Wi-Fi 7，不僅僅支持極高的吞吐量
繼Wi-Fi 6E之后，第7代Wi-Fi，也被稱為IEEE 802.11be或Wi-Fi 7即將開啟！這將是有史以來最快的Wi-Fi技術(shù)并帶來變革，為我們?nèi)粘Ｉ钪械木W(wǎng)絡(luò)和在線活動提供好得多的用戶體驗(yàn)。它將賦能并加速許多高要求的應(yīng)用，如8K視頻流、全沉浸式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)/虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、游戲和云計(jì)算。在本文中，我們將介紹802.11be Release 1將支持的主要功能，和了解Wi-Fi 7的好處，以及Wi-Fi 7如何賦能未來的聯(lián)接。
Wi-Fi 7關(guān)鍵功能
• 320 MHz信道帶寬
隨著6 GHz頻段向Wi-Fi應(yīng)用開放，Wi-Fi 7在6 GHz頻段上支持最大的320 MHz信道帶寬，同時(shí)在5 GHz和6 GHz頻段上繼續(xù)支持20/40/80/160 MHz信道帶寬，在2.4 GHz頻段上支持20/40 MHz。與現(xiàn)有的Wi-Fi 6/6E相比，僅320 MHz信道帶寬就使Wi-Fi 7的最快速度提高了一倍。
圖1：320 MHz信道帶寬
• 4096 (4K) QAM
正交調(diào)幅（QAM）被廣泛用作Wi-Fi中的一種調(diào)制方案。它是一種同時(shí)混合載波的振幅和相位變化的技術(shù)。Wi-Fi 6最高支持1024 QAM。在下面的左圖中，每個點(diǎn)代表一個10位數(shù)據(jù)（符號）。Wi-Fi 7支持4096 QAM。在下面的右圖中，每個點(diǎn)代表一個12 bits位數(shù)據(jù)（符號）。換句話說，Wi-Fi 7中用QAM調(diào)制的每個符號可以比Wi-Fi 6多傳輸2位的信息。相當(dāng)于速度快20%。
圖2：1024 QAM對比4096 QAM
• 多鏈路工作(MLO)
多鏈路工作（MLO）是Wi-Fi 7中一個非常重要和有用的功能。它使設(shè)備能夠在多個不同的頻段和信道上同時(shí)收發(fā)。它類似于有線（即以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)的鏈路聚合或中繼功能，但更精密和靈活。 它允許在不同的頻段和信道中創(chuàng)建一個捆綁或粘合的多個鏈路（無線電），作為連接對等體之間的一個虛擬鏈路。每個單獨(dú)的鏈路（無線電）可獨(dú)立工作，也可與其他鏈路同時(shí)工作，或協(xié)調(diào)以獲得最佳的總速度、延遲、范圍（覆蓋）和/或省電。Wi-Fi 7 MLO是一個MAC層方案，用于同時(shí)使用多個鏈路，并對高層協(xié)議和服務(wù)透明。 MLO可以提高吞吐量、鏈路穩(wěn)健性、漫游和減輕干擾，并減少延遲。
圖3：多鏈路工作
例如，在一個由三頻（6 GHz、5 GHz、2.4 GHz）網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)或接入點(diǎn)（AP）組成的家庭網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，MLO可用于為家庭網(wǎng)絡(luò)形成高速、低延遲的無線骨干網(wǎng)，并為連接到網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)/AP的設(shè)備提供回程服務(wù)。如果每個網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)都支持4x4 triband并發(fā)配置，總的回程（骨干網(wǎng)）支持高達(dá)21.6 Gbps的速度。 有了MLO，回程（骨干網(wǎng)）也更加穩(wěn)健和可靠。在5GHz鏈路被雷達(dá)（DFS）中斷的情況下，流量可以自動切換到6GHz和2.4GHz鏈路，不會出現(xiàn)服務(wù)中斷或服務(wù)質(zhì)量（QoS）下降的情況。與基于Wi-Fi 7 MLO的回程相比，今天的Wi-Fi 6和6E網(wǎng)狀解決方案使用4x4無線電中的一個來形成無線回程，這只能提供4.8Gbps的速度。如果該鏈路有干擾或中斷，整個回程（骨干網(wǎng)）會受到影響或中斷，從而導(dǎo)致QoS下降或中斷。
當(dāng)客戶端設(shè)備，如智能手機(jī)、筆記本電腦等支持多個無線電時(shí)，MLO不僅在設(shè)備和AP之間建立一個更大的管道，以獲得更高的速度、更低的延遲和更高的可靠性，而且還能改善用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)無縫漫游。
• 多資源單元 (MRU)
Wi-Fi 7增加了新的資源單元（RU）分配機(jī)制。相比Wi-Fi 6，AP只為每個STA分配一個RU，Wi-Fi 7支持為一個站（STA）分配多個資源單元（MRU）。MRU進(jìn)一步提高了頻譜的利用效率，根據(jù)需要為每個STA的帶寬（QoS）控制提供更大的靈活性，并進(jìn)一步減輕干擾和與在同一頻段或信道上運(yùn)行的現(xiàn)有設(shè)備共存。
圖4：320 MHz 正交頻分多址(OFDMA) 數(shù)據(jù)包協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)的RU和MRU
這種MRU機(jī)制同時(shí)支持正交頻分多址（OFDMA）和非OFDMA（即多用戶多入多處MU-MIMO）模式。在OFDMA模式下，它支持小的MRU和較大的MRU，以便更靈活地分配RU/MRU，而不會使MAC和調(diào)度器設(shè)計(jì)過于復(fù)雜。在非OFDMA模式下，它為子信道的前導(dǎo)碼打孔(preamble puncturing) 提供最大的靈活性。
例如，任何20 MHz子信道，除了主信道，或40/80 MHz的信道，都可以在320 MHz的帶寬內(nèi)進(jìn)行“打孔”。這使得在有干擾的情況下，傳輸可以最大限度地利用信道的頻譜，如果有現(xiàn)有設(shè)備在信道的某些頻譜段上運(yùn)行，則可以實(shí)現(xiàn)最佳的共存。
Wi-Fi 7還有許多其他新功能和改進(jìn)。這些功能包括前導(dǎo)碼打孔、目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）和限制的TWT（rTWT）、擴(kuò)展的范圍（MCS 14和MCS 15）等。其他功能，如多AP協(xié)調(diào)（協(xié)調(diào)波束成形、協(xié)調(diào)OFDMA、協(xié)調(diào)空間重用、聯(lián)合傳輸）、16個空間流和混合自動重傳請求(HARQ)等，可能會在第2版中得到支持，因此本文沒有涉及。
Wi-Fi 7如何使終端用戶受益？
• 極高的吞吐量
Wi-Fi 7支持快如閃電的速度。在其前輩Wi-Fi 6（又名802.11ax）的基礎(chǔ)上，Wi-Fi 7支持極高的吞吐量（EHT），如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格定義，其原始數(shù)據(jù)率高達(dá)46 Gbps，具有16個空間流。這比在Cat 6/6a/7電纜上運(yùn)行的10 Gbps以太網(wǎng)快得多。 最接近的接入和連接技術(shù)是Thunderbolt 3/4、USB 4和HDMI 2.1，提供40 Gbps或更高的最大原始數(shù)據(jù)速率。
Wi-Fi 7支持320 MHz信道帶寬，是Wi-Fi 6的兩倍。Wi-Fi 7還將QAM顆粒度從1024（1K）提高到4096（4K），從而使速度比W-Fi 6/6E或Wi-Fi 5 Wave 3快20%。 此外，Wi-Fi 7還將空間流的最大數(shù)量增加了一倍，從8個增加到16個，以某種方式可與天線數(shù)交換。因此，由于Wi-Fi 6/6E支持高達(dá)9.6 Gbps的8個空間流，Wi-Fi 7支持總共高達(dá)46 Gbps的16個空間流（9.6Gbps x2（雙帶寬）x1.2（QAM改進(jìn)）x2（空間流））。
有了這樣極高的速度，用戶常用的設(shè)備如通常有兩個Wi-Fi天線（2個空間流）的智能手機(jī)、筆記本電腦等的網(wǎng)速最快可達(dá)每秒多千兆比特（5.8 Gbps）。由于嚴(yán)格的電源或外形限制，許多使用1根天線的設(shè)備也可以支持高達(dá)2.9 Gbps的數(shù)據(jù)速率。由于不需要額外的功率放大器或前端模塊，用戶無需支付額外的天線或更高的電費(fèi)就可以獲得超過2倍的速度。這將是未來許多應(yīng)用的范式轉(zhuǎn)變。
• 超低延遲
延遲是服務(wù)質(zhì)量（QoS）和用戶體驗(yàn)的另一個關(guān)鍵參數(shù)。它對實(shí)時(shí)應(yīng)用尤為關(guān)鍵。許多多媒體應(yīng)用，如高分辨率實(shí)時(shí)視頻流、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云游戲和實(shí)時(shí)編程，都要求延遲小于20毫秒甚至更低。 要在無線環(huán)境中實(shí)現(xiàn)如此低的延遲并不容易。在云計(jì)算用例中，廣域網(wǎng)(WAN)側(cè)的延遲也應(yīng)考慮在內(nèi)，大概是10毫秒，或者是光纖接入的稍長一些。也就是說，WAN調(diào)制解調(diào)器到終端客戶設(shè)備之間的延遲預(yù)算對于實(shí)現(xiàn)良好的用戶體驗(yàn)是非常具有挑戰(zhàn)性的。10-20毫秒的延遲可以通過Wi-Fi 6實(shí)現(xiàn)。而在競爭更少的環(huán)境中，用Wi-Fi 6E可以實(shí)現(xiàn)更低的延遲。 Wi-Fi 7有助于將延遲降至10毫秒以下，并利用802.11be標(biāo)準(zhǔn)中的各種工具，最終將延遲降至1毫秒以下的確定邊界。這些工具包括MLO、TWT和rTWT、改進(jìn)的觸發(fā)式傳輸，以及最終整合時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)（TSN）功能。
• 更穩(wěn)定可靠的聯(lián)接
如上所述，MLO提供了一種動態(tài)機(jī)制來適應(yīng)多個鏈路之間的聯(lián)接。傳輸負(fù)載在兩個鏈路對等體（如接入點(diǎn)和客戶設(shè)備）之間的聯(lián)接，可以根據(jù)鏈路質(zhì)量如性能和穩(wěn)健性等指標(biāo)進(jìn)行動態(tài)平衡，也就是負(fù)載平衡。如果其中一條鏈路出現(xiàn)干擾或鏈路損失（例如，由于范圍的原因），聯(lián)接仍然可以在其余的鏈路上運(yùn)行，傳輸可以無縫地從故障鏈路切換到正常工作的鏈路，又稱快速故障切換。 MRU/RU和前導(dǎo)碼打孔也有助于提高聯(lián)接的穩(wěn)定性。例如，當(dāng)工作頻道的某些子頻道或頻譜的某些部分受到干擾時(shí)，接入點(diǎn)可以避免使用這些受干擾的子頻道或RU/MRU，并根據(jù)當(dāng)前環(huán)境狀況和頻道狀態(tài)優(yōu)化傳輸。此外，MCS14和MCS15，被定義為提高信號信噪比(SNR)，它還能在鏈路對等體之間的距離延長時(shí)提高聯(lián)接的穩(wěn)健性。
• 進(jìn)一步減輕干擾和更好地共存
在Wi-Fi 5的基礎(chǔ)上，Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E已經(jīng)增強(qiáng)了許多減少干擾和與現(xiàn)有設(shè)備共存的功能。Wi-Fi 6提供更靈活的子信道打孔(puncturing)模式，并能利用OFDMA模式中的RU來避免低至2 MHz（最小的RU，有26-tone）的更細(xì)微的干擾。Wi-Fi 6E支持自動頻率協(xié)調(diào)（AFC），以便與現(xiàn)有的設(shè)備共存。Wi-Fi 7具有MRU和最靈活的前導(dǎo)碼打孔功能，在OFDMA和非OFDMA（MU-MIMO）模式下支持所有可能的子信道和高分辨率打孔模式，更進(jìn)一步減輕干擾，為不同類型的服務(wù)提供最佳的QoS。
圖5：通過前導(dǎo)碼打孔、MRU/RU和AFC減輕干擾和更好地共存
• 更好的漫游用戶體驗(yàn)
MLO還能改善用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)無縫漫游。它提供802.11be標(biāo)準(zhǔn)中定義的內(nèi)置漫游增強(qiáng)功能。例如，當(dāng)設(shè)備離接入點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，MLO仍然是接入點(diǎn)和設(shè)備之間的ML（多鏈路）聯(lián)接，可以自動在2.4 GHz頻段上運(yùn)行，而不需要切換頻段。反之亦然，如果設(shè)備離接入點(diǎn)更近，MLO可以自動和動態(tài)地在5 GHz和6 GHz頻段上運(yùn)行，以獲得更高的性能。相比之下，今天的Wi-Fi 6和6E AP必須依靠應(yīng)用層的頻段轉(zhuǎn)向或客戶端轉(zhuǎn)向功能，來強(qiáng)行將客戶端引導(dǎo)到不同的頻段。它并不總是像預(yù)期的那樣工作，因?yàn)榻尤朦c(diǎn)對客戶設(shè)備沒有控制權(quán)，客戶設(shè)備決定是否切換頻段。此外，供應(yīng)商之間的兼容性是無縫漫游的另一個巨大挑戰(zhàn)。
圖6：利用MLO實(shí)現(xiàn)無縫漫游體驗(yàn)
• 更高的頻譜效率
從頻譜利用效率的角度來看，Wi-Fi 7提供的效率甚至高于Wi-Fi 6/6E。更高的效率可得益于Wi-Fi 7的多個功能，如MRU、前導(dǎo)碼打孔、MLO、4096 QAM和未來的16個空間流以及協(xié)調(diào)的多AP功能，如協(xié)調(diào)波束成形、協(xié)調(diào)OFDMA和聯(lián)合傳輸?shù)取?/p>
• 更高的電源能效和更省電
Wi-Fi 7利用更高的速度，得益于320 MHz更寬的信道帶寬，4096 QAM，更低的延遲，以更高的電源能效傳輸數(shù)據(jù)。Wi-Fi 7在Wi-Fi 6省電功能的基礎(chǔ)上，用許多方式對這些功能進(jìn)行了改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的省電效果。
采用MLO，客戶端設(shè)備不需要監(jiān)聽每個傳輸流量指示圖（DTIM）信標(biāo)幀，也不需要執(zhí)行群組臨時(shí)密鑰/完整性群組臨時(shí)密鑰/信標(biāo)完整性群組臨時(shí)密鑰（GTK/IGTK/BIGTK）更新。 客戶端可以對DTIM信標(biāo)更新、流量指示和基本服務(wù)集(BSS)關(guān)鍵更新可保持一條鏈路，并使其他鏈路進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)，無需定期喚醒就能進(jìn)行DTIM信標(biāo)更新。
除了Wi-Fi 6中最有前景的省電功能TWT之外，Wi-Fi 7還支持所謂的觸發(fā)傳輸機(jī)會（TXOP）共享功能，以進(jìn)一步省電。 它允許接入點(diǎn)將獲得的TXOP內(nèi)的部分時(shí)間分配給相關(guān)的客戶端設(shè)備進(jìn)行傳輸，這樣它就不需要在下一個服務(wù)期（SP）喚醒。
安森美(onsemi)還支持許多基于實(shí)際應(yīng)用、實(shí)時(shí)吞吐量和環(huán)境（如溫度）要求的專有動態(tài)自適應(yīng)省電功能。
• 更多新興的Wi-Fi感知應(yīng)用
近年來，Wi-Fi感知應(yīng)用如運(yùn)動檢測、基于Wi-Fi信道狀態(tài)信息（CSI）的定位（尤其是室內(nèi)）和精細(xì)時(shí)間測量/往返時(shí)間（FTM/RTT），已引發(fā)了服務(wù)提供商和終端用戶的大量關(guān)注。
Wi-Fi信道易受到干擾，非常動態(tài)且具有頻率選擇性。受污染的CSI會大大降低運(yùn)動檢測的準(zhǔn)確性。Wi-Fi 7得益于320 MHz的信道帶寬，支持最多共3984 tone的豐富得多的CSI數(shù)據(jù)。更豐富的CSI數(shù)據(jù)將提高運(yùn)動檢測的準(zhǔn)確性。此外，由于在320 MHz的傳輸中可以捕獲如此多的CSI數(shù)據(jù)，因此有足夠多的不受干擾的CSI塊可被選用于運(yùn)動檢測，同時(shí)可避免噪聲CSI數(shù)據(jù)。
對于320MHz的信號，采用2倍或4倍的過采樣和增采樣技術(shù)， RTT時(shí)間戳和測量的精度可以達(dá)到亞納秒級的分辨率。 也就是說，Wi-Fi 7支持亞米級（即30厘米）的測距和室內(nèi)定位精度。它將賦能許多令人興奮的新的Wi-Fi感知應(yīng)用。
總結(jié)
Wi-Fi 7將在許多方面大大改善用戶體驗(yàn)，且更經(jīng)濟(jì)高效。 它可賦能和增強(qiáng)許多高要求的應(yīng)用，如云游戲、沉浸式AR/VR、8K視頻流、工業(yè)4.0等。用戶可以期待Wi-Fi 7提供比現(xiàn)有的Wi-Fi 6/6E快得多的速度、更低的延遲和更穩(wěn)定可靠。