从名字就能看出来,Wi-Fi7是Wi-Fi6的下一代演进。Wi-Fi7的官方标准名称,叫做.11be。它还有另外一个名字,叫做EHT(ExtremelyHighThroughput,极高吞吐量)。
Wi-Fi7的商用进程之所以大幅提速,和用户需求以及外部环境有很大的关系。
众所周知,Wi-Fi技术正式诞生,是在上世纪90年代末。
后来,数码电子产品的小型化,尤其是智能手机的出现,让移动互联网得以全面爆发。Wi-Fi作为蜂窝网络的重要补充,一直都在为用户提供低成本且灵活的无线网络接入服务。
近年来,XR扩展现实、元宇宙、社交游戏、远程办公、企业上云等需求的爆发,进一步刺激了用户对高性能网络接入的需求。于是,人们对Wi-Fi的性能,提出了更高的要求。
从另一个角度来看,如今,光纤宽带的速率不断提升(国内千兆宽带用户数已经达到了万户),让传统的Wi-Fi技术成为了瓶颈。传统Wi-Fi的速率太低,时延太大,容量和稳定性等各方面都存在不足。
所以,才需要对Wi-Fi技术进行快速迭代,确保能够跟上光纤宽带技术(PON技术)的发展,也能给用户带来更好的使用体验。
WiFi7到底有什么特别?
相比Wi-Fi6,Wi-Fi7带来巨大的性能提升。
具体来说,在20MHz频宽、4KQAM、增强MU-MIMO等技术的加持下,Wi-Fi7的最高理论速率可以达到46Gbps,是Wi-Fi6最高理论速率的倍以上。
WiFi7有哪些关键技术?
首先,是扩展频宽。
扩展频率带宽是实现网速提升最有效的手段之一。频宽变大了,也就意味着车道变宽、变多了,运输能力当然就更大了。
众所周知,一直以来Wi-Fi有两个频段范围,分别是2.4GHz和5GHz。
Wi-Fi6到来后,为了增加对6GHz频段的支持,演进出了Wi-Fi6E。
在Wi-Fi7中,继续沿用了Wi-Fi6E对6GHz频段的支持。此外,Wi-Fi7还增加新的带宽模式,包括:连续MHz、非连续+80MHz、连续20MHz和非连续+MHz。大家可能会问,为什么还会有+80、+这种带宽模式呢?这就要从早期的信道绑定技术开始说起了。在Wi-Fi4(.11n)时代,为了提高频率带宽,引入了将信道进行绑定的技术。当时,是将相邻的2个20MHz信道(一个被称为主信道,另一个就是从信道)绑定成一个40MHz信道,以此成倍提升数据传输速率。
后来,随着技术演进,信道绑定变得越来越强大。到了Wi-Fi7阶段,演变为了多连接技术(Multi-Link多链路机制)。
这种技术,可以向客户端提供使用不同信道的多种选项,既可以多选一,也可以同时使用。
多选一的情况下,终端在每次传输时,均使用第一个可用频段。一旦完成前次传输,则可选择任意频段进行接下来的传输,以此避免拥堵、降低延迟。
这种方式也可以扩展到高频频段(5GHz和6GHz频段)。
例如,系统在5GHz频段遇到干扰,那么系统可以很快把链路跳到6GHz频段,规避干扰。
再例如,路由器端在分别进行数据传输时,如果发现6GHz频段时延比较低,就可以把一些低时延应用的数据包,通过6GHz频段发送。如果突然发现5GHz频段特别适合进行大数据量的传输时,也会通过5GHz频段去传输数据。
除了信道选择之外,多连接技术还可以进行更厉害的“信道绑定”,也就是在两个不同的频段同时建立连接,两者的数据连接可以叠加使用,实现更高的吞吐量。
这种“信道绑定”同样可以扩展到高频频段,效果更加明显。
在有些国家(包括我国)和地区,6GHz频段暂时没有被分配给Wi-Fi,也就不能使用连续的20MHz。这样的话,就可以利用高频段多连接并发技术,通过聚合两个可用信道,提供更宽的有效信道。
例如,将5GHz的MHz和80MHz合并为一个MHz,可以实现4.Gbps的最高理论速度。或者,将5GHz的2个MHz合并为一个20MHz,实现5.7Gbps的最高理论速度。
多连接技术,建立了新的频谱管理、协调和传输机制,可以实现频谱资源的高效利用,达到更高性能的吞吐量以及更低时延。
值得一提的是,Wi-Fi7还带来了名为“前导码打孔(PreamblePuncturing)”的创新技术。
在某些情境下,现有用户会在空闲的连续信道中(如20MHz或40MHz)占用一部分带宽,就会阻止AP接入点使用该连续信道,导致带宽降级。
“前导码打孔”技术的作用,就是在连续信道的从信道遇到干扰时,将主信道和剩下的不连续的可用从信道进行捆绑。这就减少了频宽浪费,提升了频谱利用率。
因为这种带宽模式的信息是发送端通过“前导码”携带给接收端的,而且,跳过的忙碌信道就好像被打了一个孔一样,所以,称之为“前导码打孔”。
然后是调制方式
调制就是为了提高单个信号所携带的数据量。Wi-Fi6的最高调制方式是1KQAM,其中调制符号承载10bit。后来,Wi-Fi6E出现,高通就率先引入了更高阶的4KQAM调制方式,使得调制符号能够承载12bit。在相同的编码下,可以获得20%的速率提升。
到了Wi-Fi7时代,4KQAM成为了标配。
需要注意的是,4KQAM高阶调制的技术实现难度很高。它的算法复杂度比1KQAM多了很多倍,对芯片元器件提出了很高的要求,也对信道质量有很高要求。
再来看看MIMO技术
MIMO,就是MultipleInputMultipleOutput(多收多发),多天线技术。
早在Wi-Fi4时代,就引入了MIMO技术。它当时是4×4SU-MIMO(SU为single-user,单用户),可以有效提升连接速率。
Wi-Fi6时,最多支持8条数据流。一般手机只有2根Wi-Fi天线(2x2MIMO),所以路由器侧的更多数据流,主要是为了提升接入终端的数量。
Wi-Fi6的一大改进,就是引入了MU-MIMO(MU为multi-user,多用户),让多个设备可以同时使用多条数据流与接入点进行通信。
Wi-Fi7,将数据流提升为16条,变成了16×16UL/DLMU-MIMO。从单个路由器来说,理论上可以通过16根天线来收发信号,理论上可以将物理传输速率提升两倍以上。
值得一提的是,高通还搞出过实时双Wi-Fi6(即4路双频并发,DBS)技术,可以支持实时双频Wi-Fi,也就是说,让手机可以同时连接2x2模式的2.4GHz和5GHz(2x2+2x2)。
在这种情况下,用户无须手动切换网络,手机直接做出最合理的选择,既可以发挥2.4GHz频段的穿墙优势,又可以发挥5GHz频段高吞吐量、干扰少的优势。
“多连接并发技术”显著提升了空间分集的层次,将天线资源的利用率提高到最大,从而保证了高速率、低时延,提升了连接稳定性和频谱资源效率。
最后,再说说Wi-Fi7带来的一个新特性——CMU-MIMO
CMU比MU多了一个C,这个C代表Coordinated(协同)。意思就是说,CMU-MIMO的16条数据流,可以不由一个AP(AccessPoint,接入点)提供,而是由多个AP同时提供。
这意味着多个AP之间需要相互协同进行工作。
无线终端的数量增加,是这些年来Wi-Fi发展的一大特点。
手机、平板、笔记本电脑,甚至包括冰箱、电视、洗衣机等家电,都需要接入无线网络,对Wi-Fi的接入能力和覆盖范围提出了更多的要求。很多用户也为这个问题感到困扰。
为了扩大Wi-Fi网络的覆盖范围,厂商想了很多办法,例如有线、无线桥接,Mesh组网,子母路由,等等。这其实就是增加AP数量,增强信号覆盖。
从某种程度上来说,这就是AP之间协同的早期形式。
在Wi-Fi7之前,AP的协同形式比较简单。个别厂商,会开发一些自定义的技术,实现网络自动调优、智能漫游等WLAN功能,实现本品牌下路由产品的基本协同。协作的目的也仅是优化信道选择,调整AP间负载等。
如今,Wi-Fi7出来了,将多AP间的协同调度上升到了标准的高度。
也就是说,只要符合标准,不同厂商之间的路由AP,也可以进行协同。
而且,协同的层级变得更加深入,功能也更强大,包括小区间的在时域和频域的协调规划,小区间的干扰协调,以及分布式MIMO,都可以通过AP协同实现。
这有效降低了AP之间的干扰,也极大提升无线空口资源的利用率。