Wi-Fi7是第7代Wi-Fi標準,對應的是IEEE 802.11最新發布的802.11be標準——極高吞吐量EHT(Extremely High Throughput )。Wi-Fi 6E雖然增加了6GHz頻段,但仍然是Wi-Fi 6標準,即沿用Wi-Fi 6相關技術,提升能力有限;Wi-Fi 7不僅繼承了Wi-Fi 6E的6GHz頻段,還引入看那些新的技術呢?使得Wi-Fi 7相較于Wi-Fi 6將提供更高的帶寬和更低的時延及更高的可靠性。今天我們就來看看它到底引入了那些新的技術。
接下來我們將逐一講解,重點會分享前面4個技術。為了便于理解,我們將與前一代WIFI技術對比講解。
-
QAM-4096正交幅度調制
WIFI6 采用1024-QAM正交幅度調制,每個符號傳輸10bit數據(2^10=1024),而WIFI7 則采用4096-QAM正交幅度調制,每個符號傳輸12bit 數據(2^12=4096).對比WIFI6在同樣的帶寬和空間流下,速率就可以提升20%。我們用小車運送貨物來舉例(承載數據的符號比作車,攜帶的數據比作貨物):
注意:并不是QAM的階數越高就越好,因為發送一個符號所用的載波頻寬是固定的,發送時長也是一定的,階數越高意味著兩個符號間差異就越小,這就對收發機的誤差矢量幅度指標和收發處理能力提出了更高的要求。同時對環境的要求也提高了。
2.MRU(Multi-RU)-多資源單元
WIFI6中引入了OFDMA技術,頻率資源以RU(Resource Unit)為粒度進行分配,WIFI6中支持26/52/106/242/484/996/2x996Tone共計7種RU。WIFI7為了進一步提升頻譜資源調度的靈活性,引入了MRU。
Wifi6中是將不同類型的RU分配給不同的用戶,如下圖所以20MHZ信道帶寬可以分配給用戶1-6,用戶1使用106-tone RU,用戶2-6使用26-tone RU.
WIIF6協議標準,同一個周期內一個用戶只能分配到一個RU資源。這樣必然會有部分RU資源被閑置。缺乏靈活性。于是WIFI7引入MRU,允許單個用戶占用多個RU,并且不同大小的RU間可以進行組合。
當然基于實現復雜度和頻譜資源利用效率均衡,協議規定小型RU(<242)只能與小型RU組合,大型RU(>=242)只能與大型RU組合。如下圖所示為RU大小及所占帶寬:
3. MLO(Multi-Link Operation)-多鏈路操作
Wi-Fi 6 及之前標準,雖然 AP 和 STA 的設備本身都支持多個射頻,但是同一時間 AP和 STA 之間只能利用一個射頻建立一個鏈路。為了進一步提高吞吐量并減少延遲,Wi-Fi 7 標準引入了多鏈路操作 MLO(Multi-Link Operation)。多鏈路操作顧名思義,就是 AP 和 STA 之間同時建立多個鏈路進行數據通信(2G,5G,6G可以同時建立數據連接)。如下圖所示:
引入MLO帶來如下好處:
3.1.通過機會性通道選擇減少延遲,提高可靠性.
3.2提高峰值吞吐量:同一流的數據包可以通過多個鏈路發送.
3.3改善延遲:由于多個鏈路上的通道訪問機會增加.
MLO是如何實現的呢?--在實現MLO之前,屬于同一流量流的MAC服務數據單元(MSDUs)不能在不同的頻段之間進行傳輸。因此,站點被綁定到一個單一的頻帶上,阻止了動態和無縫的頻帶間操作。也就是說,在發射器和接收器之間只選擇了一個鏈路進行數據交換,另一個未使用。為了實現跨多個接口的并發操作,11be 引入了多鏈路設備(MLD)的概念, 它由一個具有多個無線PHY接口的單一設備組成,向上層提供一個唯一的MAC。換句話說,上層協議將MLD視為單個設備,盡管有多個物理的無線電接口,MLD只有一個MAC地址,并且序列號是從相同的序列號空間中唯一生成的。這允許在任何鏈路上進行數據包重傳,而不管初始數據包的傳輸鏈路。鏈路視角:MLD的每個鏈路被視為一個傳統的單鏈路站(STA),而MLD是一個與多個STA相關聯的設備。如下為高通WIFI7 實現MLO的架構圖,射頻模塊間通過WSI總線通信,實現MLO:
4.Punctured Transmission-穿孔傳輸
穿孔傳輸通常也被稱為“前導碼穿孔”。但看穿刺這個詞語,是否很難理解它,為了理解它,我們可以從干擾的角度來看。在之前的WIFI協議中,當發生干擾時,信道寬度沒有靈活性。任何干擾,即使是窄帶干擾,也可能導致頻譜的其余部分由于剛性而無法使用。如下圖所示,將紅色干擾信號想象為頻譜中的穿孔。受到干擾后,80M帶寬,就只剩下40M帶寬可用了。
WIFI7標準中引入了設備如何處理穿刺的靈活性。這個功能允許頻譜通道在這個刺穿周圍“治愈”,并且仍然能夠在不受影響的范圍內運行。雖然隨著通道從80 MHz的帶寬下降,吞吐量將會受到影響,但它仍然能夠利用剩余的、未受影響的頻譜。如下圖中所示,20 MHz的頻譜被添加回工作信道中,最終結果只減少了25%,而不是之前看到的50%甚至75%。由于增加了頻譜和信道管理的靈活性,生成的系統自然地增加了信道可用性和保持了吞吐量,從而降低了BSS的延遲。
同時6 GHz頻段利用一種被稱為自動頻率協調(AFC)的服務來保護頻譜的現有用戶的現有操作。在前幾代Wi-Fi中,如果檢測到任何現有操作(參考DFS操作和5 GHz中的雷達),則要求放棄整個信道。有了穿孔的傳輸,現有的操作仍然可以得到保護,而不需要放棄整個信道。
5.R-TWT 節能
TWT 機制是WIFI6中引入的,TWT 是由 802.11ah 標準首次提出,初衷是針對 IoT 設備,特別是為低業務量的設備而設計的一套節能機制。在 TWT 機制下,如下圖 所示,AP 和終端可以建立一套 TWT 協議,雙方約定好一個 TWT 服務時間,終端只有在服務時間內才會工作,其他時間處于休眠狀態。
6.802.11ba 深度節能
雖然 Wi-Fi 7協議通過引入 R-TWT 機制,讓設備定期休眠和喚醒來節能,但還是存在一些問題,例如設備檢查信道定期產生的喚醒。為此 Wi-Fi 7 還引入了 802.11ba 深度節能。802.11ba 即喚醒無線電 WuR(Wake-up Radio),WuR 之前在物聯網得到了許多應用,在低功耗、延遲容忍和按需數據收集場景(例如智能家居、野生動物跟蹤和存儲監控)方面表現出色。
8.802.11az 高精度定位
802.11az 采用精準測時機制 FTM(Fine Timing Measurement),目標是取代目前廣泛應用的采用信號強度(Signal Strength)相關技術進行定位。
進行 FTM 測量的鏈路兩端分別作為 Initiating STA(ISTA)和 Responding STA(RSTA),雙方通過進行 FTM-ACK 交互來獲得往返時間 RTT(Round Trip Time)從而實現彼此的距離測量。如下圖 所示,ISTA 需要記錄 FTM 幀的發送時間 t1 和ACK 幀的接收時間 t4,RSTA 記錄 FTM 幀的接收時間 t2 和 ACK 幀的發送時間 t3,在下一次 FTM-ACK 交互中,ISTA 將 t1 和 t4 反饋給 RSTA,這樣 RSTA 利用這些信息,便可以計算出報文的往返時間 RTT=t4-t1-(t3-t2),其中 t3-t2 為報文處理延時Δtdelay。最終,RTT=(t2-t1)+(t4-t3),根據光速和 RTT/2 可以估計出 ISTA 和 RSTA 之間的距離。
我們縱觀當今技術的發展與迭代,WIFI7與5G都有很多相同之處,都是向著高帶寬,低延時,節能等目標在發展,優化。每一代技術的更替都是再解決之前應用中出現的一些痛點問題。想當下很多還沒有普及的應用AR,VR,自動駕駛等等,對是有高帶寬,低延時的技術需求。未來還有WIFI8,WIFI9 ,6G等等新技術。