2020 年 9 月，我們慶祝 IEEE 802.11 項目成立 30 周年，該項目改變了我們的連接習(xí)慣。

如今，由一系列 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)定義的 Wi-Fi 是最流行的數(shù)據(jù)傳輸無線技術(shù)。

Wi-Fi 傳輸超過一半的用戶流量。雖然蜂窩技術(shù)每十年進(jìn)行一次品牌重塑，例如從 4G 切換到 5G，但對于 Wi-Fi 用戶而言，提高數(shù)據(jù)速率以及引入新服務(wù)和新功能的轉(zhuǎn)變幾乎是無形的。

只有少數(shù)客戶關(guān)心消費電子產(chǎn)品包裝盒上“802.11”后面的字母“n”、“ac” 或“ax”。但這并不意味著 Wi-Fi 不進(jìn)化。

這種演變的見證之一是標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率的急劇增加：從1997年速度為2 Mbps 的IEEE 802.11進(jìn)化到在最新的802.11ax中幾乎達(dá)到 10 Gbps的速度，這個標(biāo)準(zhǔn)也稱為 Wi-Fi 6。

現(xiàn)代 Wi-Fi 實現(xiàn)了這樣的性能增益，這要歸功于更快的調(diào)制和編碼方案 (MCS)、更寬的信道以及采用多輸入多輸出 (MIMO) 技術(shù)。

除了高速率無線局域網(wǎng)的主賽道外，Wi-Fi演進(jìn)還包括幾個小眾項目。例如，Wi-Fi HaLow (802.11ah) 將 Wi-Fi 帶入了無線物聯(lián)網(wǎng)市場。

毫米波 Wi-Fi (802.11ad/ay) 以非常低的范圍為代價支持高達(dá) 275 Gbps 的標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率。

與 8K 視頻、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、游戲、遠(yuǎn)程辦公和云計算相關(guān)的新應(yīng)用和新服務(wù)，以及支持無線網(wǎng)絡(luò)大流量用戶的需求，推動了通信轉(zhuǎn)發(fā)到極高吞吐量 (EHT) 的無線網(wǎng)絡(luò)。

2019 年 5 月， Task Group BE (TGbe) 開始著手對 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行新的修訂，將 ≤ 7 GHz 信道中的標(biāo)稱吞吐量提高到超過 40 Gbps，并為實時應(yīng)用程序提供支持 (RTA)。

除了提高數(shù)據(jù)速率和減少延遲外，這些功能還重新考慮了 Wi-Fi 操作的重要概念，例如前向兼容物理層 (PHY)、可擴展探測、多接入點 (Multi-AP) 合作，這將 為 Wi-Fi 的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

在本文中，我們將給大家科普一下，WiFi 7是什么？

WiFi的沿革

在第一個 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)長達(dá)七年的開發(fā)過程結(jié)束時，很明顯其 2 Mbps 的最大標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率太小，無法取代 100 Mbps 以太網(wǎng)。

這就是為什么很快，社區(qū)就開發(fā)了一系列標(biāo)準(zhǔn)修正案，即 802.11a/b/g，通過在 2.4GHz 和 5 GHz 頻段中使用新的 MCS，將數(shù)據(jù)速率提高到 54 Mbps。802.11a 引入了信道帶寬為 20 MHz、64 個tones、符號長度為 3.2 ?s 加上 0.8 ?s 的保護(hù)間隔的正交頻分復(fù)用 (OFDM)，形成了以下 Wi-Fi 版本的框架。

Wi-Fi 4 (802.11n) 通過利用多種技術(shù)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率（高達(dá) 600 Mbps）。首先，它引入了比之前的 3/4 更高的 5/6 編碼率，并可選擇將 OFDM 符號之間的保護(hù)間隔從 0.8 ?s 減少到 0.4 ?s。

其次，它將信道寬度加倍至 40 MHz。第三，它引入了 MIMO 技術(shù)，這是 802.11n 最重要的突破。

借助 802.11n，一對設(shè)備可以使用多根天線在它們之間同時傳輸多達(dá)四個空間流 (SS)。如果沒有新的 MAC 功能，PHY 的高標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率將不會為最終用戶帶來好處。

最重要的 MAC 特性是兩種聚合方法，即聚合 MAC 服務(wù)數(shù)據(jù)單元 (A-MSDU) 和聚合 MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (A-MPDU)，它們顯著減少了由報頭（headers）和幀間空間（inter-frame spaces）引起的開銷 . A-MSDU 將多個聚合數(shù)據(jù)包附加到一個 MAC  header 和checksum。A-MPDU 為每個聚合數(shù)據(jù)包分配一個 MAC header 和frame checksum。

因此，A-MPDU 通過允許在短噪聲突發(fā)的情況下解碼至少一些數(shù)據(jù)包來提高傳輸可靠性，但代價是略微增加了開銷。

下一個 10 倍的數(shù)據(jù)速率增長是通過 802.11ac 修正案 (Wi-Fi 5) 實現(xiàn)的。該修正案擴展了先前版本 Wi-Fi 中使用的方法。

因此，它將正交幅度調(diào)制 (QAM) 從 64-QAM 增加到 256-QAM，即每個符號的最大原始比特數(shù)從 6 增加到 8。

信道帶寬增加到 160 MHz。由于 2.4 GHz 中沒有這樣的寬帶，802.11ac 只能在 5 GHz 中運行。

由于頻譜稀缺，修正案允許使用非連續(xù)的 80 + 80 MHz 信道，這些信道可以被一些頻率間隙分開。

為了應(yīng)對干擾，在每個數(shù)據(jù)包傳輸之前，每個設(shè)備都會自適應(yīng)地選擇用于此數(shù)據(jù)包的帶寬：20、40、80 或 160 MHz。至于 MIMO，802.11ac 將 SS 的數(shù)量翻了一番，達(dá)到 8 個。

該標(biāo)準(zhǔn)的制定者已經(jīng)注意到，幾乎不可能為某些設(shè)備部署兩個以上的天線。此外，接入點（AP）可能只有一小部分?jǐn)?shù)據(jù)用于每個客戶站（STA）。

為了解決這些問題，802.11ac 引入了下行鏈路 (DL) 多用戶 (MU) MIMO，允許 AP 將不同的 DL SS 分配給不同的 STA。

所有這些都意味著將吞吐量提高到 7 Gbps。為了在如此高的數(shù)據(jù)速率下減少報頭引起的開銷，該修正案將聚合幀的最大長度從 802.11n 的 65 535 個八位字節(jié)增加到 4 692 480 個八位字節(jié)。

Wi-Fi 6 (802.11ax) 的發(fā)展與范式轉(zhuǎn)變有關(guān)。802.11 工作組沒有提高標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率，而是專注于提高 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的效率，特別是在密集的 2.4 GHz 和 5 GHz 部署中。

首先，他們將正交頻分多址接入 (OFDMA) 引入到 Wi-Fi，這允許為 STA 分配小但最有效的時頻資源部分。

除此之外，Wi-Fi 6 支持上行鏈路 (UL) MU MIMO 和 OFDMA 傳輸，并為信道綁定和載波偵聽引入了更靈活的規(guī)則。

AP 完全控制 UL MU 傳輸?shù)膮?shù)，例如 MCS、持續(xù)時間等。特別是，它發(fā)送包含這些參數(shù)和啟動 UL MU 傳輸。

為了提高戶外場景的性能并增加 OFDMA 的靈活性，11be 將 OFDM 參數(shù)降頻四倍，使tones的數(shù)量增加四倍。因此 OFDM 符號持續(xù)時間變?yōu)?12.8 ?s 加上 0.8、1.6 或 3.2 ?s 的保護(hù)間隔。

在最短保護(hù)間隔的情況下，開銷相對于 Wi-Fi 5 降低了 10%。

為了提高標(biāo)稱吞吐量，Wi-Fi 6 啟用 1024-QAM，比 Wi-Fi 5 的 256-QAM 多承載 25% 的原始數(shù)據(jù) . 總而言之，標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率增加了 37%，這與其前代產(chǎn)品所顯示的十倍增長相比微不足道。

盡管在密集部署中性能要好得多，但標(biāo)稱吞吐量的如此低的收益可能不會吸引新客戶。懷疑論者稱，關(guān)注運行質(zhì)量而忽視數(shù)量性能指標(biāo)可能會減緩 Wi-Fi 6 設(shè)備的銷售。

這種擔(dān)憂是 802.11 工作組轉(zhuǎn)回增加 Wi-Fi 7 標(biāo)稱吞吐量的原因之一，同時改善用戶體驗（例如，觀看未壓縮速率為 20 Gbps 的 8K 視頻時）并提供游戲所需延遲低于 5 毫秒的實時通信。

高數(shù)據(jù)速率不足以支持 RTA，因為數(shù)據(jù)包可能會等待很長時間才能使通道變?yōu)榭臻e或之前的數(shù)據(jù)包得到服務(wù)。

因此，除了提供高數(shù)據(jù)速率之外，802.11be 修正案還處理 RTA 的服務(wù)質(zhì)量 (QoS)。

在 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)中，有多種方法可以提供 QoS。然而，在實踐中只使用了其中的一種，即增強型分布式信道接入（EDCA）。EDCA 通過為它們分配不同的訪問類別 (AC) 來區(qū)分語音、視頻、盡力而為和背景流量類型。

由于EDCA擴展了基本的參量通道接入，它不能保證QoS。相比之下，考慮到特定 QoS 要求并使用確定性信道訪問的混合協(xié)調(diào)功能控制信道訪問等標(biāo)準(zhǔn)化機制對于在實際設(shè)備中的實現(xiàn)來說過于復(fù)雜。

2018 年 5 月，當(dāng) Wi-Fi 6 特性開發(fā)完成，802.11 工作組轉(zhuǎn)而打磨 11ax 修正案時，該組成立了一個新的 EHT Topic Interest Group (TIG) . 其主要目標(biāo)是在 1 和 7.125 GHz 之間的頻段上定義 802.11 的新功能，主要目標(biāo)是通過擴展 11ac 和 11ax 的 PHY 來提高峰值吞吐量。

2018 年 7 月，EHT TIG 轉(zhuǎn)變?yōu)?EHT 研究組，定義了新項目的范圍并確定了 11be 的候選特征列表。

與此同時，802.11 討論了如何在 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)中支持 RTA。這方面的工作始于 2017 年 11 月 ，作為 802.11 無線下一代常務(wù)委員會活動的一部分，介紹了 Wi-Fi 時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN)。

該提案引起了廣泛關(guān)注，并于 2018 年 7 月推出了 RTA TIG。由于支持 RTA 需要高標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率和一些 MAC 功能來加速標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程，802.11 工作組同意在未來的 11be 修正案中提供對 RTA 的支持。

2018 年，F(xiàn)D TIG 研究了如何在 Wi-Fi中實現(xiàn) FD 以及該技術(shù)可以提供多少增益。11be 開發(fā)人員也應(yīng)考慮這些活動的結(jié)果。

2019 年 3 月，EHT Study Group 轉(zhuǎn)型為正在制定 11be 修正案的 TGbe 。

它的目標(biāo)是在兩年內(nèi)完成初稿，即到 2021 年 3 月。最終版本預(yù)計到 2024 年初。雖然標(biāo)準(zhǔn)草案尚未準(zhǔn)備就緒，但所有已批準(zhǔn)的功能都可以在最新版本的規(guī)范框架文檔中找到 。

為了滿足具有挑戰(zhàn)性的時間表，該小組在兩個分別關(guān)注 PHY 和 MAC 功能的特別小組中并行評估各種功能。盡管這樣優(yōu)化，但隊列中的提交很多，等待時間超過幾個月。

為了加快標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程，該小組同意選擇一小組可在 2021 年發(fā)布的高優(yōu)先級功能（第 1 版）。

此類功能應(yīng)以低復(fù)雜度提供高增益。該集應(yīng)包括支持 320 MHz、4K-QAM、明顯的 OFDMA 改進(jìn)、多鏈路。反對此提議的主要問題與 PHY 和 MAC 更改的復(fù)雜性有關(guān)，這些更改將需要支持第 2 版推遲的功能。

與 Wi-Fi 7 相關(guān)的另一個重要問題是它與在相同免許可頻段運行的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的 3GPP 技術(shù)共存。

為了研究與 Wi-Fi 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的共存問題，IEEE 802.11 成立了共存常設(shè)委員會 (Coex SC)。Coex SC的任務(wù)是與3GPP建立聯(lián)系，建立同步工作。

盡管開展了許多活動，甚至于 2019 年 7 月在維也納與 3GPP 和 IEEE 802.11 參與者舉行了聯(lián)合研討會，但尚未批準(zhǔn)任何技術(shù)解決方案。

對這種無果而終的活動的一個可能解釋是，IEEE 802 和 3GPP 都不愿意改變自己的技術(shù)以使其與并發(fā)技術(shù)保持一致。

因此，目前尚不清楚 Coex SC 內(nèi)部討論的哪些解決方案將成為 Wi-Fi 7 的一部分。

WiFi 7的七大創(chuàng)新？

11be 項目包含了非常雄心勃勃的目標(biāo)，這些目標(biāo)與更高的標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率、更高的頻譜效率、更好的干擾緩解和提供 RTA 支持有關(guān)。

為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，802.11 工作組討論了來自不同領(lǐng)域的大約 500 項提案，這些提案可以映射到 Wi-Fi 7 的七大創(chuàng)新之一。

1) EHT PHY

Wi-Fi 7 獲準(zhǔn)通過將 MU-MIMO 中的帶寬和 SS 數(shù)量加倍來擴展先前 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)的 PHY，這將標(biāo)稱吞吐量提高了 2 x 2 = 4 倍。PHY 還通過利用 4K-QAM 引入了更高速率的 MCS，使標(biāo)稱吞吐量增加了 20%。

因此，與 Wi-Fi 6 的 9.6 Gbps 相比，Wi-Fi 7 將提供高達(dá) 2×2 × 1.2 = 4.8 倍的標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率。因此，Wi-Fi 7 的最大標(biāo)稱吞吐量為 9.6 Gbps × 4.8 ≈ 46 Gbps。

此外，PHY 協(xié)議的革命性變化與以前的 PHY 標(biāo)頭的通用化和開發(fā)向前兼容的幀格式有關(guān)。

2) 具有 802 TSN 特性的 EDCA

為了支持 RTA，TGbe 檢查了 IEEE 802 TSN 的主要發(fā)現(xiàn)，并討論了如何改進(jìn) EDCA。標(biāo)準(zhǔn)委員會正在進(jìn)行的討論與退避程序、AC 以及數(shù)據(jù)包服務(wù)策略有關(guān)。

3) 增強型 OFDMA

在 11ax 中引入的 OFDMA 為優(yōu)化資源分配提供了新的機會。但是在11ax中，OFDMA不夠靈活。首先，它允許 AP 僅向客戶端 STA 分配一個預(yù)定大小的資源單元 (RU)。其次，它不支持直接鏈接傳輸。這兩個缺點都會降低頻譜效率。此外，傳統(tǒng) OFDMA 缺乏靈活性會降低密集部署的性能并增加延遲，這對于 RTA 至關(guān)重要。TGbe 解決了這些 OFDMA 挑戰(zhàn)。

4) 多鏈路操作

Wi-Fi 7 獲得認(rèn)可的革命性變化之一是原生支持多鏈路操作，這有利于巨大的數(shù)據(jù)速率和極低的延遲。雖然現(xiàn)代芯片組目前可以同時使用多個鏈路，但鏈路是獨立的，這限制了這種操作的效率。

11be 努力在鏈路之間找到這樣的同步級別，以允許有效使用信道資源并且不會在密集部署中受到干擾。

5) 信道探測優(yōu)化

寬信道中的高階 MU-MIMO 和 OFDMA 要求設(shè)備交換大量信道狀態(tài)信息。探測過程引起的大量開銷消除了縮放 PHY 在理論上提供的增益。因此，人們非常關(guān)注可以減少信道探測開銷的方法。

6) 提高頻譜效率的高級 PHY 技術(shù)

在 TGbe 推出之前，802.11 工作組已經(jīng)討論了幾種先進(jìn)的 PHY 技術(shù)，這些技術(shù)應(yīng)該可以在傳輸重試和相同或相反方向的同時傳輸?shù)那闆r下顯著提高頻譜效率。

盡管混合自動重傳請求 (HARQ)、FD 操作和非正交多址接入 (NOMA) 在文獻(xiàn)中得到廣泛研究，但尚不清楚這些技術(shù)提供的增益是否足夠高以補償 必要的改變。

在 Release 1 的工作期間，TGbe 專注于直截了當(dāng)?shù)母邇?yōu)先級功能，該小組對此毫不懷疑，社區(qū)有時間進(jìn)一步評估 Wi-Fi 環(huán)境下的 HARQ、NOMA 和 FD。

7) 多AP協(xié)作

11be 引入的另一個重要創(chuàng)新是多 AP 協(xié)作。802.11 工作組主要關(guān)注附近 AP 之間的完全分布式協(xié)調(diào)。盡管許多供應(yīng)商都有自己的企業(yè) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)集中控制器，但此類控制器的能力受到配置長期參數(shù)和信道選擇的限制。TGbe 討論了附近 AP 之間更緊密的合作，包括協(xié)調(diào)調(diào)度、波束成形，甚至分布式 MIMO 系統(tǒng)。一些考慮的方法依賴于successive

interference constellation (SIC)。11be 將支持協(xié)調(diào)調(diào)度，但存在與更復(fù)雜方法相關(guān)的一定程度的不確定性。

寫在最后

在文章中，原文作者還對WiFi 7的 EHT PHY、具有 802 TSN 特性的 EDCA、增強型 OFDMA、多鏈路操作、信道探測優(yōu)化、提高頻譜效率的高級 PHY 技術(shù)和多AP協(xié)作的潛在候選技術(shù)進(jìn)行了普及。

在作者看來，802.11be 修正案是 Wi-Fi 長期成功故事中的下一個重要里程碑。它的核心特性與提供極高的吞吐量和支持實時應(yīng)用程序有關(guān) 雖然標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)過程還處于初級的階段，但我們已經(jīng)可以勾勒出未來的技術(shù)并指出其優(yōu)勢和局限性以及未解決的問題，這需要社區(qū)的額外努力。

在文章中，作者介紹了 Wi-Fi 7 的七項重大創(chuàng)新，并詳細(xì)描述了相關(guān)提案。但他們也強調(diào)。理論上，只有使用第一個創(chuàng)新：EHT PHY，才能實現(xiàn)更高的標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率和更低的延遲。

然而，在實踐中，由于未經(jīng)許可的頻譜、干擾和大量開銷，僅 EHT PHY 無法為最終用戶提供顯著的吞吐量和延遲增益。這就是為什么除了 EHT PHY 之外，TGbe 還討論了 Wi-Fi 7 的其他六項創(chuàng)新。

修改后的 EDCA 和 OFDMA 將為 RTA 提供支持。此外，OFDMA 將變得更加靈活以提高頻譜效率。

在 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)中引入多鏈路操作增加了資源使用的靈活性，并為更高帶寬利用率和更高吞吐量提供了一種補充方法。為最大限度地減少信道探測開銷 tar 所做的大量努力為高效的大規(guī)模 MIMO Wi-Fi 系統(tǒng)打開了大門。

最后，TGbe 討論了高級 PHY 方法，例如可以提高頻譜效率的 HARQ、NOMA 和 FD，以及各種多 AP 協(xié)作方法。

在后一組提案中，我們看到了另一種范式的轉(zhuǎn)變，從通過在時間/頻率/空間或功率上分離傳輸來減輕干擾到分布式大規(guī)模天線系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)合傳輸。

雖然 TGbe 可能會推遲下一個 Wi-Fi 版本的許多高級 PHY 和多 AP 協(xié)作功能，但它們向我們展示了超越 Wi-Fi 7 的進(jìn)一步演進(jìn)的方向。