Wi-Fi標準簡介：Wi-Fi 6和Wi-Fi 7

谷歌搜索“Z 世代的著名成員”會出現(xiàn)各種我從未聽說過的名字（不過，我確實認出了 Greta Thunberg）。但又一個名字明顯缺席，那就是IEEE 802.11，也就是我們通常所說的 Wi-Fi。

Wi-Fi 誕生于 1997 年，對人類生活的影響遠遠超過任何其他 Z 世代名人。它的穩(wěn)步增長和成熟逐漸將網(wǎng)絡(luò)連接從電纜和連接器的舊制度中解放出來，以至于無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入——這在撥號時代是不可想象的——通常被認為是理所當然的。

我的年紀，讓我足以記住 RJ45 插頭帶來的，令人滿意的咔嗒聲，這標志著與快速擴展的在線多元宇宙的成功連接?，F(xiàn)在我?guī)缀醪恍枰?RJ45，而我認識的技術(shù)飽和的青少年甚至可能不知道它們的存在。

普通民眾對 Wi-Fi 的偏好并不令人驚訝。與無線的巨大便利性相比，以太網(wǎng)電纜看起來幾乎是野蠻的。但作為一個只關(guān)心數(shù)據(jù)鏈路性能的工程師，我仍然認為 Wi-Fi 不如有線連接。802.11be 是否會讓 Wi-Fi 更接近于完全取代以太網(wǎng)？

Wi-Fi標準簡介：Wi-Fi 6和Wi-Fi 7

Wi-Fi 6 是 IEEE 802.11ax 的公開名稱。Wi-Fi 6 于 2021 年初獲得全面批準，得益于 802.11 協(xié)議二十多年的累積改進，Wi-Fi 6 是一個強大的標準，似乎不適合快速替代。

高通公司的一篇博文將 Wi-Fi 6 總結(jié)為“旨在為盡可能多的設(shè)備同時驅(qū)動盡可能多的數(shù)據(jù)的功能和協(xié)議的集合”。Wi-Fi 6 引入了各種提高效率和增加吞吐量的高級功能，包括頻域復用、上行鏈路多用戶 MIMO 和數(shù)據(jù)包的動態(tài)分片。

Wi-Fi 6 采用 OFDMA（正交頻分多址）技術(shù)，可提高多用戶環(huán)境中的頻譜效率。圖片由思科提供

那么，為什么 802.11 工作組已經(jīng)在開發(fā)新標準的道路上順利進行呢？為什么我們已經(jīng)看到有關(guān)第一個 Wi-Fi 7 演示的頭條新聞？盡管 Wi-Fi 6 收集了最先進的無線電技術(shù)，但至少在某些方面，人們認為 Wi-Fi 6 在兩個重要方面令人印象深刻：數(shù)據(jù)速率和延遲。

通過提高 Wi-Fi 6 的數(shù)據(jù)速率和延遲性能，Wi-Fi 7 的架構(gòu)師希望提供比使用以太網(wǎng)電纜更容易實現(xiàn)的快速、流暢、可靠的用戶體驗。

關(guān)于 Wi-Fi 協(xié)議的數(shù)據(jù)速率與延遲

Wi-Fi 6 支持接近 10 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。這在絕對意義上是否“足夠好”是一個非常主觀的問題。然而，從相對意義上來說，Wi-Fi 6 的數(shù)據(jù)速率在客觀上是低迷的：Wi-Fi 5 的數(shù)據(jù)速率相比其前身提高了 1000%，而 Wi-Fi 6 的數(shù)據(jù)與 Wi-Fi 5 相比，速率提高了不到 50%。

理論上的流數(shù)據(jù)速率絕對不是量化網(wǎng)絡(luò)連接“速度”的綜合手段，但它的重要性足以值得那些負責 Wi-Fi 持續(xù)商業(yè)成功的人密切關(guān)注。

過去三代Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的比較。圖片由英特爾提供

延遲作為一般概念是指輸入和響應(yīng)之間的延遲。

在網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，過長的延遲可能會降低用戶體驗，甚至超過有限的數(shù)據(jù)速率——如果您必須在網(wǎng)頁前等待五秒鐘，那么極快的比特級傳輸對您沒有多大幫助開始加載。延遲對于視頻會議、虛擬現(xiàn)實、游戲和遠程設(shè)備控制等實時應(yīng)用程序尤為重要。用戶對故障視頻、滯后的游戲和拖拉的機器界面只有這么多的耐心。

Wi-Fi 7 的數(shù)據(jù)速率和延遲

IEEE 802.11be 的項目授權(quán)報告包括提高數(shù)據(jù)速率和減少延遲作為明確目標。讓我們仔細看看這兩種升級途徑。

數(shù)據(jù)速率和正交幅度調(diào)制

Wi-Fi 7 的架構(gòu)師希望看到至少 30 Gbps 的最大吞吐量。我們不知道最終確定的 802.11be 標準中將包含哪些特性和技術(shù)，但一些最有希望提高數(shù)據(jù)速率的候選者是 320 MHz 信道寬度、多鏈路操作和 4096-QAM 調(diào)制。

通過訪問 6 GHz 頻段的額外頻譜資源，Wi-Fi 可以將最大信道寬度增加到 320 MHz。相對于 Wi-Fi 6，320 MHz 的通道寬度將最大帶寬和理論峰值數(shù)據(jù)速率提高了兩倍。

在多鏈路操作中，具有自己鏈路的多個客戶站作為“多鏈路設(shè)備”共同發(fā)揮作用，它們具有到網(wǎng)絡(luò)邏輯鏈路控制層的一個接口。Wi-Fi 7 將可以訪問三個頻段（2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz）；Wi-Fi 7 多鏈路設(shè)備可以在多個頻段同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。多鏈路操作具有顯著增加吞吐量的潛力，但它帶來了一些重大的實施挑戰(zhàn)。

在多鏈路操作中，多鏈路設(shè)備具有一個 MAC 地址，即使它包含多個 STA（代表站，表示筆記本電腦或智能手機等通信設(shè)備）。圖片由IEEE提供

QAM 代表正交幅度調(diào)制。這是一種 I/Q 調(diào)制方案，其中相位和幅度的特定組合對應(yīng)于不同的二進制序列。我們可以（理論上）通過增加系統(tǒng)“星座”中相位/幅度點的數(shù)量來增加每個符號傳輸?shù)谋忍財?shù)（見下圖）。

這是 16-QAM 的星座圖。復平面上的每個圓圈代表對應(yīng)于預定義二進制數(shù)的相位/幅度組合。圖片由IEEE提供

Wi-Fi 6 使用 1024-QAM，它支持每個符號 10 位（因為 2 10 = 1024）。如果使用 4096-QAM 調(diào)制，系統(tǒng)可以在每個符號上傳輸 12 位，前提是它可以在接收器處實現(xiàn)足夠的 SNR 以實現(xiàn)成功解調(diào)。

延遲特性：MAC 層和 PHY 層

實時應(yīng)用可靠功能的閾值是 5-10 毫秒的最壞情況延遲；在某些使用場景中，低至 1 毫秒的延遲是有益的。在 Wi-Fi 環(huán)境中實現(xiàn)如此低的延遲并非易事。

在 MAC（媒體訪問控制）層和物理層 （PHY） 上運行的功能將有助于將 Wi-Fi 7 延遲性能帶入低于 10 毫秒的領(lǐng)域。其中包括多接入點協(xié)調(diào)波束成形、時間敏感網(wǎng)絡(luò)和多鏈路操作。

Wi-Fi 7 的主要特性。圖片由IEEE提供

最近的研究表明，包含在多鏈路操作總標題中的多鏈路聚合可能有助于使 Wi-Fi 7滿足實時應(yīng)用程序的延遲要求。

您對 Wi-Fi 7 的未來持樂觀態(tài)度嗎？

我們還不知道 Wi-Fi 7 究竟會是什么樣子，但它無疑將包含令人印象深刻的新射頻技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。這所有的研發(fā)都值得嗎？Wi-Fi 7 是否會徹底改變無線網(wǎng)絡(luò)并徹底抵消以太網(wǎng)電纜的少數(shù)剩余優(yōu)勢？

審核編輯 ：李倩