Wi-Fi 7：下一代標(biāo)準(zhǔn)

每隔幾年，Wi-Fi聯(lián)盟就會在其悠久的無線通信傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)布新的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范。6 年最新發(fā)布的 Wi-Fi 802E （IEEE 11.2022ax） 規(guī)范引入了擴(kuò)展的 5GHz 頻譜和一系列新功能。對于2024年，Wi-Fi聯(lián)盟的計(jì)劃大致相同，將推出新的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，即802.11be超高吞吐量（EHT），也稱為Wi-Fi 7，該標(biāo)準(zhǔn)還將引入新的頻譜，擴(kuò)展帶寬，并為Wi-Fi世界帶來一些新功能。Wi-Fi 7 的初稿于 2021 年 2024 月發(fā)布，最終草案預(yù)計(jì)將于 <> 年初發(fā)布。?

根據(jù) Wi-Fi 聯(lián)盟的說法：

基于正在開發(fā)的IEEE 802.11be標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi 7將成為下一代Wi-Fi技術(shù)的重大發(fā)展。Wi-Fi 7 專注于物理 （PHY） 和介質(zhì)訪問控制 （MAC） 改進(jìn)，能夠支持至少 30Gbps 的最大吞吐量，以提高性能、實(shí)現(xiàn) Wi-Fi 創(chuàng)新并擴(kuò)展用例。Wi-Fi 7 的其他增強(qiáng)功能將支持時間敏感型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（包括 AR/VR、4K 和 8K 視頻流、汽車、云計(jì)算、游戲和視頻應(yīng)用，以及關(guān)鍵任務(wù)和工業(yè)應(yīng)用）的延遲和抖動。與其他 Wi-Fi 世代一樣，Wi-Fi 7 將向后兼容，并與 2.4、5 和 6GHz 頻段中的傳統(tǒng)設(shè)備共存。[一世]

本文旨在向讀者介紹 Wi-Fi 7 標(biāo)準(zhǔn)，并描述對 Wi-Fi 7 設(shè)備的期望，這些設(shè)備可能會在 2023 年底或 2024 年初開始發(fā)布（盡管最終的 Wi-Fi 7 標(biāo)準(zhǔn)可能要到 2024 年的某個時候才能完成）。

Wi-Fi 7 規(guī)格

正如預(yù)期的那樣，Wi-Fi 7 建立在過去 Wi-Fi 版本的功能之上，但繼續(xù)增加帶寬、更深入的調(diào)制方案和關(guān)鍵進(jìn)步。除了更高的數(shù)據(jù)速率外，Wi-Fi 7 還引入了多項(xiàng)功能，可增強(qiáng)優(yōu)先應(yīng)用的可靠性和延遲。本節(jié)將重點(diǎn)介紹 Wi-Fi 7 標(biāo)準(zhǔn)的核心功能以及可能進(jìn)入 Wi-Fi 7（或未來 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)）的其他功能。

核心功能

Wi-Fi 7 的核心功能是 4096 正交幅度調(diào)制 （4K-QAM）、擴(kuò)展頻率 6GHz 頻段、額外的更高帶寬模式、多鏈路操作 （MLO） 和多資源單元 （Multi-RU） 穿刺。

4K-QAM技術(shù)

新的 4K-QAM 調(diào)制方案允許每個符號攜帶 12 位，而 10 QAM （1024K-QAM） 的每個符號容量為 1 位。與具有 20K-QAM 的 Wi-Fi 6 相比，這種更深層次的調(diào)制模式將理論傳輸速率提高了 1%。此外，Wi-Fi 7 將能夠?qū)?<> 個空間流進(jìn)行空間多路復(fù)用。

增強(qiáng)帶寬

標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11b將引入320/160+160MHz和240/160+80MHz的額外連續(xù)和非連續(xù)帶寬模式。320MHz 帶寬模式比 Wi-Fi 6 高出一倍。擴(kuò)展帶寬模式與4K-QAM相結(jié)合，將為單用戶設(shè)備帶來5.8Gbps的最大數(shù)據(jù)速率。這是 Wi-Fi 2E 4.2Gbps 最大數(shù)據(jù)速率的 4.6 倍。結(jié)合高階調(diào)制、增強(qiáng)帶寬和空間流，Wi-Fi 30 的理論最大吞吐量應(yīng)超過 7Gbps。這是 Wi-Fi 6E 最大吞吐量（9.6Gbps）的數(shù)倍（圖 1）。

圖 1：與以前的版本相比，Wi-Fi 7 具有許多優(yōu)勢，包括增強(qiáng)的調(diào)制方案。（來源：英特爾[ii]?)

多鏈路操作 （MLO） 和確定性延遲

Wi-Fi 歷來的主要局限性是該標(biāo)準(zhǔn)缺乏確定性和不可靠的延遲，對于更關(guān)鍵的操作和低延遲應(yīng)用來說，這些延遲通常也太高。過去，傳統(tǒng)的 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)備僅通過單個通道進(jìn)行連接，如果第一個通道斷開連接，則使用輔助通道作為備份。在Wi-Fi 7中，該聯(lián)盟打算通過MLO和確定性延遲來改變這種狀況。之所以如此，是因?yàn)?MLO 可確保在沒有任何額外延遲的情況下傳輸高優(yōu)先級數(shù)據(jù)，這是通過根據(jù)特定應(yīng)用程序要求分配數(shù)據(jù)流來完成的。示例應(yīng)用包括虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) （VR/AR） 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT）、自主移動機(jī)器人 （AMR） 和自動化物流裝置。

目前，MLO有兩個方面：增強(qiáng)型多鏈路單射頻（eMLSR）和多鏈路多射頻（MLMR）。eMLSR 使用多個支持無線鏈路的接入點(diǎn)，這些接入點(diǎn)可以通過多個空間多路復(fù)用信道（單射頻用戶設(shè)備上至少有一個 2×2 MIMO 射頻）與單射頻設(shè)備進(jìn)行通信。通過這種方式，可以保持其中一個通道的自由狀態(tài)，以確保高優(yōu)先級應(yīng)用程序的可靠性并最大限度地減少延遲，同時還可以為另一個通道上的低優(yōu)先級但可能高吞吐量的應(yīng)用程序提供服務(wù)。如果接入點(diǎn)和用戶設(shè)備都具有并發(fā)雙射頻功能，則 MLMR 有效。然后，兩個無線電可以同時通過兩個空間多路復(fù)用信道進(jìn)行連接和通信。如果數(shù)據(jù)在兩個通道上冗余共享，或者可用于通過聚合提供更高的吞吐量，這些無線電還可以更好地確保更高的可靠性和更低的延遲。與前幾代 Wi-Fi 相比，這種方法應(yīng)該提供最大 1/100 的延遲。

多RU穿刺或靈活的通道利用率

過去的 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)會關(guān)閉整個帶寬信道，如果它被單個設(shè)備使用，即使該設(shè)備沒有完全使用該信道。這可能會造成這樣一種情況，即高帶寬和高速通道由不需要整個通道功能的設(shè)備持有?，F(xiàn)在，隨著 Wi-Fi 7 的推出，該聯(lián)盟正在開發(fā)多 RU 穿刺，該分支細(xì)分了高速信道，只要有可用帶寬，就可以讓多個設(shè)備同時使用它們（圖 2）。這在 5GHz 和 6GHz 頻段尤其有價(jià)值，在這些頻段中，現(xiàn)有信號可能主導(dǎo)著一些信道帶寬，而傳統(tǒng)的 Wi-Fi 設(shè)備必須將整個信道視為被占用。

圖 2：多RU穿刺可以更有效地利用稀缺的信道頻譜。（來源：英特爾[ii]?)

候選特征

其他理論上的 Wi-Fi 功能可能會通過以后的更新進(jìn)入 Wi-Fi 7 標(biāo)準(zhǔn)，如果不是在初始版本中。這些功能包括多接入點(diǎn)協(xié)調(diào)，允許協(xié)調(diào)/聯(lián)合傳輸。該技術(shù)可以進(jìn)一步提高高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的可靠性并減少延遲。提高可靠性的另一個潛在特性是混合自動重復(fù)請求（HARQ），它應(yīng)該加強(qiáng)鏈路適配和重傳協(xié)議。Wi-Fi 7 還可以集成 IEEE 802.1Q 的時間敏感網(wǎng)絡(luò) （TSN），用于低延遲/實(shí)時應(yīng)用，以及 IEEE 802.1AS 定時和同步功能。Wi-Fi 802 可能包含的其他 IEEE 7 功能包括 802.11aa MAC 增強(qiáng)功能，用于強(qiáng)大的音頻-視頻流，802.11ak 增強(qiáng)功能，用于橋接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸鏈路，802.1Qav 基于信用的有界延遲，802.1Qch/Qbv 循環(huán)/時間感知流量整形，802.1Qcr-2020 異步流量調(diào)度，以及用于減少抖動/延遲的 802.11ax 計(jì)劃操作擴(kuò)展。

潛在的特性表明，Wi-Fi 7版本的重要目標(biāo)是增強(qiáng)可靠性，降低延遲，并在Wi-Fi通信鏈路中實(shí)現(xiàn)更大的確定性。這可能是對競爭性導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)解決方案的運(yùn)行，并將 Wi-Fi 定位為 5G 超可靠低延遲通信 （URLLC） 功能的競爭服務(wù)，這些功能有望在自動化應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)大量應(yīng)用。

早期的Wi-Fi 7設(shè)備：功能和可能的規(guī)格

802.11be任務(wù)組由高通、英特爾和博通的成員領(lǐng)導(dǎo)，MaxLinear、恩智浦等公司的代表擔(dān)任高級職位。該工作組主要由芯片組制造商組成，他們在產(chǎn)品開發(fā)周期中受益于標(biāo)準(zhǔn)制定的提前通知。盡管該標(biāo)準(zhǔn)仍未最終確定，但已經(jīng)有Wi-Fi 7芯片組被用于早期演示和測試版。因此，7 年可能會推出 Wi-Fi 2023 芯片組，以便 Wi-Fi 接入點(diǎn)和用戶設(shè)備制造商可以在 Wi-Fi 7 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之前訪問芯片組。早期的 Wi-Fi 7 芯片組可能會具有 Wi-Fi 7 預(yù)測的所有核心功能。它們可能包括一些候選功能或規(guī)定，以便將來通過軟件更新通過軟件或可配置硬件啟用這些功能。

這些功能包括 320MHz 帶寬通道、2.4GHz/5GHz/6GHz 頻段、4K-QAM 和 7 個空間多路復(fù)用流。高通公司（Qualcomm）已經(jīng)列出了其Wi-Fi 1620產(chǎn)品，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備芯片組Networking Pro 33 Platform，該芯片組宣傳的Wi-Fi峰值PHY速率高達(dá)<>Gbps。該芯片組的產(chǎn)品簡介還宣傳了 MLO/確定性延遲功能和多 RU 穿刺。因此，其他芯片組制造商很可能也會推出這些功能。大多數(shù)芯片組制造商可能會包含其他功能，包括網(wǎng)絡(luò)接口、用戶架構(gòu)和安全功能。

結(jié)論

Wi-Fi 7 芯片組以及設(shè)備目前正在開發(fā)中，可能會與 Wi-Fi 7 標(biāo)準(zhǔn)版本一起發(fā)布。Wi-Fi 7 的新功能不僅實(shí)現(xiàn)了更快的鏈路速度，還非常注重可靠性、低延遲和確定性。

審核編輯 黃宇