繼Wi-Fi 6E之后，第7代Wi-Fi，也被稱為IEEE 802.11be或Wi-Fi 7即將開啟！這將是有史以來最快的Wi-Fi技術并帶來巨大變革，還為我們日常生活中的網絡和在線活動提供好得多的用戶體驗。它將能夠實現并加速許多要求較高的應用，如8K視頻流、全沉浸式增強現實(AR)/虛擬現實(VR)、游戲和云計算。在本文中，將介紹802.11be Release 1將支持的主要功能，并了解Wi-Fi 7的優勢，及其如何實現未來的連接性。
Wi-Fi 7關鍵功能
320MHz信道帶寬
隨著6GHz頻段向Wi-Fi應用開放，Wi-Fi 7在6GHz頻段上支持的最大信道帶寬為320MHz，同時在5GHz和6GHz頻段上仍繼續支持20/40/80/160MHz信道帶寬，以及在2.4GHz頻段上繼續支持20/40MHz。Wi-Fi 7與現有的Wi-Fi 6/6E相比，單是其320MHz信道帶寬就使最高數據速率提高了一倍。
圖1：320MHz信道帶寬示意圖。
4096(4K)QAM
正交調幅(QAM)是Wi-Fi中廣泛采用的一種調制方案，它是一種同時接合載波的振幅和相位變化的技術。Wi-Fi 6最高支持1024 QAM，如圖2中的左圖所示，每個星座點代表一個10位數據(符號)。而Wi-Fi 7支持4096 QAM，如圖2中的右圖所示，每個點代表一個12位數據(符號)。換句話說，在Wi-Fi 7中，每個QAM調制符號可以比Wi-Fi 6多傳輸2位的信息。相當于速度快20%。
圖2：1024 QAM與4096QAM對比示意圖。
多鏈路操作(MLO)
多鏈路操作(MLO)是Wi-Fi 7中一個非常重要和有用的功能。它能夠支持設備在多個不同的頻段和信道上同時進行數據收發。它類似于有線網絡(以太網)中的鏈路聚合或中繼功能，但較之更先進靈活。它允許在不同的頻段和信道中創建一束一體的多鏈路(射頻)，用作為對等連接點之間的一個虛擬鏈路。每個單獨鏈路(射頻)均可獨立工作，也可與其他鏈路同時工作，協調實現最佳速率、延遲、覆蓋范圍和功耗。Wi-Fi 7 MLO是一個同時使用多鏈路的MAC層解決方案，并對高層協議和業務透明。MLO可以改善吞吐率、鏈路穩健性、漫游和抗干擾性能，并減小延遲。
圖3：多鏈路操作示意圖。
例如，在一個由三頻(6GHz、5GHz、2.4GHz)網狀節點或接入點(AP)組成的家庭網絡中，MLO可用于為家庭網絡構成高速、低延遲的無線主干網，并為連接到網狀節點/接入點的設備提供回程。如果每個網格節點都支持4×4三頻并發配置，則聚合回程(主干網)支持高達21.6Gbps的速率。使用MLO，回程也更加穩健和可靠。在5GHz鏈路被雷達中斷的情況下，DFS(動態頻率選擇) 可以將流量自動切換到6GHz和2.4GHz鏈路，而不會造成業務中斷或服務質量(QoS)下降。與基于Wi-Fi 7 MLO的回程相比，Wi-Fi 6和6E mesh解決方案中使用4×4射頻中的一個來形成無線回程，這只能提供4.8Gbps的速率。況且如果該鏈路受到干擾或中斷，則整個回程(主干網)會受到影響或中斷，從而導致QoS降級或業務中斷。
當客戶端設備(如智能手機、筆記本電腦等)支持多個多路無線收發時，MLO不僅能在設備和AP之間建立一個更大的通信管道(可支持更高速率、更低延遲和更高可靠性)，而且還能改善用戶體驗，實現無縫漫游。
多資源單元(MRU)
Wi-Fi 7增加了新的資源單元(RU)分配機制。與AP僅向每個STA分配一個RU的Wi-Fi 6相比，Wi-Fi 7允許向一個STA分配多個資源單元(MRU)。MRU進一步提高了頻譜利用率，根據需要為每個STA的帶寬(QoS)控制提供了更大的靈活性，并增強了抗干擾以及與運行在同一頻帶或信道上的現有設備共存的能力。
圖4：320MHz OFDMA PPDU的RU、MRU示意圖。
這種MRU機制支持正交頻分多址(OFDMA)和非OFDMA(即MU-MIMO)兩種模式。在OFDMA模式下，它支持大小不同的MRU，以允許更靈活地分配RU/MRU，而不會使MAC和調度器設計過于復雜。而在非OFDMA模式下，它為子信道前導屏蔽(preamble puncturing)提供了最大的靈活性。
例如，在320MHz帶寬上，除主信道外，任何20MHz子信道，或40/80MHz信道都可以被屏蔽掉。這使得傳輸遇到干擾時，可以最大限度地利用信道的頻譜，而且有設備已在信道的某些頻段上運行時，能夠實現最佳的共存。
Wi-Fi 7還有許多其他新功能和改進。這些功能包括前導屏蔽、目標喚醒時間(TWT)和受限的TWT(rTWT)、擴展覆蓋距離(MCS 14和MCS 15)等。
還有其他功能，如多AP協調(協調波束成形、協調OFDMA、協調空間復用、聯合傳輸)、16個空間流和混合自動重傳請求(HARQ)等，這些功能可能會在第2版中得到支持，因此本文沒有論及。
Wi-Fi 7如何使終端用戶受益？
極高吞吐率
Wi-Fi 7的速度快如閃電，支持極高的吞吐量(EHT)，如標準規格定義，其原始數據率高達46Gbps，具有16個空間流。這比在Cat 6/6a/7電纜上運行的10 Gbps以太網快得多。能與該速率匹敵的接入和連接技術是最大初始速率能達到40 Gbps或以上的Thunderbolt 3/4、USB 4和HDMI 2.1。
如上所述，Wi-Fi 7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W-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(在某些方面與天線數量相當)從8個增加到16個。支持8個空間流的Wi-Fi 6/6E可實現的速率為9.6Gbps，故支持16個空間流的Wi-Fi 7可實現的數據率高達46Gbps(9.6Gbps×2(帶寬翻番)×1.2(QAM調制改進)×2(空間流翻倍))。
有了如此高的速度，用戶通常配有兩個Wi-Fi天線(2個空間流)的智能手機、筆記本電腦等常用設備，可獲得最高每秒數千兆比特(5.8Gbps)的速率。許多設備由于嚴格的功率或結構限制，只能使用1根天線，那也能實現高達2.9Gbps的數據率。由于不需要額外的功率放大器或前端模塊，用戶在無需購買額外天線或支付更高電費的情況下，即可使數據率翻倍甚至更高。所以，這將推動未來許多應用的升級。
超低延遲
延遲是QoS和用戶體驗的另一個關鍵參數。該參數對實時應用尤為關鍵。許多多媒體應用，如高分辨率實時視頻流、VR、AR、在線云游戲和實時編程，都要求延遲小于20毫秒甚至更小。要在無線環境中實現如此低的延遲并不容易。在云用例中，廣域網(WAN)側的延遲也應考慮在內，光是光纖接入的延遲就大概有10毫秒或更大一些。這也就是說，WAN調制解調器到終端客戶設備之間的延遲預算，對于實現良好的用戶體驗是非常具有挑戰性的。10-20毫秒的延遲指標可以通過Wi-Fi 6來實現。而在競爭更少的環境中，用Wi-Fi 6E實現的延遲還會再小一點。但對于Wi-Fi 7而言，利用802.11be標準中的各種工具(包括MLO、TWT和rTWT、改進觸發傳輸，以及最終整合時間敏感網絡(TSN)功能)，能夠將延遲降至10毫秒以內，且最終肯定能夠將延遲降至1毫秒以內。
更穩定可靠的連接
如上所述，MLO提供了一種動態機制來適應多個鏈路之間的連接。基于性能和穩健性等鏈路質量指標，可以對兩個鏈路對等點(例如，AP和客戶端設備)之間的連接傳輸負載進行動態平衡，也稱為負載平衡。如果其中一條鏈路上存在干擾或鏈路丟失(例如，由于距離較遠)，則連接仍可以在其余鏈路上運行，傳輸可以從故障鏈路無縫切換到正常鏈路，即快速故障切換。MRU/RU和前導屏蔽也改進了連接穩健性。例如，當工作信道的某些子信道或部分頻譜受到干擾時，AP可以停止使用那些受干擾的子信道或RU/mru，并基于當前環境和信道狀態來優化傳輸。此外，當鏈路對等點之間的距離延長時，設計用來提高信號SNR的MCS 14和MCS 15，也進一步改進了連接穩健性。
進一步減輕干擾和更好地共存
在Wi-Fi 5的基礎上，Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E已經增強了許多減少干擾和與現有設備共存的功能。雖然Wi-Fi 6已提供靈活的子信道屏蔽模式，可以在OFDMA模式下利用RU規避更小細粒度、比如窄至2MHz(只有26個子載波的最小RU)的干擾，且支持以便與現有設備共存的自動頻率協調(AFC)，但Wi-Fi 7具有MRU，且前導屏蔽功能最靈活，使得在OFDMA和非OFDMA(MU-MIMO)模式下，支持所有可能的子信道和高分辨率屏蔽模式，從而更進一步了減輕干擾，為不同類型的業務提供最佳的QoS。
更好的漫游體驗
MLO還能改善用戶體驗，實現無縫漫游。它提供802.11be標準中定義的內置漫游增強功能。例如，當設備離接入點較遠時，MLO保持接入點和設備之間的ML(多鏈路)連接，并自動在2.4GHz頻段上運行，而無需切換頻段。反之亦然，如果設備離接入點較近，MLO可以自動和動態地運行在5GHz和6GHz頻段上，以獲得更高的性能。相比之下，Wi-Fi 6和6E AP必須依靠應用層的頻段引導或客戶端引導功能，來強行將客戶端引導到不同的頻段。這種方式并不總是像預期的那樣工作，因為AP對客戶設備沒有控制權，客戶設備才能決定是否切換頻段。此外，供應商之間的兼容性是無縫漫游的另一個巨大挑戰。
圖5：利用MLO實現無縫漫游體驗的示意圖。
頻譜利用率更高
從頻譜利用率的角度來看，Wi-Fi 7提供的效率比Wi-Fi 6/6E更高。高效率源于Wi-Fi 7的多個功能，如MRU、前導屏蔽、MLO、4096 QAM和未來的16個空間流以及協同的多AP功能，如協同波束成形、協同OFDMA和聯合傳輸等。
功效更高更節電
Wi-Fi 7憑借其更高的速率，傳輸數據時的功率效率也高得多。在Wi-Fi 6低功耗功能的基礎上，Wi-Fi 7用許多方式對這些功能進行了進一步優化，實現了最佳的節能效果。
比如，采用MLO，客戶端設備不需要偵聽每個傳輸流量指示圖(DTIM)信標幀，也不需要執行群組臨時密鑰/完整性群組臨時密鑰/信標完整性群組臨時密鑰(GTK/IGTK/BIGTK)更新。客戶端可保持一條鏈路用于DTIM信標更新、流量指示和基本業務集(BSS)關鍵更新，并使其他鏈路進入深度睡眠狀態，在DTIM信標更新時也無需定期喚醒。
除了支持Wi-Fi 6中最有前景的目標喚醒時間(TWT)省電功能之外，Wi-Fi 7還支持所謂的觸發傳輸機會(TXOP)共享功能，以進一步節電。它允許接入點將獲得的TXOP內的部分時間分配給相關的客戶端設備進行數據傳輸，不需要在下一個業務期(SP)喚醒。
安森美(onsemi)還支持許多基于實際應用、實時吞吐量和環境(如溫度)要求的專有動態自適應節電功能。
更多新興的Wi-Fi傳感應用
近年來，基于Wi-Fi信道狀態信息(CSI)的運動檢測、定位(尤其是室內)和精細時間測量/往返時間(FTM/RTT)等Wi-Fi傳感應用，吸引了業務提供商和終端用戶的大量興趣。
Wi-Fi信道易受到干擾，動態變化很大且具有頻率選擇性。受污染的CSI會大大降低運動檢測的準確性。得益于320MHz的信道帶寬，Wi-Fi 7支持極為豐富的CSI數據，總計高達3984個子載波。更豐富的CSI數據將提高運動檢測的準確性。此外，由于可以在320MHz的傳輸中捕獲如此多的CSI數據，因此有足夠多的未受干擾的CSI塊可被選用于運動檢測，同時可避免有噪聲干擾的CSI數據被選用。
對于320MHz的信號，采用2×或4×的過采樣和增采樣技術，RTT時間戳和測量精度可以達到亞納秒級的分辨率。也就是說，Wi-Fi 7可以支持亞米級(即30cm)的測距和室內定位精度。從而將支持許多令人振奮的Wi-Fi傳感新應用。
