一文读懂WiFi7

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2 月 15 日,高通官方发文介绍了 WiFi 7 技术,并表示 Wi-Fi 7 即将开启连接领域的新篇章。在高通官网上赫然显示:我们创新的 Wi-Fi 7 解决方案为下一代 Wi-Fi 设定了标准。赋予了 WiFi 7 极高的期望。WiFi 7 此次已经不是首次露面了,在 2022 年 1 月,联发科就首秀 WiFi 7,率先成为业内第一家成功完成 WiFi 7 技术演示的企业。

http://www.eepw.com.cn/article/202203/431764.htm


WiFi 7(Wi-Fi 7)是下一代 Wi-Fi 标准,对应的是 IEEE 802.11 将发布新的修订标准 IEEE 802.11be –极高吞吐量 EHT(Extremely High Throughput)。Wi-Fi 7 是在 Wi-Fi 6 的基础上引入了 320MHz 带宽、4096-QAM、Multi-RU、多链路操作、增强 MU-MIMO、多 AP 协作等技术,使得 Wi-Fi 7 相较于 Wi-Fi 6 将提供更高的数据传输速率和更低的时延。Wi-Fi 7 预计能够支持高达 30Gbps 的吞吐量,大约是 Wi-Fi 6 的 3 倍。

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什么是 WiFi 7?WiFi 7 和 WiFi 6 的区别是什么?


为什么要有 Wi-Fi 7?

随着 WLAN 技术的发展,家庭、企业等越来越依赖 Wi-Fi,并将其作为接入 的主要手段。近年来出现新型应用对吞吐率和时延要求也更高,比如 4K 和 8K 视频(传输速率可能会达到 20Gbps)、VR/AR、游戏(时延要求低于 5ms)、远程办公、在线视频会议和云计算等。虽然最新发布的 Wi-Fi 6 已经重点关注了高密场景下的用户体验,然而面对上述更高要求的吞吐率和时延依旧无法完全满足需求。

为此,IEEE 802.11 标准组织即将发布一个新修订标准 IEEE 802.11be EHT,即 Wi-Fi 7。

Wi-Fi 7 的发布时间

IEEE 802.11be EHT 工作组已于 2019 年 5 月成立,802.11be(Wi-Fi 7)的开发工作仍在进行中,整个协议标准将按照两个 Release 发布,Release1 预计在 2021 年将发布第一版草案 Draft1.0,预期在 2022 年底发布标准;Release2 预计在 2022 年初启动,并且在 2024 年底完成标准发布。

Wi-Fi 7 vs Wi-Fi 6

Wi-Fi 7 在 Wi-Fi 6 标准的基础上,引入了许多新的技术,主要体现在:

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图 1 -2 WiFi 7 vs WiFi 6

Wi-Fi 7 支持的新特性

Wi-Fi 7 协议的目标是将 WLAN 的吞吐率提升到 30Gbps,并且提供低时延的接入保障。为了满足这个目标,整个协议在 PHY 层和 MAC 层都做了相应的改变。相对比与 Wi-Fi 6 协议,Wi-Fi 7 协议带来的主要技术变革点如下:

支持最大 320MHz 带宽

2.4GHz 和 5GHz 频段免授权频谱有限且拥挤,现有 Wi-Fi 在运行 VR/AR 等新兴应用时,不可避免地会遇到 QoS 低的问题。为了实现最大吞吐量不低于 30Gbps 的目标,Wi-Fi 7 将继续引入 6GHz 频段,并增加新的带宽模式,包括连续 240MHz,非连续 160+80MHz,连续 320 MHz 和非连续 160+160MHz。

支持 Multi-RU 机制

在 Wi-Fi 6 中,每个用户只能在分配到的特定 RU 上发送或接收帧,大大限制了频谱资源调度的灵活性。为解决该问题,进一步提升频谱效率,Wi-Fi 7 中定义了允许将多个 RU 分配给单用户的机制。当然,为了平衡实现的复杂度和频谱的利用率,协议中对 RU 的组合做了一定的限制,即:小规格 RU(小于 242-Tone 的 RU)只能与小规格 RU 合并,大规格 RU(大于等于 242-Tone 的 RU)只能与大规格 RU 合并,不允许小规格 RU 和大规格 RU 混合使用。

引入更高阶的 4096-QAM 调制技术

Wi-Fi 6 的最高调制方式是 1024-QAM,其中调制符号承载 10bits。为了进一步提升速率,Wi-Fi 7 将会引入 4096-QAM,使得调制符号承载 12bit。在相同的编码下,Wi-Fi 7 的 4096-QAM 比 Wi-Fi 6 的 1024-QAM 可以获得 20% 的速率提升。

引入 Multi-Link 多链路机制

为了实现所有可用频谱资源的高效利用,迫切需要在 2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz 上建立新的频谱管理、协调和传输机制。工作组定义了多链路聚合相关的技术,主要包括增强型多链路聚合的 MAC 架构、多链路信道接入和多链路传输等相关技术。

支持更多的数据流,MIMO 功能增强

在 Wi-Fi 7 中,空间流的数从 Wi-Fi 6 的 8 个增加到 16 个,理论上可以将物理传输速率提升两倍以上。支持更多的数据流也将会带来更强大的特性——分布式 MIMO,意为 16 条数据流可以不由一个接入点提供,而是由多个接入点同时提供,这意味着多个 AP 之间需要相互协同进行工作。

支持多 AP 间的协同调度

目前在 802.11 的协议框架内,AP 之间实际上是没有太多协作的关系。自动调优、智能漫游等常见的 WLAN 功能都属于厂商自定义的特性。AP 间协作的目的也仅是优化信道选择,调整 AP 间负载等,以实现射频资源高效利用、均衡分配的目的。Wi-Fi 7 中的多 AP 间的协同调度,包括小区间的在时域和频域的协调规划,小区间的干扰协调,以及分布式 MIMO,可以有效降低 AP 之间的干扰,极大的提升空口资源的利用率。

多 AP 间的协同调度的方式有很多,包括 C -OFDMA(Coordinated Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)、CSR(Coordinated Spatial Reuse)、CBF(Coordinated Beamforming)和 JXT(Joint Transmission)等。

我们继续来看看 2 月 15 日 高通最新介绍 Wi-Fi 7 的技术突破

高速率和高带宽

现在使用的 Wi-Fi 6,支持 2.4 GHz 和 5 GHz 两个频段:在早期的 Wi-Fi 和蓝牙等其他无线技术中,2.4 GHz 已经被很大程度上共享,该频段已经变得十分拥堵;5GHz 的频段相比 2.4GHz 可以提供更多带宽,从而转化为更快的速度和更大的容量;Wi-Fi 6E 甚至还支持了 6GHz 频段,而 5GHz 和 6GHz 非常适合高带宽和低延迟的活动,比如流媒体和云游戏等。

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但高通的 Wi-Fi 7 解决方案进一步突破了 Wi-Fi 的极限:未来三个频段将能够同时工作,并将单一通道的宽度从 Wi-Fi 6 的 160MHz 扩大到 320MHz,峰值传输速率将超过 40Gbps,比 Wi-Fi 6E 高出 4 倍。

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同时,与 Wi-Fi 6 的 8 个数据流相比,Wi-Fi 7 将支持 16 个数据流以及 CMU-MIMO 技术。其中,C 代表的是协调(Coordinated),这意味着 16 个数据流可以不是由一个 AP 提供,而是由多个 AP 同时提供。

多链路(Multi-link)

现在的接入点(AP)通常都提供了对于三个频段的支持,Wi-Fi 7 也将越来越多地提供这种支持。在 Wi-Fi 7 之前,用户只能使用最适合自身需求的其中一个频段,但是基于多链路功能,用户可以通过多个通道连接到 AP,利用这一点来避免拥堵。例如,如果其中一个通道上有流量,设备就可以使用另一个通道,从而得到更低的延迟。

同时,根据不同区域可用性的不同,多链路既可以使用 5GHz 频段的两个通道,也可以是 5GHz 和 6GHz 频段的两通道组合。

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在多链路方案中,像路由器这种终端,每次传输都使用第一可用频段,并且可以在上一次的传输完成后选择任意一个频段进行下一次数据传输。通过这种方式,可以避免拥堵,降低延迟。

高带宽同时多链路功能(High Band Simultaneous Multi-Link)

现在的某些区域已经可以支持三个 320MHz 连续频谱的信道,也有部分区域目前只支持一个信道,甚至还有些区域则完全不支持。

对于 5GHz 的频段来说,并没有连续的 320MHz 频段,因此只有支持 6GHz 的区域才能支持这种连续模式。通过高带宽同时多链路功能,可以同时对两个频段进行聚合操作,汇集两个信道的吞吐量,即可以通过两个 160MHz 的信号组合形成一个 320MHz 的有效信道。

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这样做的好处是,即使在我国这样没有分配 6GHz 频谱的情况下,通过高带宽同步多链路功能,也能提供 240MHz 的有效信道,从而实现在拥堵的情况下达到极高的吞吐量。

前导码穿孔(Preamble Puncturing)

当用户已经占用一部分信道的带宽时,比如 20MHz 或 40MHz,通常会阻止 AP 使用这个频段,造成一定程度的浪费。针对这种情况,Wi-Fi 7 采用了一个创新的解决方案,称为“前导码穿孔”,在保证连续信道可用的同时,允许切割 并避免使用包含干扰信号的部分频谱。虽然总带宽会因穿孔的数量而降低,但仍然能够提供比其他方式更宽的信道。

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4K QAM

在 Wi-Fi 6 中,已经支持的最高阶调制是 1024-QAM,而 Wi-Fi 7 正在标准化一种名为 4K QAM 的更先进调制方案,与使用 1k QAM 调制的 Wi-Fi 6 相比,这种方案可以提高峰值速率来增加吞吐量和数据容量。通过这种方式,最终速度可以达到 30Gbps,是目前 9.6Gbps 的 WiFi 6 速度的三倍。

Wi-Fi 7 的应用场景

Wi-Fi 7 引入的新功能将大大提升数据传输速率并提供更低的时延,而这些优势将更有助于新兴的应用,如下:

  • 视频流

  • 视频 / 语音会议

  • 无线游戏

  • 实时协作

  • 云 / 边缘计算

  • 工业物联网

  • 沉浸式 AR/VR

  • 互动远程医疗

谱政策存忧

不单是高通,联发科、海思等厂商同样也在积极布局 Wi-Fi 7 等下一代无线网络。Wi-Fi 7 將以 IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT)的标准打造,预计将在 2023 年 11 月至 2024 年 5 月确认正式版本设计。未来,Wi-Fi 在我们的生活中将扮演着越来越重要的角色。对于消费者和企业来说,都将是一种重要的资源。

畅想中的 Wi-Fi 7 固然很美好,但你一定会关心,我们什么时候能用上?

答案是——不确定,甚至有可能完全不能用,这是因为 Wi-Fi 7 在国内的商用前景还蒙着一层“乌云”,其性能成倍的提升,背后需要一个非常核心的资源的支持——无线电频谱,如果未来频谱政策不利,Wi-Fi7 的商用也将遭遇“卡脖子”。

此前,WiFi 一直使用 2.4GH 和 5GHz 频段部署。但随着 WiFi 产业的快速发展,对无线电频谱资源的需求非常迫切。

目前,对于 6GHz(5925-7125MHz)频段,各国表现出不同的态度,这种态度直接决定了 Wi-Fi 6E 以及 Wi-Fi 7 的命运。这些政策主要集中是否将该频段作为非授权频段允许 WiFi 接入,包括在三种方案:

(1)6GHz 全部(5925-7125 MHz)作为非授权频段可供 WiFi 使用

(2)6GHz 中部分(5925-6425MHz)作为非授权频段可供 WiFi 使用

(3)6GHz 全部(5925-7125 MHz)作为授权频段给蜂窝网络及其他授权接入

对于 WiFi 玩家来说,第一种方案是最理想的方案,可以使用 1200MHz 连续频率;第二种方案可以使用 500MHz 连续频率,基本能够满足目前规划的需求;第三种方案是最不希望出现的,这意味着 Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 扩展至 6GHz 的计划无法实现,商用的可能性很小。

我国尚未对 6GHz 给出明确的政策,但从公开资料来看,似乎更加倾向于将该频段作为授权频段,供 5G、6G 移动通信使用。当前,我国 5G 发展全球领先优势已建立,我国无线电管理部门也从频率高效使用和长远规划的角度出发,一直致力于为 5G 和未来 6G 技术寻求更多的 IMT 频率资源。

所以,Wi-Fi 7 的未来究竟如何,我们且等频谱政策靴子的落地。

原文链接:http://www.eepw.com.cn/article/202203/431764.htm

正文完
 
追风者
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