組。
* NCR 發布 915 MHz 的 WaveLAN，提供 2 Mbps 速率。

**1991 年**
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* WLAN 標準要求在 IEEE 802.11 工作群組中達成一致。
* 歐洲研究委員會（ERC）將 2.4 GHz ISM 頻段分配給 WLAN 使用。

**1993 年**
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* AT＆T 發布 2.4 GHz 的 WaveLAN，提供 2 Mbps 速率。
* IEEE 802.11 從 NCR，Symbol Technologies 和 Xircom 的提案中選擇了 MAC 協定的基礎。
* AT＆T 在卡內基梅隆大學完成了 WaveLAN 的首次大規模安裝。

**1994 年**
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* 由國家科學基金會資助，卡內基梅隆大學的 Alex Hills 博士於 1993 年構思的無線研究計劃「Wireless Andrew」開始實施，最初覆蓋了校園內的 7 座建築物，後來擴充到了校園中所有的學術和行政大樓。

**1995 年**
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* Wayport 首次部署「熱點（hotspots）」。

**1997 年**
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* IEEE 802.11 標準的第一個版本 IEEE 802.11-1997 發布，提供最高 2 Mbps 的連結速度。

**1999 年**
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* 六家技術公司成立了無線乙太網路相容性聯盟（WECA），致力於通用相容性和優質使用者體驗。

**1999 年 - 2000 年**
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* IEEE 802.11 的第一個修訂版 IEEE 802.11-1999 於 1999 年 8 月 10 日發布，並成為 ISO 標準 ISO/IEC 8802–11:1999。兩個修正案 IEEE 802.11a-1999 於 1999 年 12 月 30 日正式發布，IEEE 802.11b-1999 於 2000 年 1 月 20 日發布。802.11b 在 2.4GHz 頻段上提供最高 11 Mbps 的連結速度，取得了市場成功。802.11a 將正交頻分復用（OFDM）引入 802.11，使用 5GHz 頻段提供最高 54 Mbps 的速率，但由於工作頻段不同，新裝置想要利用 802.11a 提供的高速率又要與龐大的 802.11b 裝置基礎保持向下相容性會增加成本，且在 1999 年 - 2000 年期間，美國非軍事使用的 5 GHz 頻段僅限於部分信道，故而 802.11a 未能流行開來。

**2000 年**
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* 無線乙太網路相容性聯盟（WECA）更名 Wi-Fi 聯盟（Wi-Fi Alliance，縮寫 WFA），並引入術語「Wi-Fi」。第一款 Wi-Fi CERTIFIED 產品發布。

**2003 年**
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* IEEE 802.11g-2003 修正案發布，將正交頻分復用（OFDM）應用到 2.4GHz 頻段上，提供最高 54 Mbps 的速率，並與 802.11b 保持向下相容性和互操作性，802.11g 在市場上取得了成功。Broadcom 在 IEEE 802.11g 修正案發布之前發布了基於 802.11g 標準草案的晶片，為後來行業參與者基於標準草案搶先發布產品進入市場的行為開創了先例。
* 世界無線電大會在 5GHz 頻段為無線接入系統分配了額外的 455 MHz 頻譜。
* 為應對 Wi-Fi 網路暴露出來的安全性問題，Wi-Fi 聯盟基於 IEEE 802.11i 標準草案推出 Wi-Fi Protected Access（WPA）認證作為過渡。

**2004 年**
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* IEEE 802.11i-2004 修正案發布，Wi-Fi 聯盟開啟 Wi-Fi CERTIFIED WPA2 認證以增強 Wi-Fi 安全性。
* Wi-Fi 聯盟基於 IEEE 802.11e 標準草案推出 Wi-Fi CERTIFIED WMM 認證，在 Wi‑Fi 網路中增加了服務品質（QoS）功能。

**2005 年**
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* IEEE 802.11e-2005 修正案發布，為 802.11 帶了服務品質（QoS）增強功能，Wi-Fi 聯盟推出 Wi-Fi CERTIFIED WMM-Power Save 認證，用以改善行動裝置的電池壽命並提高通過 Wi-Fi 網路傳輸語音呼叫的效率。
* 「Wi-Fi」被韋氏大學詞典（Merriam-Webster's Collegiate Dictionary）收錄。

**2007 年**
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* 鑑於 2005 年至 2006 年期間市場參與者搶先推出所謂「pre-n」或「draft-n」產品，IEEE 採取非常規措施將 2007 年初形成的 IEEE 802.11n 草案 D2.0 公開發布，Wi-Fi 聯盟基於草案 D2.0 在 2007 年 6 月開啟 Wi-Fi CERTIFIED 802.11n draft 2.0 認證計劃，以確保在 802.11n 標準獲批之前發布的產品具有互操作性。

**2009 年**
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* IEEE 802.11n-2009 修正案發布，為 802.11 引入 MIMO 技術，該技術允許更多的天線建立更多的資料流，最大傳輸速率可達 600 Mbps。 Wi-Fi 聯盟開啟 Wi-Fi CERTIFIED n 認證計劃，更新了 Wi-Fi CERTIFIED n 標誌，以 Wi-Fi CERTIFIED 標誌左邊字母的變化表明與 802.11 a/b/g 產品的向下相容性。

**2013 年**
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* Wi-Fi CERTIFIED ac 認證打破了 1G 速率障礙。

**2018 年**
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* Wi-Fi 聯盟引入 Wi-Fi 6，Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 4 行業命名。 WPA3 繼續 Wi-Fi 安全演進。

**2019 年**
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* Wi-Fi CERTIFIED 6 開創了 Wi-Fi 新時代。

## 世代

Wi-Fi 以 IEEE 802.11 為標準，Wi-Fi 聯盟在 2018 年發起「Generational Wi-Fi」行銷計畫，基於主要的 Wi-Fi 技術（PHY）版本，引入了更容易讓消費者了解的「Wi-Fi 世代名稱」（Wi-Fi generation names），格式為「Wi-Fi」後跟一個整數，並鼓勵採用世代名稱作為行業術語。世代名稱不影響以前的認證程式名稱，對於以前的認證程式（例如 Wi-Fi CERTIFIED ac 或更早的程式），繼續使用原始認證程式名稱。Wi-Fi 聯盟沒有為 Wi-Fi 4 之前的 Wi-Fi 世代分配新名稱。 

* 第一代，以 IEEE 802.11 原始標準為準，工作頻段為 2.4GHz，最高速率半雙工 2 Mbit/s。
* 第二代，以 IEEE 802.11b 為準，工作頻段為 2.4GHz，最高速率半雙工 11 Mbit/s，認證計畫為「Wi-Fi CERTIFIED b」。
* 第三代，以 IEEE 802.11a 為準，工作頻段為 5GHz，最高速率 54 Mbit/s，認證計畫為「Wi-Fi CERTIFIED a」。基於 IEEE\_802.11g、2.4GHz 工作頻段、最高速率半雙工 54 Mbit/s，認證計畫為「Wi-Fi CERTIFIED g」。
* 第四代，以 IEEE 802.11n 為準，世代名稱為「Wi-Fi 4」，信道寬度 20MHz、40MHz，工作頻段為 2.4GHz 和 5GHz，最高 4 條空間流，最大副載波調製 64-QAM，最高速率半雙工 600 Mbit/s，認證計畫為「Wi-Fi CERTIFIED n」。
* 第五代，以 IEEE 802.11ac 為準，世代名稱為「Wi-Fi 5」，信道寬度 20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作頻段為 5GHz，最高 8 條空間流，最大副載波調製 256-QAM，最高速率半雙工 6.9 Gbit/s，認證計畫為「Wi-Fi CERTIFIED ac」。
* 第六代，以 IEEE 802.11ax 為準，世代名稱為「Wi-Fi 6」，信道寬度 20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作頻段為 2.4GHz 和 5GHz，最高 8 條空間流，最大副載波調製 1024-QAM，最高速率半雙工 9.6 Gbit/s，認證計畫為「Wi-Fi CERTIFIED 6」。

### 與 IEEE 802.11 區別

Wi-Fi 與 IEEE 802.11 常常被混淆，兩者的區別可以概述為 IEEE 802.11 是一種無線區域網路標準，而 Wi-Fi 是 IEEE 802.11 標準的一種實現。IEEE 802.11 標準中制定了多個物理層 (PHY) 規範，產品實現除了 Wi-Fi，還有 WiGig，WiGig 聯盟併入 Wi-Fi 聯盟後，被定義為 Wi-Fi 的擴展推出了 Wi-Fi CERTIFIED WiGig 認證計畫。在這兩類範圍以外還有兩個區別明顯的物理層規範 TVHT PHY 和 S1G PHY，工作在 1 GHz 以下頻段。市場上有出自於 TVHT PHY 的「Super Wi-Fi」，工作在電視空白頻段。Wi-Fi 聯盟曾就此發表聲明，由於其無法與 Wi-Fi 裝置互操作，不鼓勵使用諸如「Super Wi-Fi」之類易於混淆的名稱，也還沒有工作於電視空白頻段的 Wi-Fi 技術 。

## 用途

### 網路連接

* 具 Wi-Fi 功能的裝置：如個人電腦，遊戲機，智慧型手機或數位音訊播放器可以從範圍內的無線網路連接到網路。一個或多個（互聯）存取點–稱之為熱點 - 可以組成一個面積由幾間房間到數平方英里範圍的上網空間，覆蓋的面積大小可能取決於存取點的重疊範圍。Wi-Fi 技術已被用於無線網狀網路，例如，在倫敦、英國，除了家裡和辦公室使用外，Wi-Fi 無線網路還可以提供免費使用的公開熱點和各種商業服務。
* 組織和企業：例如機場、飯店、餐廳等經常提供來訪者免費熱點，以吸引或協助客戶。商家會依愛好者希望提供服務，有時也為在某些領域推銷企業而提供免費的 Wi-Fi 站點。目前在中國大陸和台灣，許多大型飯店和商場的內部，都會提供免費 Wi-Fi 熱點供來訪者使用網際網路，一些城市或區域如北京市海淀區還提供了區域性的政府免費無線網「海淀區免費無線網路」[1]。截至 2008 年為止，Wi-Fi 的（Muni-Fi）的項目已超過 300 個城市參與。2010 年捷克共和國已有 1150 家 Wi-Fi 網路服務供應商。
* 路由器，結合了數據機和 Wi-Fi 存取點，通常設定在家裡房間、飯店客房或其他場所，可以提供網際網路連接以及和網際網路的所有裝置連接（無線或有線）。但因為家用無線路由器的功率較小，所以其訊號覆蓋範圍、訊號強度也較小。隨著 MiFi 和 WiBro（攜帶式 Wi-Fi 路由器）的出現，可以很容易地建立自己的 Wi-Fi 熱點，透過電信網路連接到網路。現在，許多行動電話（智慧型手機）也可充當小型無線路由器，供周圍的裝置連接網際網路。
* 也可以使用 ad-hoc 模式，不經路由器而是客戶端直接連接到另一個客戶端的 Wi-Fi 裝置。Wi-Fi 無線覆蓋範圍，也包含了浴室、廚房和花園等地，使網路無所不在。

### 城市 Wi-Fi 覆蓋

21 世紀初期，世界各地的許多城市都宣布計劃構建全市 Wi-Fi 網路。但這比最初發起人設想的更為困難，結果這些項目大多被取消或無限期擱置。但是有幾個是成功的，例如在 2005 年，美國加州森尼維爾成為在美國的第一個提供全市免費 Wi-Fi 的城市。2010 年 5 月，倫敦市長鮑里斯・約翰遜承諾到 2012 年倫敦 Wi-Fi 普及，幾個自治市鎮包括威斯敏斯特和伊斯靈頓已經有了廣泛的 Wi-Fi 覆蓋。全球已建和建造中的 Wi-Fi 城市已經超過 500 個，其中覆蓋率最高者為台北市，其已達到全市已有 4000 個無線存取點（AP, Access Point）未來將至 10,000 個，覆蓋率達到 90%，全球主要的大都市的重要公共場所多已有 Wi-Fi 技術，如上海、台北、香港、新加坡、漢堡、巴黎、華盛頓、倫敦、紐約等。

### 校園 Wi-Fi 覆蓋

卡內基美隆大學於 1994 年在其匹茲堡校區建立世界上第一個無線網路，比起源於 1999 年的 Wi-Fi 品牌還要早。2000 年，費城德雷克塞爾大學創造了歷史，成為美國第一個提供全校園無線網路覆蓋的主要大學。現在大多數校園已設定無線網路。

在臺灣的許多大學圖書館、教室、公共空間等地，也設有免費 Wi-Fi 熱點，提供學生使用。

在中國大陸，各大高等院校以及許多中學校園內覆蓋有免費或收費的教育網校園 Wi-Fi，以及電信營運商架設的收費校園熱點（中國電信：ChinaNet，中國移動：CMCC，中國聯通：ChinaUnicom）。

在澳門，各大專院校各自提供該校專門的 Wi-Fi 供學生使用，多數需要以學生個人編號和密碼來登入。

另外，全世界許多科研和教育機構都提供教育網漫遊服務 eduroam，加入該聯盟的機構成員可使用本機構的帳號，在各聯盟單位內實現無線網路存取的無障礙漫遊。

### 電腦對電腦直接通訊

Wi-Fi 無線通信也可以不需通過存取點，直接從一台電腦傳出到另一台。這就是所謂 Ad-hoc 模式的 Wi-Fi 傳輸。這種無線 ad-hoc 網路模式受到掌上遊戲機（如任天堂的 3DS 遊戲機）、數位相機和其它消費性電子裝置的歡迎。Wi-Fi 聯盟推動一個新的安全方法規範，稱為 Wi-Fi Direct，直接進行檔案傳輸和媒體共享。

## 優勢和挑戰

### 商業優勢

Wi-Fi 部署區網（LAN）可讓客戶端裝置無需使用電線，降低網路部署和擴充的成本。許多空間不能架設電纜，如戶外區和歷史建築，可運用無線區網來改善。

現在大多數筆記型電腦製造商已經內建無線網路裝置。Wi-Fi 的價位持續下跌，使之漸漸普及，已成為企業普遍的基礎設施。

根據 Wi-Fi 聯盟指定，「Wi-Fi 認證」是向後相容的。它指定一套全球統一標準：不同於行動電話，任何 Wi – Fi 標準裝置將在世界上任何地方正確執行。

Wi-Fi 已在 22 萬個以上公開熱點和幾千萬戶家庭、公司及世界各地的大學校園中使用。2010 年，Wi-Fi 保護存取加密 (WPA2) 被認定安全，能讓使用者使用強大的密碼。新協定的 Wi-Fi Multimedia（WMM）說明 Wi-Fi 更適合於延遲敏感型應用（如語音和影片），此外，WMM 的省電機制能提高電池效率。

### 限制

Wi-Fi 在全球各地的頻率分配和操作限制並不相同。台灣、美國所用的標準在 2.4 GHz 頻帶有 11 個頻道，而在歐洲大部份地區有另外的 2 個頻道，即 13 個頻道（1-11 v.s 1-13），日本還要追加一個（1-14）。這造成混亂現象：一個 Wi-Fi 訊號在 2.4 GHz 頻段實際上佔用五個頻道，兩個頻道編號之差大於 5 的頻道，如 2 和 7，不會發生頻道重疊，因此在美國只有 3 個非重疊頻道：1、6、11。在歐洲有三個或四個非重疊頻道：1、6、13 或 1、5、9、13。Effective Isotropic Radiated Power（EIRP）在歐盟被限制為 20 dBm 的（100mW）。

### 傳遞的距離

Wi-Fi 網路範圍有限。一個使用 802.11b 或 802.11g 的典型無線路由器和天線，802.11n 可到達超過這個範圍兩倍的距離，範圍隨頻率的波段調整。Wi-Fi 在 2.4 GHz 的頻率傳遞範圍和距離比 5 GHz 的頻率稍微好些，由於高頻譜 (GHz) 的關係。越高的頻譜傳送範圍較小，速度較快。越低的頻譜傳送範圍較遠，速度較慢。

通過使用定向天線，室外覆蓋範圍可提高數公里或以上。在一般情況下一個 Wi-Fi 裝置的最高功率傳輸是受限於地方法規，如美國 FCC 第 15 條。

為達到無線區網的應用要求，和其他裝置相比 Wi-Fi 顯得相當耗電。其他技術如藍牙（可支援無線 PAN 應用）提供了一個較小的傳播範圍（小於十公尺），因此耗電量較低。其他低耗電技術，如 ZigBee 的有相當長的範圍，但傳輸速率卻很低。Wi-Fi 的高耗電特性使得電池壽命的問題漸受重視。

研究人員已經開發出「不須新線」的技術，試圖彌補 Wi-Fi 室內範圍不足的問題。安裝新的電線（如 cat-5）不具成本效益，ITU-T G.hn 標準的高速區域網路使用現有的家庭線路（同軸電纜，電話線和電源線）來達成。雖然 G.hn 不具備一些 Wi-Fi 優勢（如可移動性或戶外使用），它的設計應用（如 IPTV 分配）仍在室內範圍發揮功能。

典型 Wi-Fi 的頻率由於電波傳播的複雜性，特別是樹和建築物影響訊號的反射，只能大約測出 Wi-Fi 有關地區的發射器的訊號強度。但這不包括遠距離 Wi-Fi，因為遠距離 Wi-Fi 是使用塔台或高建築頂上的天線所架設的。

基本上，Wi-Fi 的實際應用範圍非常有限，例如；倉庫中或零售空間的盤點機、結帳條碼閱讀器、收發台。市面上的無線路由器最低覆蓋率可達 80 平方公尺，蘋果公司的 AirPort 技術更可達 100-140 平方公尺。

## 技術簡述

### 網路成員和結構

* 站點（Station），網路最基本的組成部分。
* 基本服務單元（Basic Service Set，BSS）。網路最基本的服務單元。最簡單的服務單元可以只由兩個站點組成。站點可動態連結（associate）到基本服務單元中。
* 分配系統（Distribution System，DS）。分配系統用於連結不同的基本服務單元。邏輯上，分配系統使用的媒介（Medium）和基本服務單元使用的媒介完全不同，儘管物理上它們可能會是同一個媒介，例如同一個無線頻段。
* 存取點（Access Point，AP）。存取點即有普通站點的身分，又有連接到分配系統的功能。
* 擴充服務單元（Extended Service Set，ESS）。由分配系統和基本服務單元組合而成。這種組合是邏輯上，並非物理上。不同的基本服務單元物有可能在地理位置相去甚遠。分配系統也可以使用各種各樣的技術。
* 關口（Portal）。也是一個邏輯成分，用於將無線區域網路和有線區域網路或其它網路聯絡起來。

這裡有 3 種媒介，站點使用的無線媒介，分配系統使用的媒介，以及和無線區域網路整合一起的其它區域網路使用的媒介。物理上它們可能互相重疊。IEEE 802.11 只負責在站點使用的無線的媒介上的定位（Addressing）。分配系統和其它區域網路的定位不屬無線區域網路的範圍。

IEEE802.11 沒有具體定義分配系統，只是定義了分配系統應該提供的服務（Service）。整個無線區域網路定義了 9 種服務：

* 5 種服務屬於分配系統的任務，分別為，連接（Association）、結束連接（Diassociation）、分配（Distribution）、整合（Integration）、再連接（Reassociation）。
* 4 種服務屬於站點的任務，分別為，授權（Authentication）、結束授權（Deauthentication）、隱私（Privacy）、MAC 資料傳輸（MSDU delivery）。

## 運作原理

Wi-Fi 的設定至少需要一個存取點（Access Point，AP）和一個或一個以上的客戶端使用者（client）。無線 AP 每 100ms 都會將 SSID（Service Set Identifier）經由 beacons（訊號台）封包廣播一次，beacons 封包的傳輸速率是 1 Mbit/s，並且長度相當的短，所以這個廣播動作對網路效能的影響不大。因此 Wi-Fi 規定其最低傳輸速率為 1 Mbit/s，以確保所有的 Wi-Fi client 端都能收到這個 SSID 廣播封包，client 可以藉此決定是否要和這一個 SSID 的 AP 連線。使用者可以設定要連線到哪一個 SSID。Wi-Fi 系統開放對客戶端的連接並支援漫遊，這就是 Wi-Fi 的好處。但亦意味著，一個無線配接器有可能在效能上優於其他的配接器。_由於 Wi-Fi 通過空氣傳送訊號_，所以和非交換乙太網路路有相同的特點。

近兩年，出現一種 WIFI over cable 的新方案。此方案屬於 EOC（ethernet over cable）中的一種技術。通過將 2.4G wifi 射頻降頻後在 cable 中傳輸。此種方案已經在中國小範圍內測試商用。

## 讀音爭議

2012 年 11 月 6 日，《山東商報》參照山東外事職業大學商務英語教研室主任溫顏的說法稱：「Wi-Fi 的發音從語法角度來說，應該為『微費』，因為「這個詞是由『wireless』（無線電）和『fidelity』（保真度）這兩個英語單詞組成，但是發音又不能按照這個詞的發音來，因為『Wi-Fi』是一個合成詞，應該按照一個單詞的語法來發音。這個詞中有兩個元音字母『i』，所以應該發短音，故從語法角度講，發音應是『微費』」。這種說法一時在中國大陸網路上引起了很大爭議，有網友參照牛津字典中的 /ˈwaɪ faɪ/ 音標和美劇《生活大爆炸》的相關片段來質疑。但也有網友稱法國小羅伯特詞典（Le Petit Robert）中 Wi-Fi 一詞法語發音的音標是 /wifi/，發音接近漢語的「微費」。

## 參考文獻

## 參見

* WiGig
* Wi-Fi Direct
* WiMAX
* Hi-fi
* Li-Fi