第7代Wi-Fi 7技术极高的吞吐量赋能未来

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   继 Wi-Fi6E 以后,第 7 代 Wi-Fi,又被称为 IEEE802.11be 或 Wi-Fi7 即将开启! 这将是迄今为止最快的一次!Wi-Fi 技术和变革为我们日常生活中的网络和在线活动提供了很多客户体验。这将使许多高要求的应用程序得以实现和加速,如 8K 视频流,全沉浸式增强现实(AR)/ 虚拟现实(VR),游戏和云计算。本文将介绍 802.11beRelease1. 支持的基本功能和理解 Wi-Fi7 的好处,以及 Wi-Fi7 如何赋能未来的联系。


  Wi-Fi 7 关键功能

  ●320 MHz 信道带宽

   随着 6 GHz 频段向 Wi-Fi 应用开放,Wi-Fi 7 在 6 GHz 频段上支持最大的 320 MHz 信道带宽,同时在 5 GHz 和 6 GHz 频段上继续支持 20/40/80/160 MHz 信道带宽,在 2.4 GHz 频段上支持 20/40 MHz。与现有的 Wi-Fi 6/6E 相比,仅 320 MHz 信道带宽就使 Wi-Fi 7 的最快速度提高了一倍。

第7代Wi-Fi 7技术极高的吞吐量赋能未来插图

   图 1:320 MHz 信道带宽


  ●4096 (4K) QAM

   正交调幅 (QAM) 被广泛用作 Wi-Fi 中的一种调制方案。它是一种同时混合载波的振幅和相位变化的技术。Wi-Fi 6 最高支持 1024 QAM。在下面的左图中,每个点代表一个 10 位数据(符号)。Wi-Fi 7 支持 4096 QAM。在下面的右图中,每个点代表一个 12 bits 位数据(符号)。换句话说,Wi-Fi 7 中用 QAM 调制的每个符号可以比 Wi-Fi 6 多传输 2 位的信息。相当于速度快 20%。

第7代Wi-Fi 7技术极高的吞吐量赋能未来插图1

   图 2:1024 QAM 对比 4096 QAM


  ●多链路工作(MLO)

   多链路工作 (MLO) 是 Wi-Fi 7 中一个非常重要和有用的功能。它使设备能够在多个不同的频段和信道上同时收发。它类似于有线 (即以太网) 网络的链路聚合或中继功能,但更精密和灵活。它允许在不同的频段和信道中创建一个捆绑或粘合的多个链路 (无线电),作为连接对等体之间的一个虚拟链路。每个单独的链路(无线电) 可独立工作,也可与其他链路同时工作,或协调以获得最佳的总速度、延迟、范围 (覆盖) 和 / 或省电。Wi-Fi 7 MLO 是一个 MAC 层方案,用于同时使用多个链路,并对高层协议和服务透明。MLO 可以提高吞吐量、链路稳健性、漫游和减轻干扰,并减少延迟。

第7代Wi-Fi 7技术极高的吞吐量赋能未来插图2

   图 3:多链路工作


   例如,在一个由三频 (6 GHz、5 GHz、2.4 GHz) 网状节点或接入点 (AP) 组成的家庭网状网络中,MLO 可用于为家庭网络形成高速、低延迟的无线骨干网,并为连接到网状节点 /AP 的设备提供回程服务。如果每个网状节点都支持 4 ×4 triband 并发配置,总的回程 (骨干网) 支持高达 21.6 Gbps 的速度。有了 MLO,回程 (骨干网) 也更加稳健和可靠。在 5GHz 链路被雷达 (DFS) 中断的情况下,流量可以自动切换到 6GHz 和 2.4GHz 链路,不会出现服务中断或服务质量 (QoS) 下降的情况。与基于 Wi-Fi 7 MLO 的回程相比,今天的 Wi-Fi 6 和 6E 网状解决方案使用 4 ×4 无线电中的一个来形成无线回程,这只能提供 4.8Gbps 的速度。如果该链路有干扰或中断,整个回程 (骨干网) 会受到影响或中断,从而导致 QoS 下降或中断。

   当客户端设备,如智能手机、笔记本电脑等支持多个无线电时,MLO 不仅在设备和 AP 之间建立一个更大的管道,以获得更高的速度、更低的延迟和更高的可靠性,而且还能改善用户体验,实现无缝漫游。


  ●多资源单元 (MRU)

  Wi-Fi 7 增加了新的资源单元 (RU) 分配机制。相比 Wi-Fi 6,AP 只为每个 STA 分配一个 RU,Wi-Fi 7 支持为一个站 (STA) 分配多个资源单元 (MRU)。MRU 进一步提高了频谱的利用效率,根据需要为每个 STA 的带宽(QoS) 控制提供更大的灵活性,并进一步减轻干扰和与在同一频段或信道上运行的现有设备共存。

第7代Wi-Fi 7技术极高的吞吐量赋能未来插图3

   图 4:320 MHz 正交频分多址 (OFDMA) 数据包协议数据单元(PPDU) 的 RU 和 MRU


   这种 MRU 机制同时支持正交频分多址 (OFDMA) 和非 OFDMA(即多用户多入多处 MU-MIMO)模式。在 OFDMA 模式下,它支持小的 MRU 和较大的 MRU,以便更灵活地分配 RU/MRU,而不会使 MAC 和调度器设计过于复杂。在非 OFDMA 模式下,它为子信道的前导码打孔(preamble puncturing) 提供最大的灵活性。

   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 的带宽内进行“打孔”。这使得在有干扰的情况下,传输可以最大限度地利用信道的频谱,如果有现有设备在信道的某些频谱段上运行,则可以实现最佳的共存。

  Wi-Fi 7 还有许多其他新功能和改进。这些功能包括前导码打孔、目标唤醒时间 (TWT) 和限制的 TWT(rTWT)、扩展的范围 (MCS 14 和 MCS 15) 等。其他功能,如多 AP 协调 (协调波束成形、协调 OFDMA、协调空间重用、联合传输)、16 个空间流和混合自动重传请求(HARQ) 等,可能会在第 2 版中得到支持,因此本文没有涉及。


  Wi-Fi 7 如何使终端用户受益?

  ●极高的吞吐量

  Wi-Fi 7 支持快如闪电的速度。在其前辈 Wi-Fi 6(又名 802.11ax)的基础上,Wi-Fi 7 支持极高的吞吐量(EHT),如标准规格定义,其原始数据率高达 46 Gbps,具有 16 个空间流。这比在 Cat 6/6a/ 7 电缆上运行的 10 Gbps 以太网快得多。最接近的接入和连接技术是 Thunderbolt 3/4、USB 4 和 HDMI 2.1,提供 40 Gbps 或更高的最大原始数据速率。

  Wi-Fi 7 支持 320 MHz 信道带宽,是 Wi-Fi 6 的两倍。Wi-Fi 7 还将 QAM 颗粒度从 1024(1K)提高到 4096(4K),从而使速度比 W -Fi 6/6E 或 Wi-Fi 5 Wave 3 快 20%。此外,Wi-Fi 7 还将空间流的最大数量增加了一倍,从 8 个增加到 16 个,以某种方式可与天线数交换。因此,由于 Wi-Fi 6/6E 支持高达 9.6 Gbps 的 8 个空间流,Wi-Fi 7 支持总共高达 46 Gbps 的 16 个空间流(9.6Gbps x2(双带宽)x1.2(QAM 改进)x2(空间流))。

   有了这样极高的速度,用户常用的设备如通常有两个 Wi-Fi 天线 (2 个空间流) 的智能手机、笔记本电脑等的网速最快可达每秒多千兆比特(5.8 Gbps)。由于严格的电源或外形限制,许多使用 1 根天线的设备也可以支持高达 2.9 Gbps 的数据速率。由于不需要额外的功率放大器或前端模块,用户无需支付额外的天线或更高的电费就可以获得超过 2 倍的速度。这将是未来许多应用的范式转变。


  ●超低延迟

   延迟是服务质量 (QoS) 和用户体验的另一个关键参数。它对实时应用尤为关键。许多多媒体应用,如高分辨率实时视频流、虚拟现实、增强现实、云游戏和实时编程,都要求延迟小于 20 毫秒甚至更低。要在无线环境中实现如此低的延迟并不容易。在云计算用例中,广域网 (WAN) 侧的延迟也应考虑在内,大概是 10 毫秒,或者是光纤接入的稍长一些。也就是说,WAN 调制解调器到终端客户设备之间的延迟预算对于实现良好的用户体验是非常具有挑战性的。10-20 毫秒的延迟可以通过 Wi-Fi 6 实现。而在竞争更少的环境中,用 Wi-Fi 6E 可以实现更低的延迟。Wi-Fi 7 有助于将延迟降至 10 毫秒以下,并利用 802.11be 标准中的各种工具,最终将延迟降至 1 毫秒以下的确定边界。这些工具包括 MLO、TWT 和 rTWT、改进的触发式传输,以及最终整合时间敏感型网络 (TSN) 功能。


  ●更稳定可靠的联接

   如上所述,MLO 提供了一种动态机制来适应多个链路之间的联接。传输负载在两个链路对等体 (如接入点和客户设备) 之间的联接,可以根据链路质量如性能和稳健性等指标进行动态平衡,也就是负载平衡。如果其中一条链路出现干扰或链路损失(例如,由于范围的原因),联接仍然可以在其余的链路上运行,传输可以无缝地从故障链路切换到正常工作的链路,又称快速故障切换。MRU/RU 和前导码打孔也有助于提高联接的稳定性。例如,当工作频道的某些子频道或频谱的某些部分受到干扰时,接入点可以避免使用这些受干扰的子频道或 RU/MRU,并根据当前环境状况和频道状态优化传输。此外,MCS14 和 MCS15,被定义为提高信号信噪比(SNR),它还能在链路对等体之间的距离延长时提高联接的稳健性。


  ●进一步减轻干扰和更好地共存

   在 Wi-Fi 5 的基础上,Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 已经增强了许多减少干扰和与现有设备共存的功能。Wi-Fi 6 提供更灵活的子信道打孔 (puncturing) 模式,并能利用 OFDMA 模式中的 RU 来避免低至 2 MHz(最小的 RU,有 26-tone)的更细微的干扰。Wi-Fi 6E 支持自动频率协调 (AFC),以便与现有的设备共存。Wi-Fi 7 具有 MRU 和最灵活的前导码打孔功能,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,更进一步减轻干扰,为不同类型的服务提供最佳的 QoS。

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   图 5:通过前导码打孔、MRU/RU 和 AFC 减轻干扰和更好地共存


  ●更好的漫游用户体验

  MLO 还能改善用户体验,实现无缝漫游。它提供 802.11be 标准中定义的内置漫游增强功能。例如,当设备离接入点较远时,MLO 仍然是接入点和设备之间的 ML(多链路)联接,可以自动在 2.4 GHz 频段上运行,而不需要切换频段。反之亦然,如果设备离接入点更近,MLO 可以自动和动态地在 5 GHz 和 6 GHz 频段上运行,以获得更高的性能。相比之下,今天的 Wi-Fi 6 和 6E AP 必须依靠应用层的频段转向或客户端转向功能,来强行将客户端引导到不同的频段。它并不总是像预期的那样工作,因为接入点对客户设备没有控制权,客户设备决定是否切换频段。此外,供应商之间的兼容性是无缝漫游的另一个巨大挑战。

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   图 6:利用 MLO 实现无缝漫游体验


  ●更高的频谱效率

   从频谱利用效率的角度来看,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 的多个功能,如 MRU、前导码打孔、MLO、4096 QAM 和未来的 16 个空间流以及协调的多 AP 功能,如协调波束成形、协调 OFDMA 和联合传输等。


  ●更高的电源能效和更省电

  Wi-Fi 7 利用更高的速度,得益于 320 MHz 更宽的信道带宽,4096 QAM,更低的延迟,以更高的电源能效传输数据。Wi-Fi 7 在 Wi-Fi 6 省电功能的基础上,用许多方式对这些功能进行了改进,以实现最佳的省电效果。

   采用 MLO,客户端设备不需要监听每个传输流量指示图 (DTIM) 信标帧,也不需要执行群组临时密钥 / 完整性群组临时密钥 / 信标完整性群组临时密钥 (GTK/IGTK/BIGTK) 更新。客户端可以对 DTIM 信标更新、流量指示和基本服务集 (BSS) 关键更新可保持一条链路,并使其他链路进入深度睡眠状态,无需定期唤醒就能进行 DTIM 信标更新。

   除了 Wi-Fi 6 中最有前景的省电功能 TWT 之外,Wi-Fi 7 还支持所谓的触发传输机会 (TXOP) 共享功能,以进一步省电。它允许接入点将获得的 TXOP 内的部分时间分配给相关的客户端设备进行传输,这样它就不需要在下一个服务期 (SP) 唤醒。

   安森美 (onsemi) 还支持许多基于实际应用、实时吞吐量和环境 (如温度) 要求的专有动态自适应省电功能。


  ●更多新兴的 Wi-Fi 感知应用

   近年来,Wi-Fi 感知应用如运动检测、基于 Wi-Fi 信道状态信息 (CSI) 的定位 (尤其是室内) 和精细时间测量 / 往返时间(FTM/RTT),已引发了服务提供商和终端用户的大量关注。

  Wi-Fi 信道易受到干扰,非常动态且具有频率选择性。受污染的 CSI 会大大降低运动检测的准确性。Wi-Fi 7 得益于 320 MHz 的信道带宽,支持最多共 3984 tone 的丰富得多的 CSI 数据。更丰富的 CSI 数据将提高运动检测的准确性。此外,由于在 320 MHz 的传输中可以捕获如此多的 CSI 数据,因此有足够多的不受干扰的 CSI 块可被选用于运动检测,同时可避免噪声 CSI 数据。

   对于 320MHz 的信号,采用 2 倍或 4 倍的过采样和增采样技术,RTT 时间戳和测量的精度可以达到亚纳秒级的分辨率。也就是说,Wi-Fi 7 支持亚米级 (即 30 厘米) 的测距和室内定位精度。它将赋能许多令人兴奋的新的 Wi-Fi 感知应用。

  Wi-Fi 7 将在许多方面大大改善用户体验,且更经济高效。它可赋能和增强许多高要求的应用,如云游戏、沉浸式 AR/VR、8K 视频流、工业 4.0 等。用户可以期待 Wi-Fi 7 提供比现有的 Wi-Fi 6/6E 快得多的速度、更低的延迟和更稳定可靠。查看安森美当前的 Wi-Fi 方案。

原文链接:https://www.wlxmall.com/info/1117.html

正文完
 
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