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根据Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）数据，下一代360度AR/VR应用对无线带宽的需求最高已经达到200Mbps；另据来自英美2000位游戏玩家的一线调研报告，“97%的游戏玩家曾经遇到过延迟问题”。从应用出发，大带宽、低时延的下一代无线网络呼之欲出。 Wi-Fi联盟在2019年推出IEEE 802.11ax标准（Wi-Fi 6）的4年后，即将推出新一代IEEE 802.11be标准，即Wi-Fi 7。  WIFI联盟为IEEE 802.11be标准设定的目标主要为两个：最大吞吐量至少达到30Gbps（a maximum thoughtput of at least 30Gbps）、最差的时延和抖动水平得到提升（improved worst case latency and jitter）。这两个目标，一个提升数据传输速率；一个降低时延。 下文将分上、下两篇，分别介绍Wi-Fi 7独有的技术，其中上篇重点介绍提升速率的技术。 1. Wi-Fi 7相关基本概念Wi-Fi通信在物理上的传输载体是电磁波。可以Wi-Fi通信的电磁波，一般分为三个频段（band）：2.4GHz频段、5GHz频段、6GHz频段。
频段进一步划分为较小的信道（Channel）。
以2.4GHz频段为例，频率从2.401GHz到2.483GHz，被分为13个信道（2.4G频段一共14个信道，中国只开放前13个信道）。
· 信道带宽（Bandwidth），也称频宽，信道最大频率减去最小频率的差值，表示这个信道覆盖频率范围。 2.4G频段中每个信道带宽是22MHz。一般说信道带宽20MHz，因为这22MHz中有2MHz是隔离带，用以区隔相邻信道，不传输数据。 · 子载波（Tone），信道进一步细分，把20MHz信道细分为256个子载波，每个子载波频宽78.125KHz。256个子载波中，有些是传输管理信息，只有234个传输数据，又被称为有效子载波。子载波是无线传输在频域上最小单位。 · 符号（Symbol），无线传输在时域上的传输单位。 · 速率（Rate），就是单位时间内，从AP（Access point，无线接入点）和STA（Station，无线终端）之间传输的信息量。速率一般用比特/秒（bps）为单位来计量。 2. Wi-Fi 7与Wi-Fi 6区别之一：提升Wi-Fi 7速率的技术2.1 编码方式：4096-QAM编码方式是一种无线信号调制技术，以无线电波的不同幅度、相位或频率的组合来表示数据信息。编码方式决定了在一个符号（Symbol）里所能承载的比特（bit）数量。 Wi-Fi 6 采用最高 1024-QAM 调制，每个Symbol承载 10bit 信息。Wi-Fi 7 采用最高 4096-QAM 调制，每个Symbol承载 12bit 信息。Wi-Fi 7编码能力是Wi-Fi 6的1.2倍，传递信息密度更大。  可以形象理解为：无线通信就是在AP和STA两地之间通过汽车运输货物。信道、子载波就是道路的宽窄，一个Symbol就是一辆货车，货物就是数据信息。Wi-Fi 6一车运输10bit，Wi-Fi 7一车运输量提升为12bit，Wi-Fi 7单车运载信息量是Wi-Fi 6的1.2倍。  2.2 码率: 5/6实际传输时，单个Symbol的12bit不会都用来传输数据，要拿出一定bit用作纠错信息码，补救传输过程中可能的错误。单Symbol中排除纠错信息码，有效传输信息占12bit的比例就是码率。
Wi-Fi 6的1024-QAM调制的码率最高是5/6，Wi-Fi 7的4096-QAM码率最高也是5/6。在码率上，Wi-Fi 7并没有提升。
 可以形象地理解为：运载信息的汽车空间不能装满货物，有一定空间用作管理。Wi-Fi 7的有效运载率和Wi-Fi 6一样，均为5/6。 2.3 最大信道: 320MHz在中国，Wi-Fi 6支持2.4GHz、5GHz两个频段，其中5GHz又可细分为5.2GHz频段（5G低频段）和5.8GHz频段（5G高频段）。
 无线传输中，基础信道就是20MHz。2.4GHz频段中支持3个非重叠20MHz信道（参见图二），5.2GHz频段支持8个非重叠信道，5.8GHz频段支持5个非重叠信道。Wi-Fi 6一共支持16个非重叠20MHz信道。
要提高速率，最直接方式是提高道路的宽度。通过信道捆绑技术，把多个连续信道捆绑成更大带宽的信道。
信道捆绑技术把连续2个20MHz信道捆绑为40MHz信道，把2个连续40MHz信道捆绑成80MHz信道，Wi-Fi 6最高支持把2个连续80MHz信道捆绑成160MHz信道。
Wi-Fi 7标准中启用6GHz频段，在这个频段上有大量连续信道，并且干扰少，信道质量高，更适合捆绑信道。Wi-Fi 7支持最大捆绑成320MHz信道。
一个20MHz的信道可以包含234个有效子载波（参见“Wi-Fi 7相关基本概念”）。一个160MHz信道包含1960个有效子载波。一个320MHz信道包含3920个有效子载波。
要让Wi-Fi的速率达到峰值，就只在最大信道上传输数据。Wi-Fi 6单次最大可以传输1960个有效子载波；Wi-Fi 7单次可以传输3920个。Wi-Fi 7最大单次传输有效子载波数量是Wi-Fi 6的2倍。
可以形象地理解为：Wi-Fi 6在最大160MHz带宽下一次可以最多并排跑1960辆车；Wi-Fi 7在最大320MHz带宽下一次最多可以跑3920辆车。  2.4 符号传输时间: 13.6μs以上讲的编码方式、码率、有效子载波数量，都是从空间角度，即频域维度而言；而波的传输，还有传输时间角度，时域维度。
从时域维度看，传输单位是符号（Symbol）。为避免Symbol在传输时的相互干扰，在相邻Symbol传输的中间设定保护间隔（Guard Interval），GI。单位是微妙（μs）。1秒 (s)=1000000 微秒 (μs)。
一个完整的Symbol传输时间=单Symbol传输时间+GI
Wi-Fi 6和Wi-Fi 7的单Symbol传输时间没有变化。单Symbol传输时长都是12.8μs。选择GI 0.8μs来计算，1000000/(12.8+0.8)=73529。表示一秒钟可以发出73529个Symbol。
在Symbol传输能力上，Wi-Fi 7和Wi-Fi 6的能力一样，没有提升。
可以形象地理解为：在Wi-Fi 7的320MHz捆绑信道上，每排可以并排跑3920辆车，而1秒钟可以跑73529排。  2.5 空间流数量：16*16 MIMO在Wi-Fi 6和Wi-Fi 7中，采用多用户-多进多出（MU-MIMO）技术，Multi-User Multiple-Input Multiple-Output。在AP发射端和STA接收端使用多根天线，同时传输和接受多个数据流，以提高无线传输的速率。每个独立的数据流都是一个空间流，通过不同的天线传输和接收。
Wi-Fi 6最多支持8条空间流，即一个AP同时对8个外部接收端传输数据（这8个接收端不一定是8个STA，也可以是3个STA的8个接收端）。每一条空间流在1秒钟都可以传输前述的数据量，8条空间流，就是同时传输上述数据的8倍。而Wi-Fi 7扩展到16条流。
Wi-Fi 7的空间流传输能力是Wi-Fi 6的2倍。
可以形象地理解为：从AP端到STA端，一条流就是一层道路。16条空间流，就是有16层的道路，上下层列，同时在跑车运输信息。当然这里是1个AP端，STA端就不止一个了，可能是多个STA端。但是这里要计算的是AP在Wi-Fi 7下的最大数据传输能力，可以这么计算。
 2.6 理论速率计算公式至此，就可以隆重推出Wi-Fi理论速率峰值的计算公式： Wi-Fi理论速率=编码方式*码率*最大信道有效子载波数量*单位时间符号传输数量*空间流数量 =12*5/6*3920*73529*16 =46.12Gbps 由此得出： 1）Wi-Fi 7理论速率最大峰值可以达到46.12Gbps； 2）相比Wi-Fi 6理论速率峰值9.6Gbps，Wi-Fi 7的理论峰值速率是Wi-Fi 6的4.8倍； 3）Wi-Fi 7相比Wi-Fi 6，速率提升主要源于以下几个技术点 
3. Wi-Fi 7的主要技术特征Wi-Fi 7的主要技术特征很多，限于篇幅，本文仅介绍MLO、Preamble Puncturing、MRU三种技术。
早期的Wi-Fi 7技术标准草案里有“多AP协同技术”，在最新标准的修订中这个功能被砍掉了，预计留待Wi-Fi 8去实现，本文不做介绍。 3.1 Wi-Fi 7技术之：多链路传输技术（MLO）多链路传输技术(MLO), Multi-Link Operation，在一个AP里，有多个射频芯片，2.4GHz芯片，5GHz芯片，6GHz芯片。AP的多个芯片可以同时和一个STA建立链路通信。MLO是MAC层技术，可以跨频段地捆绑多个链路成一个虚拟链路。
MLO有两种工作模式。
其一，多发单收模式，多链路传输同一信息。系统自动选择最好的链路传输。比如当2.4GHz频段干扰大时，自动切换到信号更干净的5GHz频段传输信息。总是选择最优信道传输，效果是大大降低时延。在多终端的高密环境下，这种方式还可以提高传输的可靠性和质量。
据锐捷网络实际测试，其Wi-Fi 7设备采用MLO技术，同时建立5G和6G两条链路，平均时延从Wi-Fi 6的84ms大幅下降到6ms。时延在10ms以内，已经接近有线网络的时延水平。
其二，多发多收模式，一个信息分拆多条链路分别传输。把一个信息分拆成多份，采用MLO技术，通过多条链路同时传输，STA接收到之后再整合。这种方式就大大提升传输速率。
大家可能有个困惑：这里的MLO技术跟前面讲的MU-MIMO空间流技术有什么异同点？
相同点：
MLO技术和MU-MIMO空间流技术，都可以在一个AP和STA之间建立多条链路通信，同时收发信息。
不同点：
MU-MIMO空间流技术是限于AP中同一个射频芯片的，比如说16条流，指的是一个AP中一个射频芯片，可以同时对外建立16条通信链路，当然这16条通信链路可以和一个STA建立，也可以跟多个STA建立。
MLO技术是指一个AP中多个射频芯片同时跟同一个STA建立通信链路。
可以形象地理解为：在一个AP和一个STA之间，有三种交通媒介，铁路，公路，航空。通过三种交通媒介同时通信，用到的是MLO技术。单就其中一个媒介而言，比如公路，同时有16层公路可以通信，那就是MU-MIMO空间流技术。
 3.2 Wi-Fi 7技术之：多资源单元（MRU）多资源单元，MRU(Multiple resource uint)，是提高频谱资源利用率的技术。
图十五中左图，Wi-Fi 5的OFDM工作模式，横轴是时域，纵轴是频域。在一个最小时间单位里，一个信道只向一个用户发送信息。即一个用户占用一个单位时间整个信道，不管这个用户的信息是否能占满整个信道，存在资源浪费。
右图，Wi-Fi 6的OFDMA工作模式，引入资源单元，RU（Resource Unit）的概念。把这20MHz的信道在同一个时域单位上划分成多个RU。每个RU包含一定数目的子载波，每个RU向一个用户发送信息。这样在一个最小时间单位里，可以同时向多个用户同时发送信息，大大提升了资源利用率。
一个RU中包含多少个子载波，不是随意组合的，Wi-Fi标准规定了RU的固定组合形式，主要有：26-tone RU（即26个子载波组成一个RU），52-tone RU，106-tone RU，242-tone RU，484-tone RU、996-tone RU、1992-tone RU。
在Wi-Fi 6中，一个用户只能对应一个RU。Wi-Fi 7提出了MRU概念，一个用户可以分配多个RU。
那这个MRU有什么用呢？
现在，Wi-Fi 7应用MRU，就可以1个用户分配106-tone RU+26-tone RU（把2个RU分配给一个用户），另2个用户还是分别分配52-tone RU。这样就把20MHz信道的资源用足，提升了信道资源利用率，提高速率，降低时延。
需要注意的是，不是任意两个RU都可以组成一个MRU的，而是有限定条件的。Wi-Fi 7标准把RU分为小部RU和大部RU两类，规定只有同在一类中的RU才可以组合成一个MRU，即必须同为小部RU，或同为大部RU，才可以组成一个MRU。
小部RU：26-tone RU，52-tone RU，106-tone RU， 大部RU：242-tone RU，484-tone RU、996-tone RU、1992-tone RU 3.3 Wi-Fi 7技术之：前导码打孔（Preamble Puncturing）前导码打孔，Preamble Puncturing（以下简称Puncturing），这个技术在Wi-Fi 6标准里是可选技术，由于其技术成本高，一般产品的实际功能里没有这个功能。到Wi-Fi 7标准中，这个成为强制标准，即产品必须要具备的功能。
前面谈到，为提升速率采用信道捆绑技术，比如：把8个20MHz的信道捆绑成一个160MHz的信道。
在信道捆绑中，有主信道（Primary channel）和辅信道（Secondary channel）之分。在捆绑成40MHz的信道中，有Primary20信道，Secondary20信道；然后这两个信道又共同组成一个捆绑80MHz信道的Primary40，另外的是Secondary40；以上共同组成Primary80，其余的组成Secondary80。
信道捆绑，以前的协议有两条原则：原则一，只能捆绑连续的信道。原则二，在捆绑信道模式下，必须在主信道干净、无干扰的情况下，辅信道才能传输信息。
那假设，当Secondary20出现干扰的时候，Primary40整体就是不干净的信道，那么Secondary40就无法传输信息了；再进一步Primary80也不干净，那Secondary80也无法传输信息。最后，一个捆绑成160MHz的信道，因为其中一个Secondary20的20MHz信道干扰，一下子下降为只剩20MHz（Primary20）传输信息了，7/8信道资源都浪费了。
Wi-Fi 7的Puncturing技术正是解决这个问题的。
还是上面这个例子。Secondary20信道受到干扰。采用Puncturing技术，直接把这个Secondary20信道打孔、屏蔽。然后剩余的140MHz信道继续捆绑在一起传输信息。此时，还是工作在160MHz捆绑信道模式下，但实际传输的时候，把Secondary20信道置于Null（空）状态。这种例子中采用Puncturing技术，信道利用率是之前的7倍（140:20）。
 Puncturing技术的核心是提升了非连续信道的利用率，其效果是提升了实际速率，降低了时延。 4. Wi-Fi 7技术的应用场景Wi-Fi联盟官方在Wi-Fi 7标准时，对于其应用场景就有了明确预期：AR/VR/XR、全屋视频分发、游戏、远程医疗、企业制造、虚拟培训、教育、酒店场所。
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发表于 2024-4-9 09:17:17
