浅谈 Wi-Fi 7 新技术

来源:电子工程世界发布时间:2022-10-20900浏览

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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 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 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。
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