新知丨WiFi源起霍金？

互聯網問世之後，凡是有網線的地方就可以上網，可沒網線的地方就感覺不方便了。人們又有了新的期盼：沒有網線的情況下，能否接入互聯網呢？

後來，有人發明了當今使用最廣泛的一種無線網絡傳輸技術，該技術實際上就是把有線網絡信號轉換成無線網絡信號，為設備建立網絡連接。這樣，帶有無線信號發送/接收設備（如無線網卡）的終端不用網線也可以上網了。這個無線網絡技術的代名詞就是WiFi。

如今，WiFi在生活中已無處不在，似乎世界上任何一個角落都有它的身影。近年來，WiFi的發展更是迅猛，據相關部門的市場統計數據，2017年市場上的WiFi設備總量已接近200億。

了解WiFi是誰發明的麽？這個問題的答案一直存有爭論。客觀地說，WiFi涉及的技術面很廣，其中還含有不少專利，簡單地歸結於某個發明人似乎有失公允。

那WiFi技術源起哪裡？基於愛因斯坦((Albert Einstein)所說的那句名言：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要”。追根尋源，可以負責任地說：WiFi源起霍金提出的一種黑洞理論。

歐洲核子研究中心(CERN)在2015年發布的題為“BIGSCIENCE: What’s It Worth?”的特別報告中指出：大科學產生了一些重大的創新，這些創新有的似乎超出了大科學的初衷。報告列出了大科學重大創新的6個案例，WiFi是其中之一。

報告指出：WiFi是大多數人所熟悉的，但如果沒有天文學和霍金，WiFi不可能實現，這一點並不是很多人都了解。

“BIG SCIENCE: What’s It Worth?”將WiFi列為大科學重大創新案例之一(圖片來自網絡)

霍金輻射

霍金(Stephen WilliamHawking)是英國著名的物理學家和宇宙學家，他與WiFi技術究竟有什麽關係呢？

1974年，霍金提出了一種黑洞理論。所謂黑洞，是指宇宙太空中一種引力極強的奇異天體，之所以說它“黑”是因為它像個無底洞，任何物質一旦掉進去似乎就再不能逃脫出來了，從黑洞輻射的光也無法逃逸出來。人類不能直接觀測到黑洞，只能通過測量黑洞對周圍天體的作用及影響來間接觀測或推測它的存在。

霍金提出的這種理論認為：黑洞並不總是黑的，當它的溫度達到極高並開始塌縮時就會產生爆炸，並且向太空發出一種輻射，這種輻射被稱為霍金輻射。如果霍金的這種理論正確，只要想辦法破譯這種輻射脈衝，就可能找到關於黑洞的奧秘。

霍金(StephenWilliam Hawking)(圖片來自網絡)

當時，畢業於澳大利亞雪梨大學的奧沙利文(John O'Sullivan)博士在荷蘭無線電天文基金會工作。他被霍金的黑洞理論深深吸引，由此提出了一個測試霍金輻射的計劃，並和同事開始設法測量霍金所說的從爆炸的黑洞發出來的無線脈衝信號。

奧沙利文(John O'Sullivan)(圖片來自網絡)

據奧沙利文後來回憶：“當時有很多研究小組試圖找到霍金輻射的證據。我們使用了複雜的技術，精密的無線電望遠鏡，改進了光譜儀，記錄了數百米的膠片，研究了這些信號的典型特徵，但沒有發現確鑿的從爆炸黑洞發射出來的霍金輻射的證據。”

奧沙利文在處理那些數據和設備時突然想到，如果有一個能夠執行快速傅立葉變換(Fast Fourier Transformation，簡稱FFT)(一種高效、快速分析信號的方法)的數字硬體，應該可以更好、更有效、更有效地處理數據(指進一步改善和增強射電太空影像的清晰度)。”1977年，奧沙利文等人在美國光學學會雜誌上發表了題為“影像清晰度，傅裡葉光學與冗余間距干涉(Image sharpness, Fourier optics, and redundant-spacinginterferometry)”的論文，文中給出了影像銳度標準的簡單證明，提出了一種增強和改善射電天文影像清晰度的技術方法。

奧沙利文等人1977年在美國光學學會雜誌上發表的論文(圖片來自網絡)

CSIRO

澳大利亞的“聯邦科學與工業研究組織CSIRO(Commonwealth Scientificand Industrial Research Organisation)”屬於國家科學機構，該機構致力於通過研究為政府提供新的科學途徑，提高經濟效益和社會效益，造福社會。

1983年，奧沙利文回到澳大利亞，在CSIRO長官一個團隊研究無線電物理學信號的處理，並為他們的技術尋找商業應用的途徑。

那時，雖然已有人發明了無線局域網絡(Wireless Local AreaNetworks, WLAN)，但真正用的WLAN方案性能卻很差，傳輸速率只有每秒100K比特(比特是資訊技術中最小存儲部門)。奧沙利文他們所想要的是與有線網有同樣功能的WLAN，這意味著信號傳輸速率要達到每秒100M比特，相當於要將現有性能提高1000倍。這個目標遠遠高於當時的技術所能達到的水準。要達到這個要求必須衝破原有技術的框框，需要解決的問題太多了。為此，奧沙利文組建了一個跨學科的團隊，成員中包括了物理、數學、信號處理、控制系統、網絡協定、無線電天文學專業的人才。

在處理無線電信號的研究過程中，奧沙利文發現：無線電信號在傳播中如果遇到牆壁等障礙物反射時會產生干擾，這大大增加了信號的出錯率。他意識到，從本質上說，這個現象與他們以前在無線電天文學中要解決的，尋找從爆炸黑洞發出的霍金輻射非常相似，解決問題的關鍵都是要想辦法應用快速傅裡葉變換(FFT)等技術來處理所獲得的數據。

奧沙利文帶領的團隊，在早期他們研究探測霍金輻射時所應用的快速傅裡葉變換技術的基礎上，結合了多載波調製(Multicarrier Modulation)、前向糾錯(forward error-correcting)及交叉存取(interleaving)等多項技術，最終巧妙地解決了無線信號傳輸過程中的干擾問題。1988年，他們與一家私營澳大利亞芯片製造商合作，開發出首個用於FFT的芯片。

1992年，CSIRO為奧沙利文的無線局域網技術申請了臨時專利。之後，又在美國和其他地方遞交了專利申請。在積極尋找商業合作夥伴的同時，CSIRO努力使此項技術的方案更接近市場的應用需求。1996年，此項技術獲得了美國專利商標局授予的無線網技術專利號(US Patent Number 5487069)。

CSIRO擁有的“Apparatus and methods for wirelesscommunications”專利(圖片來自網絡)

(注：實際上，CSIRO這項專利所涉及的核心技術中，“多載波調製”早在1950年就發明了，“前向糾錯”技術在1968年就被NASA採用，而“交叉存取”技術也已被應用多年。只是這幾項技術的提出者當時並沒有認識到自己的技術屬於真正的發明，因而沒有申請相關的專利。)

IEEE

電氣和電子工程師協會IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers)是一個國際性的電子技術和資訊科學工程師的協會，是目前全球最大的非營利性專業技術學會，致力於推動電氣、電子、電腦工程和與科學有關的領域的開發和研究，在太空、電腦、電信、生物醫學、電力及消費性電子產品等領域已制定了900多個行業標準，現已發展成為具有較大影響力的國際學術組織。IEEE電腦專業學會下設的局域網/城域網標準委員會又稱為802委員會。

1997年，CSIRO向IEEE公開了自己的無線局域網技術專利，IEEE-802委員會發布了原始版無線通信協定標準802.11，它涵蓋了CSIRO專利的部分內容。1999年，802.11a及更新版802.11b發布。為了積極推進新版的無線局域網標準的普及，IEEE專門成立了一個“無線以太網兼容性聯盟WECA(Wireless EthernetCompatibility Alliance)”。

WECA委託某品牌谘詢公司為無線局域網標準“IEEE 802.11b DirectSequence”起個簡稱，最終在品牌谘詢公司提出的十多個方案中采納了“Wi-Fi”，這就是後來人們簡稱為WiFi這個詞的最初來歷，它並不像某些資料中所說的是Wireless Fidelity(無線保真)的縮寫。

(注：1971年，美國夏威夷大學研發了一個ALOHANET電腦網絡系統，以無線網的方式連接夏威夷的各個島嶼。1991年，NCR和AT&T公司聯合發明了WaveLAN，用於他們開發的收銀系統，有些人認為這應是WiFi真正的先驅。1994年，美國卡耐基梅隆大學在匹茲堡校區創建了世界上第一個無線校園網，名為“Wireless Andrew”。但是，當IEEE官方1997年開始進行定義802.11標準之時，經過專家們評估，IEEE最終選擇並認定CSIRO的無線網技術是當時世界上最好的。可能這與CSIRO申請了WiFi專利有些關係，其它的科技團隊在這點上比較被動。)

專利之戰

IEEE曾致函CSIRO，說明802.11標準的部分技術使用了CSIRO的專利，詢問CSIRO是否願意免費向業界廠商提供該項專利的許可。這個請求遭到了CSIRO的拒絕。

CSIRO在1996年獲得美國授予的無線網技術專利後就開始進行商業推銷，但並沒得到任何公司的理睬。2001年，隨著第一批基於802.11標準的商用WiFi產品進入市場，CSIRO便揭開了圍繞WiFi專利的訴訟大戰。

日本的Buffalo Technology公司成為CSIRO索要WiFi專利費的第一個目標，最終CSIRO贏得了這場官司，但該公司規模不大，CSIRO並沒有得到多大的經濟利益。不過，局面卻由此打開。

CSIRO與微軟、戴爾、英特爾在內的10多家大公司的WiFi專利訴訟戰於2009年取得進展，那些公司只得同意向CSIRO支付一筆巨額版權費。2012年，CSIRO又在美國贏得了WiFi專利訴訟，繼而與23家通信公司達成了版權協定。隨後，通過官司勝訴或庭外和解，CSIRO收取了世界上幾乎所有電器電信公司的專利使用費。

奧沙利文及他的團隊為澳大利亞的CSIRO提供了最劃算的專利技術，據估計，總經濟利益超過了10億美元。澳洲媒體將WiFi譽為澳洲有史以來最重要的科技發明，奧沙利文也被澳洲媒體稱為“WiFi之父”。

榮譽

基於在天文學和無線技術方面的成就，奧沙利文獲得了眾多榮譽：

2009年獲“CSIRO獎章(CSIRO Chairman’s Medal)”以及澳大利亞科學界的最高榮譽——“澳大利亞總理科學獎(Australian PrimeMinister's Prize for Science)”。

2012年獲歐洲專利局EPO頒發的“歐洲發明家獎(European Inventor Award)”，表彰他為已在全球數十億設備中使用的無線局域網技術(WiFi)創造了基礎。

2017年獲IEEE頒發的“消費性電子產品獎(IEEE Masaru Ibuka ConsumerElectronics Award)”，表彰他對高速無線局域網技術的開創性貢獻。

奧沙利文獲歐洲專利局EPO頒發的2012年“歐洲發明家獎”(圖片來自網絡)

奧沙利文獲IEEE頒發的2017年消費性電子產品獎(圖片來自網絡)

結語

不可否認，WiFi技術極大地推動了科技的進步，也為人們的日常生活帶來了極大的便利。如今，WiFi技術承載著全球超過42% 的移動數據流量和90% 的平板電腦數據流量。當然，隨著科技的發展，更新的無線網絡技術或許會逐漸取代WiFi。

簡單地將奧沙利文等人作為WiFi的發明人似乎不十分合適，因為WiFi涉及的技術面很廣，其中還含有不少專利，但奧沙利文等人的確對WiFi技術的發展做出了重要貢獻。

愛因斯坦在1938年與波蘭物理科學家英費爾德(Leopold Infeld)合著的《物理學的進化(The Evolution of Physics)》中指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許是一個數學上或實驗上的技巧問題。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問題，卻需要創造性的想像力，而且標誌著科學的真正進步。”

《The Evolution of Physics》(圖片來自網絡)

對於WiFi，幾項權威的國際大獎並沒有頒發給提出問題的霍金，而是發給了奧沙利文等解決問題的人，但頒獎背景資料中都特別說明：WiFi來自天文學和霍金。

CERN發布的“BIG SCIENCE: What’s ItWorth?”特別報告中，WiFi這一節的標題是“它來自於太空”。

奧沙利文本人則總結為：“WiFi是藍色天空研究得到更廣泛應用的極好例子，如果沒有這位天文學家的想象，這是不可能實現的。”

■小溪/文

■曾珊、齊法制/審校