一文讀懂WiFi 7

2月15日，高通官方發(fā)文介紹了WiFi 7技術(shù)，并表示W(wǎng)i-Fi 7 即將開啟連接領(lǐng)域的新篇章。在高通官網(wǎng)上赫然顯示：我們創(chuàng)新的 Wi-Fi 7 解決方案為下一代 Wi-Fi 設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)。賦予了WiFi 7極高的期望。WiFi 7此次已經(jīng)不是首次露面了，在2022年1月，聯(lián)發(fā)科就首秀WiFi 7，率先成為業(yè)內(nèi)第一家成功完成WiFi 7技術(shù)演示的企業(yè)。

WiFi 7（Wi-Fi 7）是下一代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)的是IEEE 802.11將發(fā)布新的修訂標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11be –極高吞吐量EHT（Extremely High Throughput ）。Wi-Fi 7是在Wi-Fi 6的基礎(chǔ)上引入了320MHz帶寬、4096-QAM、Multi-RU、多鏈路操作、增強MU-MIMO、多AP協(xié)作等技術(shù)，使得Wi-Fi 7相較于Wi-Fi 6將提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的時延。Wi-Fi 7預(yù)計能夠支持高達30Gbps的吞吐量，大約是Wi-Fi 6的3倍。

什么是WiFi 7？WiFi 7和WiFi 6的區(qū)別是什么？

為什么要有Wi-Fi 7？

隨著WLAN技術(shù)的發(fā)展，家庭、企業(yè)等越來越依賴Wi-Fi，并將其作為接入網(wǎng)絡(luò)的主要手段。近年來出現(xiàn)新型應(yīng)用對吞吐率和時延要求也更高，比如4K和8K視頻（傳輸速率可能會達到20Gbps）、VR/AR、游戲（時延要求低于5ms）、遠程辦公、在線視頻會議和云計算等。雖然最新發(fā)布的Wi-Fi 6已經(jīng)重點關(guān)注了高密場景下的用戶體驗，然而面對上述更高要求的吞吐率和時延依舊無法完全滿足需求。

為此，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)組織即將發(fā)布一個新修訂標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11be EHT，即Wi-Fi 7。

Wi-Fi 7的發(fā)布時間

IEEE 802.11be EHT工作組已于2019年5月成立，802.11be（Wi-Fi 7）的開發(fā)工作仍在進行中，整個協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將按照兩個Release發(fā)布，Release1預(yù)計在2021年將發(fā)布第一版草案Draft1.0，預(yù)期在2022年底發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)；Release2預(yù)計在2022年初啟動，并且在2024年底完成標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

Wi-Fi 7 vs Wi-Fi 6

Wi-Fi 7在Wi-Fi 6標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，引入了許多新的技術(shù)，主要體現(xiàn)在：

圖1-2 WiFi 7 vs WiFi 6

Wi-Fi 7支持的新特性

Wi-Fi 7協(xié)議的目標(biāo)是將WLAN網(wǎng)絡(luò)的吞吐率提升到30Gbps，并且提供低時延的接入保障。為了滿足這個目標(biāo)，整個協(xié)議在PHY層和MAC層都做了相應(yīng)的改變。相對比與Wi-Fi 6協(xié)議，Wi-Fi 7協(xié)議帶來的主要技術(shù)變革點如下：

支持最大320MHz帶寬

2.4GHz和5GHz頻段免授權(quán)頻譜有限且擁擠，現(xiàn)有Wi-Fi在運行VR/AR等新興應(yīng)用時，不可避免地會遇到QoS低的問題。為了實現(xiàn)最大吞吐量不低于30Gbps的目標(biāo)，Wi-Fi 7將繼續(xù)引入6GHz頻段，并增加新的帶寬模式，包括連續(xù)240MHz，非連續(xù)160+80MHz，連續(xù)320 MHz和非連續(xù)160+160MHz。

支持Multi-RU機制

在Wi-Fi 6中，每個用戶只能在分配到的特定RU上發(fā)送或接收幀，大大限制了頻譜資源調(diào)度的靈活性。為解決該問題，進一步提升頻譜效率，Wi-Fi 7中定義了允許將多個RU分配給單用戶的機制。當(dāng)然，為了平衡實現(xiàn)的復(fù)雜度和頻譜的利用率，協(xié)議中對RU的組合做了一定的限制，即：小規(guī)格RU（小于242-Tone的RU）只能與小規(guī)格RU合并，大規(guī)格RU（大于等于242-Tone的RU）只能與大規(guī)格RU合并，不允許小規(guī)格RU和大規(guī)格RU混合使用。

引入更高階的4096-QAM調(diào)制技術(shù)

Wi-Fi 6的最高調(diào)制方式是1024-QAM，其中調(diào)制符號承載10bits。為了進一步提升速率，Wi-Fi 7將會引入4096-QAM，使得調(diào)制符號承載12bit。在相同的編碼下，Wi-Fi 7的4096-QAM比Wi-Fi 6的1024-QAM可以獲得20%的速率提升。

引入Multi-Link多鏈路機制

為了實現(xiàn)所有可用頻譜資源的高效利用，迫切需要在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz上建立新的頻譜管理、協(xié)調(diào)和傳輸機制。工作組定義了多鏈路聚合相關(guān)的技術(shù)，主要包括增強型多鏈路聚合的MAC架構(gòu)、多鏈路信道接入和多鏈路傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)。

支持更多的數(shù)據(jù)流，MIMO功能增強

在Wi-Fi 7中，空間流的數(shù)從Wi-Fi 6的8個增加到16個，理論上可以將物理傳輸速率提升兩倍以上。支持更多的數(shù)據(jù)流也將會帶來更強大的特性——分布式MIMO，意為16條數(shù)據(jù)流可以不由一個接入點提供，而是由多個接入點同時提供，這意味著多個AP之間需要相互協(xié)同進行工作。

支持多AP間的協(xié)同調(diào)度

目前在802.11的協(xié)議框架內(nèi)，AP之間實際上是沒有太多協(xié)作的關(guān)系。自動調(diào)優(yōu)、智能漫游等常見的WLAN功能都屬于廠商自定義的特性。AP間協(xié)作的目的也僅是優(yōu)化信道選擇，調(diào)整AP間負載等，以實現(xiàn)射頻資源高效利用、均衡分配的目的。Wi-Fi 7中的多AP間的協(xié)同調(diào)度，包括小區(qū)間的在時域和頻域的協(xié)調(diào)規(guī)劃，小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)，以及分布式MIMO，可以有效降低AP之間的干擾，極大的提升空口資源的利用率。

多AP間的協(xié)同調(diào)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。

我們繼續(xù)來看看2月15日高通最新介紹Wi-Fi 7的技術(shù)突破

高速率和高帶寬

現(xiàn)在使用的Wi-Fi 6，支持2.4 GHz和5 GHz兩個頻段：在早期的Wi-Fi和藍牙等其他無線技術(shù)中，2.4 GHz已經(jīng)被很大程度上共享，該頻段已經(jīng)變得十分擁堵；5GHz的頻段相比2.4GHz可以提供更多帶寬，從而轉(zhuǎn)化為更快的速度和更大的容量；Wi-Fi 6E甚至還支持了6GHz頻段，而5GHz和6GHz非常適合高帶寬和低延遲的活動，比如流媒體和云游戲等。

但高通的Wi-Fi 7解決方案進一步突破了Wi-Fi的極限：未來三個頻段將能夠同時工作，并將單一通道的寬度從Wi-Fi 6的160MHz擴大到320MHz，峰值傳輸速率將超過40Gbps，比Wi-Fi 6E高出4倍。

同時，與Wi-Fi 6的8個數(shù)據(jù)流相比，Wi-Fi 7將支持16個數(shù)據(jù)流以及 CMU-MIMO 技術(shù)。其中，C代表的是協(xié)調(diào)（Coordinated），這意味著16個數(shù)據(jù)流可以不是由一個AP提供，而是由多個AP同時提供。

多鏈路（Multi-link）

現(xiàn)在的接入點（AP）通常都提供了對于三個頻段的支持，Wi-Fi 7也將越來越多地提供這種支持。在 Wi-Fi 7之前，用戶只能使用最適合自身需求的其中一個頻段，但是基于多鏈路功能，用戶可以通過多個通道連接到AP，利用這一點來避免擁堵。例如，如果其中一個通道上有流量，設(shè)備就可以使用另一個通道，從而得到更低的延遲。

同時，根據(jù)不同區(qū)域可用性的不同，多鏈路既可以使用5GHz頻段的兩個通道，也可以是5GHz和6GHz 頻段的兩通道組合。

在多鏈路方案中，像路由器這種終端，每次傳輸都使用第一可用頻段，并且可以在上一次的傳輸完成后選擇任意一個頻段進行下一次數(shù)據(jù)傳輸。通過這種方式，可以避免擁堵，降低延遲。

高帶寬同時多鏈路功能（High Band Simultaneous Multi-Link）

現(xiàn)在的某些區(qū)域已經(jīng)可以支持三個320MHz連續(xù)頻譜的信道，也有部分區(qū)域目前只支持一個信道，甚至還有些區(qū)域則完全不支持。

對于5GHz的頻段來說，并沒有連續(xù)的320MHz頻段，因此只有支持6GHz的區(qū)域才能支持這種連續(xù)模式。通過高帶寬同時多鏈路功能，可以同時對兩個頻段進行聚合操作，匯集兩個信道的吞吐量，即可以通過兩個160MHz的信號組合形成一個320MHz的有效信道。

這樣做的好處是，即使在我國這樣沒有分配6GHz頻譜的情況下，通過高帶寬同步多鏈路功能，也能提供240MHz 的有效信道，從而實現(xiàn)在擁堵的情況下達到極高的吞吐量。

前導(dǎo)碼穿孔（Preamble Puncturing）

當(dāng)用戶已經(jīng)占用一部分信道的帶寬時，比如20MHz或40MHz，通常會阻止AP使用這個頻段，造成一定程度的浪費。針對這種情況，Wi-Fi 7采用了一個創(chuàng)新的解決方案，稱為“前導(dǎo)碼穿孔”，在保證連續(xù)信道可用的同時，允許切割網(wǎng)絡(luò)并避免使用包含干擾信號的部分頻譜。雖然總帶寬會因穿孔的數(shù)量而降低，但仍然能夠提供比其他方式更寬的信道。

4K QAM

在Wi-Fi 6中，已經(jīng)支持的最高階調(diào)制是1024-QAM，而Wi-Fi 7正在標(biāo)準(zhǔn)化一種名為4K QAM的更先進調(diào)制方案，與使用1k QAM調(diào)制的Wi-Fi 6相比，這種方案可以提高峰值速率來增加吞吐量和數(shù)據(jù)容量。通過這種方式，最終速度可以達到30Gbps，是目前9.6Gbps 的WiFi 6速度的三倍。

Wi-Fi 7的應(yīng)用場景

Wi-Fi 7引入的新功能將大大提升數(shù)據(jù)傳輸速率并提供更低的時延，而這些優(yōu)勢將更有助于新興的應(yīng)用，如下：

• 視頻流

• 視頻/語音會議

• 無線游戲

• 實時協(xié)作

• 云/邊緣計算

• 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

• 沉浸式AR/VR

• 互動遠程醫(yī)療

頻譜政策存憂

不單是高通，聯(lián)發(fā)科、海思等廠商同樣也在積極布局Wi-Fi 7等下一代無線網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi 7將以IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT)的標(biāo)準(zhǔn)打造，預(yù)計將在2023年11月至2024年5月確認正式版本設(shè)計。未來，Wi-Fi在我們的生活中將扮演著越來越重要的角色。對于消費者和企業(yè)來說，都將是一種重要的資源。

暢想中的Wi-Fi 7固然很美好，但你一定會關(guān)心，我們什么時候能用上？

答案是——不確定，甚至有可能完全不能用，這是因為Wi-Fi 7在國內(nèi)的商用前景還蒙著一層“烏云”，其性能成倍的提升，背后需要一個非常核心的資源的支持——無線電頻譜，如果未來頻譜政策不利，Wi-Fi7的商用也將遭遇“卡脖子”。

此前，WiFi一直使用2.4GH和5GHz頻段部署。但隨著WiFi產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對無線電頻譜資源的需求非常迫切。

目前，對于6GHz（5925-7125MHz）頻段，各國表現(xiàn)出不同的態(tài)度，這種態(tài)度直接決定了Wi-Fi 6E以及Wi-Fi 7的命運。這些政策主要集中是否將該頻段作為非授權(quán)頻段允許WiFi接入，包括在三種方案：

（1）6GHz全部（5925-7125 MHz）作為非授權(quán)頻段可供WiFi使用

（2）6GHz中部分（5925-6425MHz）作為非授權(quán)頻段可供WiFi使用

（3）6GHz全部（5925-7125 MHz）作為授權(quán)頻段給蜂窩網(wǎng)絡(luò)及其他授權(quán)接入

對于WiFi玩家來說，第一種方案是最理想的方案，可以使用1200MHz連續(xù)頻率；第二種方案可以使用500MHz連續(xù)頻率，基本能夠滿足目前規(guī)劃的需求；第三種方案是最不希望出現(xiàn)的，這意味著Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7擴展至6GHz的計劃無法實現(xiàn)，商用的可能性很小。

我國尚未對6GHz給出明確的政策，但從公開資料來看，似乎更加傾向于將該頻段作為授權(quán)頻段，供5G、6G移動通信使用。當(dāng)前，我國5G發(fā)展全球領(lǐng)先優(yōu)勢已建立，我國無線電管理部門也從頻率高效使用和長遠規(guī)劃的角度出發(fā)，一直致力于為5G和未來6G技術(shù)尋求更多的IMT頻率資源。

所以，Wi-Fi 7的未來究竟如何，我們且等頻譜政策靴子的落地。