浅谈 Wi-Fi 7 新技术

2020 年 1 月,Wi-Fi(无线保真)Alliance 正式宣布开放 6 GHz(5 925 MHz–7 125 MHz),并给予了一个新的名称 Wi-Fi 6E,同年四月美国 FCC(Federal Communications Commission)也投票通过了开放 6 GHz 频谱为非授权频带(unlicensed)并允许给 Wi-Fi 使用,Wi-Fi 也正式地迈入了“三频”时代,除了 Wi-Fi 6 与前代 Wi-Fi 所使用的 2.4 GHz 与 5 GHz 频段,Wi-Fi 6E 也能在 6 GHz 的频段下运作。
2021 年中旬,市面上一些主流的 Wi-Fi 设备商开始量产并销售 Wi-Fi 6E 的产品,从 2022 年开始,Wi-Fi 6E 俨然成为市场上的主流规格,无论是欧美运营商的招标方案还是高档家用 Wi-Fi 网络设备如家用路由器、Mesh、无线信号拓展器甚至于高规格的笔记本电脑等等都已将 Wi-Fi 6E 列入基本规格,就当大家正摩拳擦掌准备迎接 Wi-Fi 6E 盛世到来的时刻,Wi-Fi 7 却以迅雷不及掩耳的速度占领了大部分 Wi-Fi 产业与技术相关的版面,为什么 Wi-Fi 7 会引起大多数人的注意?Wi-Fi 7 相对于之前的 Wi-Fi 技术有哪些新的技术革新?它目前的进度如何?以下我们会针对这些问题来做探讨。
Wi-Fi 7 时间表
一项新的 Wi-Fi 技术必须由 IEEE 与 Wi-Fi Alliance 共同来定义其技术规格、认证测试计划与认证执行服务,从 IEEE 官方公布的时间表来看(图 1),Wi-Fi 7 规范正式发布的日期预计会落在 2024 年第二季度左右,也就是说要到 2024 年才会有正式拿到 Wi-Fi 7 认证的 Wi-Fi 网络设备在市场上问世。
什么是 Wi-Fi 7 ?
在我们讨论 Wi-Fi 7 之前,我们先来回顾一下历代 Wi-Fi 规格的演进与技术亮点。2018 年年底,Wi-Fi Alliance 为了简化复杂的 Wi-Fi 标准命名,于是正式将原有的 802.11ax 改名为 Wi-Fi 6,同时溯及既往,将既有的 802.11ac 改为 Wi-Fi 5,802.11n 则改名为 Wi-Fi 4(图 2)。
图片
图 2 新 Wi-Fi 标准的命名
到了 2020 年,Wi-Fi 6E 紧接在 Wi-Fi 6 后问世,Wi-Fi 6E 开放了 6 GHz 的频段给 Wi-Fi 使用,从此 Wi-Fi 正式进入到“真三频”的架构(2.4 GHz/5 GHz/6 GHzTri-Band architecture)(图 3)。
图 3 Wi-Fi 6E 实现真三频的架构
Wi-Fi 标准目前停留在 Wi-Fi 6E,IEEE 与 Wi-Fi Alliance 的科学家、学者与成员们正如火如荼的讨论并提出 Wi-Fi 7 相关的技术规范与 MRD(Marketing Requirements Document),根据 Wi-Fi Alliance 最新的会议纪录,最新的 MRD 文件已在 2022 年的 3 月正式被 WFA 所批准,而 IEEE 的工作小组也会在 2022 年 3 月发表最新 IEEE P802.11be/D2.0 的标准草案文件。
Wi-Fi 7 所依照的 IEEE 规范为 802.11be-Extremely High Throughput(ETH), 对比 Wi-Fi 4 的 HT(High Throughput)、Wi-Fi 5 的 VHT(Very High Throughput)、与 Wi-Fi 6 的 HE(High Effi ciency),Wi-Fi 7 顾名思义地将 Wi-Fi 的吞吐量更往上推进。
如以上所述,Wi-Fi 7 的完整规格与新的技术虽然还尚未完全确定,但是其中几个核心的关键技术已被某些 Wi-Fi 主芯片厂商与业界的规范领先者与制定者所背书;图 4 列出了从 Wi-Fi 4 到 Wi-Fi 7 标准的演进与关键技术及差异,目前 4096-QAM 调变方式、频带扩充到 320 MHz 与 16×16 MU-MIMO 为三个优先被 IEEE 与 WFA 所承认的新规格。
图片
图 4 Wi-Fi 标准的变革与关键技术
关于 Wi-Fi 7 的规格、新技术与新功能从 IEEE、Wi-Fi Alliance、Wi-Fi NOW 等与 Wi-Fi 新技术与运用相关的官方机构所释放出来的信息,加上近来坊间媒体与设备商的积极讨论与推测,愈来愈多 Wi-Fi 7 的新技术渐渐浮出台面。
Wi-Fi 7 延续了之前 Wi-Fi 6 的精神,希望能通过一些新的技术来提升网络传输的吞吐量与增进 Wi-Fi 网络的效率,Wi-Fi 从一开始被发明出来就知道它不是一种高效率的架构,尤其在多用户、高密度的网络环境下更会凸显出 Wi-Fi 网络的缺点,如 Wi-Fi 工作频段的干扰(Interference of ISM Bands),因多任务分时切换延迟所产生的 time out(Handshaking Time Out)、up-link 与 down-link 的吞吐量不同步(Asymptomatic Throughput of Up-link and Down-link)等等...加上 Wi-Fi 所使用的无线频段是“免费”的,因此 Wi-Fi 技术本身所造成的频段资源浪费与低效率与移动通信所使用的 3G、LTE 与 5G 技术相比,确实有一大段差距,这也是为什么 IEEE 与 WFA 从 Wi-Fi 6 开始决定将 LTE 的关键技术如 OFDMA,Resource Unit,MU-MIMO 导入到 Wi-Fi,同时,这也是之前说提到 Wi-Fi 6 在 IEEE 的规范命名为 HE(High Effi ciency)的由来。