下一代Wi-Fi技术:Wi-Fi 7(IEEE 802.11be EHT)

文章目录

    • Wi-Fi 7名词解释
    • Wi-Fi 7的产生背景
    • Wi-Fi 7的发布时间
    • Wi-Fi 7的技术优势
    • Wi-Fi 7 vs Wi-Fi 6
    • Wi-Fi 7支持的新特性
      • 支持最大320MHz带宽
      • 引入更高阶的4096-QAM调制技术
      • MIMO 16×16
      • 引入Multi-Link多链路机制
      • Multi-RU
      • Preamble Puncturing
    • Wi-Fi 7的应用场景
    • 推荐阅读

Wi-Fi 7名词解释

WiFi 7(Wi-Fi 7)是下一代Wi-Fi标准,对应的是IEEE 802.11将发布新的修订标准IEEE 802.11be –极高吞吐量EHT(Extremely High Throughput )。并有望在2024年商用问世。

在Wi-Fi 6的基础上,Wi-Fi 7融合了多项创新技术,包括320MHz大带宽、4096-QAM调制方式、16 X 16 MU-MIMO、Multi-RU(Multiple Resource Uint,多资源单元)以及多链路机制等。这些先进技术使得Wi-Fi 7在数据传输速度和延迟方面表现更优。与Wi-Fi 6相比,Wi-Fi 7性能更出色,应用范围更广泛,是未来无线通信的重要发展方向。

Wi-Fi 7的产生背景

随着WLAN技术的发展,家庭、企业等越来越依赖Wi-Fi,并将其作为接入网络的主要手段。近年来出现新型应用对吞吐率和时延要求也更高,比如4K和8K视频(传输速率可能会达到20Gbps)、VR/AR、游戏(时延要求低于5ms)、远程办公、在线视频会议和云计算等。虽然最新发布的Wi-Fi 6已经重点关注了高密场景下的用户体验,然而面对上述更高要求的吞吐率和时延依旧无法完全满足需求。

为此,IEEE 802.11标准组织即将发布一个新修订标准IEEE 802.11be EHT,即Wi-Fi 7。

Wi-Fi 7的发布时间

IEEE 802.11be EHT工作组已于2019年5月成立,802.11be(Wi-Fi 7)的开发工作仍在进行中,整个协议标准将按照两个Release发布,Release1预计在2021年将发布第一版草案Draft1.0,预期在2022年底发布标准;Release2预计在2022年初启动,并且在2024年底完成标准发布。

Wi-Fi 7的技术优势

Wi-Fi 7在Wi-Fi 6的基础上引入了许多新的技术,具有以下主要优势:

  • 更高的数据速率:Wi-Fi 7的理论峰值速率可达到46.1Gbps以上,比Wi-Fi 6提升了约4倍。这意味着用户可以以更快的速度传输和接收大量数据,满足对高速连接的需求。

  • 更低的延迟:Wi-Fi 7将延迟降低到毫秒级别,比Wi-Fi 6更低。这将提供更好的实时性能,用户可以享受更流畅的游戏、视频通话和在线应用体验。

  • 更大的网络容量:Wi-Fi 7采用了更高级别的多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术,支持同时与多个设备进行数据传输,提供更大的网络容量。这意味着多个设备可以同时连接并获得高速连接,而不会担心网络拥塞或性能下降。

  • 更广的覆盖范围:Wi-Fi 7采用更广的信道范围和先进的天线技术,提供更好的无线覆盖范围。这将使用户在更大的区域内获得更可靠、稳定的无线连接,无需担心信号弱或不稳定的问题。

  • 更高的频谱效率:Wi-Fi 7采用更高效的频谱利用技术,如Preamble Puncturing和MRU等。这些技术可以提高频谱的利用效率,并提供更好的性能。

Wi-Fi 7具有更高的数据速率、更低的延迟、更大的网络容量、更广的覆盖范围和更高的频谱效率等技术优势。这些优势将为用户提供更快速、更稳定、更可靠的无线连接体验,满足他们对高速无线连接的需求。

Wi-Fi 7 vs Wi-Fi 6

Wi-Fi 7在Wi-Fi 6标准的基础上,引入了许多新的技术,主要包括如下:

参数描述 Wi-Fi 6(802.11ax) Wi-Fi 7(802.11be)
频段 2.4GHz、5GHz、6GHz(仅Wi-Fi 6E) 2.4GHz、5GHz、6GHz
最大带宽 160MHz 320MHz
调制方式 OFDMA,最高支持1024-QAM OFDMA,最高支持4096-QAM
最大理论速率 9.6Gbps 46.1Gbps
MIMO 8×8 UL/DL MU-MIMO 16×16 UL/DL MU-MIMO
多链路操作 不支持 支持
OFDMA 每用户仅支持使用单个RU 每用户支持使用多个RU,即MRU
Preamble Puncturing 作为可选项 作为必选项,打孔方式更灵活

Wi-Fi 7支持的新特性

支持最大320MHz带宽

Wi-Fi 7在2.4GHz、5GHz和6GHz三个频段上工作,并将最大带宽提高到320MHz,以满足VR/AR、在线游戏和视频会议等新兴应用对速率和时延的严苛需求。它还支持多种带宽绑定模式,包括连续和非连续的240MHz、160MHz+80MHz、320MHz和160MHz+160MHz。

Wi-Fi 7能够在相同的流数和编码条件下提供更大的带宽,从而实现更高的数据传输速率。这使得Wi-Fi 7能够满足不断增长的高带宽应用需求,并提供更优质的用户体验。
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引入更高阶的4096-QAM调制技术

QAM是Wi-Fi中一种常用的数字信号调制方式。Wi-Fi 6采用最高1024-QAM调制方式,每个符号承载10bits信息。随着硬件调制解调能力的不断提升,Wi-Fi 7将采用最高4096-QAM调制方式,每个符号承载12bits信息,因此相对于Wi-Fi 6来说,Wi-Fi 7每个符号的信息承载量会提升20%。
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MIMO 16×16

MIMO是一种无线通信技术,通过使用多个天线进行信号的发送和接收,可以提高系统的容量、覆盖范围和信噪比。具体而言,MIMO M×N表示发送端有M个天线,接收端有N个天线。

MU-MIMO允许一个接入点(AP)同时与多个终端通信,充分利用空间资源,提升无线数据吞吐量。这是无线通信领域中一种重要的多用户技术。

Wi-Fi 6最多支持MIMO 8×8,而Wi-Fi 7将MIMO的空间流数进一步提升,支持MIMO 16×16。随着MIMO能力的提升,Wi-Fi 7的理论传输速率相比Wi-Fi 6将直接翻倍,并且支持更多同时接入的终端设备。
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引入Multi-Link多链路机制

Wi-Fi 6以及之前标准的无线终端虽然也支持多频段,但是同时只能与AP建立一条射频链接。Wi-Fi 7工作组新定义了MLD(Multi-link Device,多链路设备),能够同时与AP建立多条射频链接。

Wi-Fi 7的设备可以根据使用场景以及空口状态,进行不同链路的切换与协同,来保障数据传输更高效、更快速、更可靠。
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多链路可以简单分为同步模式和异步模式:

  • 同步模式:多个射频链路同时进行信号的发送和接收,可以避免两个链路同时接收和发送导致的干扰。

  • 异步模式:多个射频链路独立进行信道探测、侦听和数据收发。这种模式没有严格的时序要求,实现简单,自由度高。适用于多个链路之间隔离度足够,不会产生射频链路相互干扰的情况。

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在多链路设备上进行数据传输的典型模式有复制传输和联合传输:

  • 复制传输:多条链路传输同一信息,其中一个信道环境存在干扰时,接收端根据先到先得原则,可以有效地降低传输时延,并且这种方式还可以提高传输的可靠性和质量。

  • 联合传输:将一个信息进行合理地拆分,同时在多条射频链路上进行传输,可以有效地提升传输效率。

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Multi-RU

具有特定数量子载波的子信道被称为RU,每个RU当中至少包含26个子载波(相当于2MHz带宽)。

MRU是一种提高频谱资源利用率的技术。Wi-Fi 6中单个STA只能使用分配到的单个RU资源,频谱资源调度缺乏灵活性。为了解决该问题,Wi-Fi 7允许单个STA同时占用多个RU资源,并且不同大小的RU可以进行组合。基于实现复杂度和频谱资源利用效率的均衡,Wi-Fi 7协议也对RU的组合做了一些限制,小型RU(<242-Tone)只能与小型RU组合,大型RU(≥242-Tone)只能与大型RU组合,不能将小型RU与大型RU进行组合。

相同带宽下,同时向两个用户传输数据时,Wi-Fi 7的MRU技术允许单个STA同时占用多个RU资源,提高频谱资源利用率,降低时延。而Wi-Fi 6中单个STA只能使用分配到的单个RU资源,造成频谱资源浪费。

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Preamble Puncturing

Preamble Puncturing技术能够利用不连续的信道进行数据传输,提升信道利用效率,主要用于有信道干扰的场景。

在80MHz信道上进行传输时,如果在信道56上遇到干扰,不支持Preamble Puncturing技术时,80MHz的带宽模式将回退到20MHz带宽进行发送。
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支持Preamble Puncturing技术后,整个80MHz信道上的干扰部分(信道56)会被打孔、屏蔽,然后使用剩余的信道52、60和64继续捆绑在一起传输信息。虽然AP仍然以80MHz带宽模式工作,但在实际传输中,受干扰信道会被置于Null状态,即空闲状态。
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Wi-Fi 7的应用场景

Wi-Fi 7引入的新功能将大大提升数据传输速率并提供更低的时延,而这些优势将更有助于新兴的应用,如下:

  • 8K视频传输
  • 视频/语音会议
  • 无线游戏
  • 实时协作
  • 云/边缘计算
  • 工业物联网
  • 沉浸式AR/VR
  • 无线医疗和远程医疗
  • 智能家居
  • 自动驾驶和智能交通

Wi-Fi 7的新兴应用场景涵盖了虚拟现实、8K视频传输、无线医疗、智能家居以及自动驾驶和智能交通等领域。随着技术的不断进步和创新,将有更多新的应用场景涌现。

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