鑽石舞台

緊隨Wi-Fi 6E之後，第7代WiFi技術（也被稱為IEEE 802.11be或Wi-Fi 7）即將問世！這將是有史以來最快的Wi-Fi技術，將改變遊戲規則，為我們日常生活中的網絡和在線活動提供更好的用戶體驗。它將支持和加速許多苛刻的應用，如8K視頻流、全沉浸式AR/VR、遊戲和雲計算。本文將回顧802.11be Release 1中支持的關鍵特性，並了解Wi-Fi 7的好處以及它如何實現未來的連接。

隨着 6 GHz 頻段向 Wi-Fi 應用開放，Wi-Fi 7 在 6 GHz 頻段上支持最大 320 MHz 信道帶寬，同時在 5 GHz 和 6 GHz 頻段上支持 20/40/80/160 MHz 信道帶寬以及 20 /40 MHz 在 2.4 GHz 頻段。與現有的 Wi-Fi 6/6E 相比，僅 320 MHz 的信道帶寬就使 Wi-Fi 7 的最大速度翻了一番。

圖1：320 MHz 信道帶寬

正交調幅(QAM)是一種廣泛使用的Wi-Fi調製方案，同時混合載波中的振幅和相位變化。Wi-Fi-6最多支持1024個QAM——圖2中左側星座點代表10位數據(符號)。Wi-Fi-7支持4096 QAM——每個右側星座點代表12位數據(符號)。換句話說，Wi-Fi7中每一個用QAM調製的點可以比Wi-Fi6多攜帶2比特的信息，速度提高了20%。

圖2：1024 QAM 與 4096 QAM

多鏈路操作(MLO)是Wi-Fi-7中一項重要且有用的功能。它使設備能夠同時跨多個波段和信道發送和接收。它類似於有線(即以太網)網絡的鏈路聚合或集群功能，但更複雜和靈活。它在不同的波段和信道中創建多個鏈路(無線電)的捆綁或綁定，作為連接對等體之間的一個虛擬鏈路。每個鏈路(無線電)可以獨立和同時與其他鏈路工作，或協調最佳的聚合速度、延遲、範圍(覆蓋)或節省電力。Wi-Fi-7 MLO是一個MAC層解決方案，可以同時使用多個鏈路，對上層協議和服務是透明的。MLO可以提高吞吐量、鏈路魯棒性、漫遊、干擾緩解和減少延遲。

圖 3. 多鏈路操作

例如，在由三頻段(6GHz、5GHz、2.4 GHz)網狀節點或AP組成的家庭網狀網絡中，MLO可以為家庭網絡形成一個高速、低延遲的無線骨幹網，並為與網狀節點/ AP相連的設備提供回送。如果每個mesh節點支持4×4 三頻並發配置，聚合回程(backbone)速度可達21.6 Gbps。通過MLO，回程(骨幹)也更加健壯和可靠。當5GHz鏈路被DFS (雷達)中斷時，流量可以自動切換到6GHz和2.4 GHz鏈路，不會造成業務中斷和QoS (服務質量)下降。與Wi-Fi-7基於MLO的回程相比，今天的Wi-Fi-6和6E網格解決方案使用4×4無線電組成無線回程，僅提供4.8 Gbps速度。如果該鏈路受到干擾或中斷，整個回程(骨幹)將受到影響或中斷，從而導致QoS降級或中斷。

當客戶端設備(如智能手機、筆記本電腦等)支持多個無線時，MLO會在設備和AP之間創建一個更大的管道，以獲得更高的速度、更低的延遲和更高的可靠性，並改善無縫漫遊的用戶體驗。

Wi-Fi-7增加了新的RU資源分配機制。在Wi-Fi-6中AP只能給每個用戶(非AP用戶)分配一個RU相比，Wi-Fi-7允許將多個MRU (resource unit)設置為一個非AP用戶。MRU進一步提高了頻譜利用效率，可根據需要為用戶提供更靈活的帶寬(QoS)控制，增強了在同一頻段或信道上運行的現有設備的抗干擾能力和共存能力。

圖 4. 320 MHz OFDMA PPDU 的 RU 和 MRU

這種MRU機制支持正交頻分多址(OFDMA)和非OFDMA(即MU-MIMO)模式。OFDMA模式支持小的MRU和大的MRU，允許更靈活地分配RU/ MRU，而不複雜的MAC和調度器設計。非OFDMA模式在子信道的序言穿刺中提供了最大的靈活性。

例如，除主信道或40/80 MHz信道外，任何20 MHz子信道都可以在320 MHz帶寬中被截取。這允許傳輸在有干擾時最大限度地利用信道的頻譜，並在有在任設備在信道的特定頻譜段上工作時提供最佳共存。

Wi-Fi 7有很多新功能和改進。這些特徵包括：前導脈衝、目標喚醒時間(TWT)、限制行波時間(rTWT)、增程(MCS 14和MCS 15)等。其他特性，如多AP協調(協調波束形成、協調OFDMA、協調空間重用、聯合傳輸)、16空間流和HARQ等，可能會在Release 2中得到支持，本文將不進行介紹。

Wi-Fi-7支持閃電般的速度。基於其前身Wi-Fi-6(又名802.11ax)構建，Wi-Fi-7支持極高的吞吐量(EHT)，具有高達46 Gbps的原始數據速率和標準規格中定義的16個空間流。這比運行在Cat 6/6a/7線纜上的10 Gbps以太網快得多。最接近的訪問和連接技術是Thunderbolt 3/4, USB 4和HDMI 2.1，提供40Gbps或更高的最大原始數據速率。

Wi-Fi-7將支持320MHz信道帶寬，是Wi-Fi-6的兩倍。Wi-Fi 7還將QAM粒度從1024 (1K)提高到4096 (4K)，與Wi-Fi 6/6E或Wi-Fi 5 Wave 3相比，速度提高了20%。此外，Wi-Fi-7還將空間流的最大數量增加了一倍，在某些情況下，這與天線的數量是可以交換的，從8個增加到16個。因此，Wi-Fi 6/6E支持8個空間流的最高9.6 Gbps, Wi-Fi 7支持16個空間流的最高46 Gbps (9.6 Gbps x2(雙帶寬)x1.2 (QAM改進)x2(空間流))。

在這種極高的速度下，用戶可以在使用兩個Wi-Fi天線(兩個空間流)的情況下，在智能手機、筆記本電腦等常用設備上獲得最高每秒5.8 Gbps的速度。由於嚴格的功率或形狀因素的限制，許多使用一個天線的設備也可以支持高達2.9 Gbps的數據速率。用戶無需支付額外的天線或更高的電費就可以獲得兩倍以上的速度，因為不需要額外的功率放大器或前端模塊——這是未來許多應用的範式轉變。

延遲是服務質量(QoS)和用戶體驗的另一個關鍵參數。它對於實時應用程序尤其關鍵。許多多媒體應用，如高分辨率實時視頻流、虛擬現實、增強現實、雲遊戲和實時編程，需要小於20毫秒的延遲。在無線環境中實現如此低的延遲並不容易。對於光纖訪問，在WAN端，調製解調器和雲/服務器之間的延遲大約是10毫秒或稍長。考慮到這一點後，WAN調製解調器和端點客戶機設備之間的延遲預算應該在10ms左右或更少，以獲得良好的用戶體驗。Wi-Fi-6實現10- 20ms延遲。而且，Wi-Fi 6E可以在爭議少得多的環境中實現更低的延遲。Wi-Fi-7將通過使用802.11be標準中的各種工具，幫助將延遲降低到低於10毫秒，並最終達到具有確定性邊界的低於1毫秒範圍。這些工具包括MLO、行波變換(TWT)和rTWT，改進的觸發傳輸，以及最終集成的時間敏感網絡(TSN)功能。

如前所述，MLO提供了一種動態機制來適應多個鏈路之間的連接。MLO可以根據鏈路的性能和健壯性等指標，即負載均衡，動態平衡兩個鏈路對等體(如AP和客戶端設備)之間的傳輸負載。如果一個鏈路上有干擾或鏈路丟失(例如，由於範圍)，連接仍然可以在其餘的鏈路上運行，傳輸可以無縫地從故障鏈路切換到良好的鏈路(也稱為快速故障轉移)。MRU/RU和序言穿刺也有利於連接的穩健性。例如，當運行信道的特定子信道或頻譜的某一段受到干擾時，AP可以避免使用這些被干擾的子信道或RU/MRU，並根據當前環境情況和信道狀態優化傳輸。此外，MCS 14和MCS 15被定義為提高信號信噪比，當鏈路對等體之間的距離擴大時，也提高了連接的魯棒性。

Wi-Fi-6和Wi-Fi-6E在Wi-Fi-5的基礎上，已經增強了許多減少干擾和與現有設備共存的功能。Wi-Fi-6提供了更靈活的子信道穿刺模式，並且可以在OFDMA模式下利用RU來避免更細粒度的干擾，詳細到2 MHz(最小的RU有26個音調)。Wi-Fi 6E支持自動頻率協調(AFC)，與現有設備共存。Wi-Fi-7具有MRU和最大靈活性的序言穿刺功能，在OFDMA和非OFDMA (MU-MIMO)模式中支持所有可能的子信道和高分辨率穿刺模式，提供更好的干擾緩解，為不同類型的業務提供最佳的QoS。

圖 5. 通過 Preamble Puncturing、MRU/RU 和 AFC 減輕干擾和共存

MLO還改善了無縫漫遊的用戶體驗。它提供802.11be標準中定義的內置漫遊增強功能。例如，當設備遠離AP時，MLO會保留AP與設備之間的ML (multi-link)連接，可以自動運行在2.4 GHz頻段，而不需要切換頻段。反之，如果設備靠近AP, MLO可以自動動態地運行在5 GHz和6 GHz頻段，以獲得更高的性能。如今的Wi-Fi-6和6E AP必須依靠應用層的波段導向或客戶端導向特性來強制引導客戶端到不同的波段。它並不總是按預期工作，因為AP無法控制客戶端設備;客戶端設備決定是否切換頻帶。此外，供應商之間的兼容性是無縫漫遊的另一個重大挑戰。

圖 6. 利用 MLO 實現無縫漫遊體驗

從頻譜利用率來看，Wi-Fi-7比Wi-Fi 6/6E提供了更高的效率。額外的效率可以受益於多種Wi-Fi-7功能，MRU，前導穿刺，MLO, 4096 QAM，未來16空間流，以及協調多AP功能，如協調波束形成，協調OFDMA，聯合傳輸等。

通過利用更高的速度，得益於更寬的320 MHz信道帶寬、4096 QAM和更低的延遲，Wi-Fi 7以更高的電力效率提供數據。基於Wi-Fi-6的省電功能，Wi-Fi-7以多種方式改進了這些功能，以達到最佳省電效果。

使用MLO，客戶端設備不需要監聽每個交付流量指示圖(DTIM)信標幀，也不執行組時間鍵、完整性組時間鍵或信標完整性組時間鍵(GTK/IGTK/BIGTK)更新。客戶端可以為DTIM信標更新、交通指示和BSS關鍵更新維護一個鏈接，並將其他鏈接置於深度睡眠狀態，而無需定期醒來獲取DTIM信標更新。

除了 Wi-Fi 6 中最有希望的省電功能 TWT 之外，Wi-Fi 7還支持所謂的觸發傳輸機會(TXOP)共享功能，進一步省電。它允許AP將獲得的TXOP內的一部分時間分配給關聯的客戶端設備進行傳輸，這樣AP就不需要在下一個服務周期(SP)中喚醒。

Onsemi還支持許多基於實際應用、實時吞吐量和環境(如溫度)需求的專有動態自適應節能特性。

近年來，Wi-Fi傳感應用，如運動檢測、基於Wi-Fi信道狀態信息(CSI)的定位(尤其是室內)、精細時間測量/往返時間(FTM/RTT)，引起了服務提供商和終端用戶的極大興趣。

Wi-Fi信道容易受到干擾，具有很強的動態和頻率選擇性，CSI污染會大大降低運動檢測的精度。得益於320 MHz的通道帶寬，Wi-Fi-7支持更豐富的CSI數據，最多可達3984個音調，提高了運動檢測的準確性。此外，由於在320 MHz的傳輸中可以捕獲如此多的CSI數據，因此可以選擇足夠的無干擾CSI塊，用於運動檢測，同時避免有噪聲的CSI數據。

通過2倍或4倍的過採樣和上採樣技術，對於320 MHz信號，RTT時間戳和測量精度可以達到亞納秒分辨率。也就是說，Wi-Fi-7支持亞米(即30厘米)精度的測距和室內定位，它將使許多令人興奮的Wi-Fi傳感新應用成為可能。

Wi-Fi-7將在許多方面顯著改善用戶體驗，並變得更經濟高效。它可以啟用和增強許多苛刻的應用，如雲遊戲，沉浸式AR/VR, 8K視頻流，工業4.0等。用戶可以期望Wi-Fi 7比現有的Wi-Fi 6/6E提供更高的速度、更低的延遲和更強大的性能。