wifi7的主要技術(shù)特征分析 最全Wi-Fi7核心技術(shù)講解 wifi6和wifi7的區(qū)別

Wi-Fi 7（802.11be）是IEEE Wi-Fi 802.11系列的最新協(xié)議版本，目前還沒有正式發(fā)布，初步草案于 2021 年 3 月推出，預(yù)計最終版本發(fā)布時間是2024年5月份。但即便是草案發(fā)布，也激起了產(chǎn)業(yè)界濃厚的興趣。從今年初開始，我們已經(jīng)看到很多設(shè)備供應(yīng)商如雨后春筍般都聲稱已支持了Wi-Fi 7，比如高通的 驍龍8 Gen 2、Netgear、TP-Link和華碩等無線路由器廠家，以及小米為代表的Xiaomi 13 Pro智能手機。感覺上一個版本W(wǎng)i-Fi 6/6E還是在2019/2020年發(fā)布的，很多人還沒有來得及更新Wi-Fi 6的路由器，Wi-Fi 7就來了，讓人不得不感嘆技術(shù)迭代的日新月異。

Wi-Fi 7和Wi-Fi 6相比在很多性能指標(biāo)上大幅度提升，具體參見下表。從Wi-Fi 0到Wi-Fi 7性能到躍遷，能看出來，都是踩著肩膀一步一步演進(jìn)過來的，如果沒有這些技術(shù)的累積，也不會有現(xiàn)在的Wi-Fi 7。

當(dāng)然，即便如此，從Wi-Fi 6到Wi-Fi 7性能提升依然驚人。這種提升背后意味著很多先進(jìn)技術(shù)的運用。本文準(zhǔn)備系統(tǒng)梳理一下Wi-Fi 7的新特性和核心技術(shù)。由于這些技術(shù)繁雜，為了方便大家理解，我進(jìn)行了簡單的歸類。有些技術(shù)相對集中在物理層和鏈路層的優(yōu)化，就分別歸類在對應(yīng)的技術(shù)層，有些技術(shù)牽扯面相對復(fù)雜，多層協(xié)調(diào)配合，比如：MU-MIMO、OFDMA、多AP間的協(xié)同調(diào)度、時間管理，我就分別單獨成章來說明。

從支持2個頻段2.4 GHz (2.400 ～ 2.495 GHz)和5 GHz (5.170 ～ 5.835 GHz)，升級到支持3個頻段，而且在6GHz頻段支持從5.925 到 7.125 GHz 高達(dá)1200MHz的頻段范圍。

1.2 更大的帶寬使用能力

大家能看出來，在2.4GHz和5GHz兩個頻段，真正授權(quán)使用的頻段范圍是很有限的，但是6GHz這次開放的頻譜就非?？犊?，這也為Wi-Fi 7進(jìn)行更高的吞吐量設(shè)計提供了底層支撐。具體而言，Wi-Fi 7的信道帶寬包括：20MHz、40MHz、80MHz、160MHz、240MHz和360MHz，其中160MHz、240MHz和360MHz這些信道帶寬可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。不連續(xù)信道帶寬并非Wi-Fi 7獨有，而是從Wi-Fi 6（802.11ax）繼承下來的能力。6 GHz 頻段支持多達(dá) 6 個重疊的 320 MHz 信道和 3 個非重疊信道。

1.3 更高的調(diào)制階數(shù)

正交幅度調(diào)制（QAM）是Wi-Fi 7中的一項核心技術(shù)。QAM是一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)，可以將數(shù)字信號映射到多個幅度和相位不同的載波上，以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。我們經(jīng)常在QAM后面看到XXXX的數(shù)字。這個數(shù)字就是調(diào)制符號（Modulation Symbol）的意思。調(diào)制符號指在特定的調(diào)制方案下，用于攜帶數(shù)據(jù)的基本單位。調(diào)制符號代表了一種特定的信號狀態(tài)，其包含的信息可以通過調(diào)制解調(diào)過程來傳輸和接收，通常由一組離散的信號狀態(tài)或符號點表示。每個調(diào)制符號代表一定數(shù)量的比特（或位），這個數(shù)量取決于所使用的調(diào)制方案和調(diào)制階數(shù)。

QAM調(diào)制將信號的振幅和相位兩個維度來表示不同的調(diào)制符號。在QAM中，調(diào)制符號的個數(shù)和調(diào)制階數(shù)相關(guān)，例如16-QAM表示有16個不同的調(diào)制符號，64-QAM表示有64個不同的調(diào)制符號，Wi-Fi 4使用的是64-QAM，Wi-Fi-5是256-QAM，Wi-Fi 6是1024-QAM。每個調(diào)制符號可以攜帶一定數(shù)量的比特信息，調(diào)制階數(shù)越高，每個調(diào)制符號所攜帶的比特數(shù)就越多，從而實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。Wi-Fi 6的1024-QAM，意味著調(diào)制符號承載10bits。Wi-Fi 7的4096-QAM，意味著調(diào)制符號承載12bit。在相同的編碼下，Wi-Fi 7的4096-QAM比Wi-Fi 6的1024-QAM可以獲得20%的速率提升。然而，隨著調(diào)制階數(shù)的增加，調(diào)制符號之間的差異也變得更加微小，對于接收端來說，更容易受到噪聲和干擾的影響。

2.1多鏈路操作 (MLO)

Wi-Fi 6 及之前版本的終端設(shè)備（STA） 雖然也支持多個 Radio、多頻率， 但是同時只能和 AP 建立一個 Radio 的鏈接。而到了 Wi-Fi 7 版本， 工作組新定義了多鏈路操作 (Multi-Link Operation，MLO)，即能夠同時 和 AP 建立多個 Radio 數(shù)據(jù)鏈路。 如下圖所示， Wi-Fi 7 的 STA 和 AP 同時在 2.4 GHz 、5 GHz 和 6 GHz 上建立鏈路，并且三條鏈路能夠“同時”工作， 提升STA的整體吞吐能力。

MLO，又稱為多鏈路聚合技術(shù)，通過使用多個物理層鏈路和共享的MAC層協(xié)調(diào)，可以有效地管理和分配不同頻段的網(wǎng)絡(luò)資源，以實現(xiàn)在不同頻段、不同無線鏈路上同時并行的數(shù)據(jù)傳輸。通過同時使用多個鏈路，MLO可以增加容量，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的用戶體驗。

2.2 增強型鏈路適配和重傳協(xié)議

Wi-Fi 7采用了混合自動重復(fù)請求 (HARQ) 技術(shù)來增強鏈路適配和重傳協(xié)議。HARQ 是一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Х绞剑梢詫?shù)據(jù)分成小塊進(jìn)行傳輸，并在每個小塊的傳輸之后立即進(jìn)行確認(rèn)。如果某個小塊傳輸失敗，則可以在后續(xù)傳輸中進(jìn)行重傳，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托省?/span>是一種結(jié)合 FEC (Forward Error Correction，前向糾錯) 與 ARQ (Automatic Repeat reQuest) 方法的技術(shù)。具體操作是：當(dāng)發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收方時，接收方會檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如果接收方發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有錯誤或丟失，它會發(fā)送一個NACK給發(fā)送方，表示需要進(jìn)行重新發(fā)送。發(fā)送方在收到NACK后會重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收方收到正確的數(shù)據(jù)并發(fā)送一個確認(rèn)信息（ACK）。這個重傳過程會一直持續(xù)，直到數(shù)據(jù)被正確接收。

增強型鏈路適配和重傳協(xié)議并不是Wi-Fi 7中首次提出的技術(shù)，它們在之前的Wi-Fi版本中也已經(jīng)有應(yīng)用。不過，在Wi-Fi 7中，這些技術(shù)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，以提高Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性：

• 采用更高效的重傳協(xié)議：Wi-Fi 7引入了一種名為“復(fù)雜度自適應(yīng)混合自動重傳請求（CA-HARQ）”的協(xié)議，該協(xié)議可以根據(jù)信道質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況動態(tài)地調(diào)整重傳的次數(shù)和時間間隔，從而提高傳輸效率和性能。

• 增量冗余技術(shù)：每次數(shù)據(jù)重傳都包含與先前傳輸不同的信息。換句話說，在每次重傳時，接收方都會獲得額外的信息。

3.1 MIMO

MIMO，即Multiple Input Multiple Output（多輸入多輸出），是一種使用多天線發(fā)送和接收信號的技術(shù)。MIMO能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號。通過空分復(fù)用和空間分集等技術(shù)，在不增加占用帶寬的情況下，提高系統(tǒng)容量、覆蓋范圍和信噪比。當(dāng)然和MIMO相對應(yīng)的還有單入單出SISO（Single-Input Single-Output）、單入多出SIMO（Single-Input Multiple-Output）和多入單出MISO（Multiple-Input Single-Output），差別就是字面意思，當(dāng)然后者這些都是老的技術(shù)了，所以不多做解釋。

3.2空間流（Spatial Stream）

在MIMO技術(shù)中，每根天線每路信號都是一個空間流（Spatial Stream），每個空間流都需要獨立的天線進(jìn)行發(fā)送和接收。我們經(jīng)常在MIMO前面看到M*N的表達(dá)。這里面M就是發(fā)送端天線數(shù)量，N就是接收端天線數(shù)量。例如4×3 MIMO表示4根天線發(fā)送，3根天線接收。這個指標(biāo)有時也稱為MTNR。其實市面上很多無線路由器都會看到很多根明顯的天線。這些天線往往能夠同時支持發(fā)送和接收，所以根據(jù)天線的數(shù)量就基本能判斷M和N的數(shù)值。例如一臺有著4根天線的無線路由器，可以認(rèn)為是4x4 MIMO。

3.3 MU-MIMO

3.4 三個調(diào)制解調(diào)技術(shù)

在MIMO的天線編解碼和調(diào)制解調(diào)過程中，經(jīng)常會聽到下面3個概念：空間分集（Spatial Diversity）、空分復(fù)用（Spatial Multiplexing）和波束成形（Beamforming），這三個技術(shù)使用的目的有所不同：

• 空間分集（Spatial Diversity）：利用多個天線（或天線鏈）接收來自同一發(fā)送源的多條獨立信道，通過在接收端對這些信道進(jìn)行合理的組合，以提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。通過在不同的接收天線上接收到多個獨立的信號副本，空間分集可以減小信號衰落和多徑效應(yīng)的影響，從而提供更穩(wěn)定和可靠的信號接收。所以空間分集的目的是可靠傳輸。

• 空分復(fù)用（Spatial Multiplexing）：是一種通過在MIMO系統(tǒng)中同時傳輸多個數(shù)據(jù)流的技術(shù)。它利用多個天線在相同的時間和頻率資源上發(fā)送不同的數(shù)據(jù)流，以提高信道容量和數(shù)據(jù)傳輸速率。通過將數(shù)據(jù)流分配到不同的天線并利用天線之間的獨立性，空分復(fù)用可以實現(xiàn)并行的數(shù)據(jù)傳輸，從而顯著提高無線系統(tǒng)的吞吐量。空分復(fù)用的目的是提升傳輸速率。

• 波束成形（Beamforming）：是一種通過調(diào)整天線的相位和振幅來改變信號傳輸方向的技術(shù)。無線電波可以在某些特定方向上扭曲變形，強化拉伸，就像探照燈的光束一樣。波束成形可以在發(fā)送端或接收端實現(xiàn)，通過優(yōu)化天線信號的權(quán)重和相位來形成一個狹窄的波束，從而改善信號的傳輸性能。波束成形的目的是為了提升信號穿透率。當(dāng)波束被專門引導(dǎo)到接收設(shè)備，并以精確到功率到達(dá)每個設(shè)備，可以最大限度提升信號質(zhì)量。波束成形技術(shù)還可以讓無線電波從建筑物反射折射衍射最后傳送到某個方向更遠(yuǎn)的區(qū)域。它旨在將無線信號的能量集中在特定方向上，以提高信號的傳輸距離、覆蓋范圍和抗干擾能力。

4.1OFDMA

多用戶正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技術(shù)是一種用于無線通信系統(tǒng)的頻譜分配技術(shù)。在OFDMA中，整個頻帶被分成多個小頻段（或者叫子載波），子載波（subcarrier）是Wi-Fi信號的基本單位，每個子載波都具有特定的頻率和相位。每個小頻段可以分配給一個或多個用戶同時使用，而且不同用戶可以分配不同數(shù)量的小頻段，這就允許多個用戶同時在同一頻帶上傳輸數(shù)據(jù)，從而提高了頻譜利用率。

相較于之前的Wi-Fi版本，Wi-Fi 7對OFDMA技術(shù)做了一些改進(jìn)。首先，Wi-Fi 7中的OFDMA技術(shù)將子信道的數(shù)量增加到了數(shù)百個，這意味著更多的用戶可以同時連接到同一個Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上。其次，Wi-Fi 7中的OFDMA技術(shù)可以靈活地將子信道分配給不同的用戶，可以根據(jù)不同用戶的需求進(jìn)行動態(tài)分配，提高了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的靈活性和適應(yīng)性。

4.2 Multi-RU機制

Wi-Fi 7引入Multi-RU機制。資源單元RU（Resource Unit）是用于劃分時間-頻率資源的單元。它可以理解為在OFDMA中的一個時間-頻率塊，用于分配給單個用戶或用于傳輸特定的數(shù)據(jù)。在 Wi-Fi 6 引入的 OFDMA 機制中，RU (Resource Unit)作為頻率劃分的資源單位也同時被提出， 定義了 26-tone RU，52-tone RU，106-tone RU，242-tone RU，484-tone RU，996-tone RU 和 2×996-tone RU。然而用戶只能在分配到的固定 RU 進(jìn)行收發(fā)工作，大大限制了頻譜資源調(diào)度的靈活性。為 解決該問題，進(jìn)一步提升頻譜效率， Wi-Fi 7 中定義了允許將多個 RU 分配給單用戶的機制。考慮到 7 種 RU 的組合會非常復(fù)雜，Wi-Fi 7 協(xié)議中也對 RU 的組合做出了限制，定義了小規(guī)格 RU 和大規(guī)格 RU 兩大類 RU。其中小規(guī)格 RU 包含 26、52、106-tone RU，大規(guī)格 RU 包含 242、484、996、2×996、 3×996-toneRU。并規(guī)定不同大類的 RU 之間不能組合，并且在相同大類也有組合限制。

4.3 前導(dǎo)碼穿孔技術(shù)（Preamble Puncturing）

以前，信道繁忙意味著頻段無法充分利用。數(shù)據(jù)只能通過主通道發(fā)送。現(xiàn)在，通過前導(dǎo)碼打孔，可以阻止干擾，無浪費、無擁堵，從而開辟更多信道可供使用。

5.1 多AP間的協(xié)同調(diào)度綜述

目前在 802.11 的協(xié)議框架內(nèi)，AP 之間的協(xié)作僅僅只有信道優(yōu)化選擇、AP 發(fā)射功率調(diào)整、負(fù)載均衡、 空間復(fù)用】資源高效利用等等，AP之間實際上是沒有太多協(xié)作的關(guān)系。為了進(jìn)一步實現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)射頻資源利用最大化， Wi-Fi 7中的多AP間的協(xié)同調(diào)度，包括小區(qū)間的在時域和頻域的協(xié)調(diào)規(guī)劃，小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)，以及分布式MIMO，可以有效降低AP之間的干擾，極大的提升空口資源的利用率。Wi-Fi 7 提出了多 AP 的協(xié)同調(diào)度 (Multi-APCoordination) ，包括：協(xié)同正交頻分復(fù)用多址接入(Co-OFDMA ，Coordinated Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access) 、協(xié)同空間復(fù)用(Co-SR ，Coordinated Spatial Reuse) 、協(xié)同波束成形(Co-BF ，Coordinated Beamforming)和協(xié)同數(shù)據(jù)發(fā)送(Co-JT ，Coordinated Joint Transmission)、協(xié)同時間分割多址接入（Co-TDMA，Coordinated Time Division Multiple Access）、BSS （Basic Service Set）Coloring技術(shù)以及清晰信道評估CCA（Clear Channel Assessment）技術(shù)等。

5.2 協(xié)同正交頻分復(fù)用多址接入（Co-OFDMA）

協(xié)同正交頻分復(fù)用多址接入（Co-OFDMA）：通過在不同AP之間協(xié)調(diào)和分配子載波資源，這使得多個AP可以同時在不同的子載波上進(jìn)行并行通信，實現(xiàn)在多個AP之間共享頻譜資源，從而提高頻譜利用效率和網(wǎng)絡(luò)容量。

5.3協(xié)同空間復(fù)用（Co-SR）

協(xié)同空間復(fù)用（Co-SR）：協(xié)調(diào)不同AP的發(fā)送和接收時隙，通過在空域上進(jìn)行協(xié)調(diào)，不同AP可以在相鄰的區(qū)域內(nèi)同時傳輸數(shù)據(jù)，減少不同AP之間的干擾并提高空間復(fù)用效率、網(wǎng)絡(luò)容量和吞吐量。

5.4協(xié)同波束成形（Co-BF）

協(xié)同波束成形（Co-BF）：通過協(xié)同波束成形，利用多個AP之間的協(xié)同工作，通過集中信號能量并改變天線輻射方向，將無線信號以更強的方向性發(fā)送給特定的用戶設(shè)備，提供更強的信號覆蓋、增強的鏈路質(zhì)量和傳輸效率。

5.5 協(xié)同數(shù)據(jù)發(fā)送（co-JT）

協(xié)同數(shù)據(jù)發(fā)送（co-JT）：允許多個AP的數(shù)據(jù)組合成一個更強大的信號，在同一時間發(fā)送協(xié)同數(shù)據(jù)給同一個用戶設(shè)備。可以提高用戶設(shè)備的接收信號質(zhì)量、傳輸速率和覆蓋范圍。

5.6 協(xié)同時間分割多址接入（Co-TDMA）

協(xié)同時間分割多址接入（Co-TDMA）：允許多個AP在不同的時間片段上發(fā)送數(shù)據(jù)，通過協(xié)同調(diào)度和分配時間資源，避免了AP之間的沖突和干擾，減少傳輸延遲，并提供更穩(wěn)定和可靠的連接，提高網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜利用效率。

5.7 基本服務(wù)集著色機制（BSS Coloring）

基本服務(wù)集著色機制（BSS Coloring）：在傳統(tǒng) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)多個 Wi-Fi 路由器或接入點（AP）在同一頻道上運行時，它們會相互干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。在多個Wi-Fi熱點覆蓋的環(huán)境中會出現(xiàn)乒乓效應(yīng)，這種現(xiàn)象也稱為"空氣電路"。在這種情況下，Wi-Fi終端設(shè)備會頻繁地在不同的Wi-Fi熱點之間進(jìn)行切換，這會導(dǎo)致連接不穩(wěn)定和數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t。BSS Coloring技術(shù)通過標(biāo)識和區(qū)分不同的BSS。當(dāng)其他 Wi-Fi 7 設(shè)備接收到這個數(shù)據(jù)包時，會根據(jù)這個標(biāo)記識別這個數(shù)據(jù)包是否來自同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備，如果顏色相同，則認(rèn)為是同一BSS內(nèi)的干擾信號，發(fā)送將推遲；如果顏色不同，則認(rèn)為兩者之間無干擾，兩個Wi-Fi設(shè)備可同信道同頻并行傳輸?？梢员苊飧蓴_現(xiàn)象的發(fā)生，提高Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性。

5.8清晰信道評估（CCA）

清晰信道評估（CCA）：是一種動態(tài)信道監(jiān)測技術(shù)，用于檢測、感知并評估周圍環(huán)境中的信道活動情況。根據(jù)實時的信道狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。這可以幫助AP選擇相對空閑的信道以提供更好的性能，并減少與其他AP之間的干擾。

6.1時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）

TSN是一組用于實時和時間敏感應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，旨在通過以太網(wǎng)實現(xiàn)高可靠性、低延遲和確定性的通信。它為Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)提供了一種可靠地支持實時應(yīng)用的方式，包括工業(yè)自動化、智能制造、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。TSN技術(shù)通過定義時間同步機制、流量調(diào)度和優(yōu)先級控制等功能，實現(xiàn)了對實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋ＷC。

Wi-Fi 7參考TSN的模式，完善當(dāng)前無線局域網(wǎng)的機制。同時，也需要考慮受限的空口環(huán)境(例如，鏈路不可靠 性、缺乏準(zhǔn)確的時鐘同步、不對稱的路徑延遲等等) ，以及老產(chǎn)品的兼容性。分布式 MIMO、多 AP 協(xié)作等功能需要基于各個節(jié)點的時鐘同步。

6.2TWT目標(biāo)喚醒時間技術(shù)

目標(biāo)喚醒時間 (Target Wake Time，TWT)是指無線終端設(shè)備在與無線接入點 (AP) 通信時，通過協(xié)商設(shè)定睡眠和喚醒時間，實現(xiàn)設(shè)備節(jié)能的技術(shù)。

在以往的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)中，無線終端設(shè)備會在持續(xù)監(jiān)聽無線信道，隨時準(zhǔn)備接收AP發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，這會導(dǎo)致設(shè)備的能耗較高。而在TWT技術(shù)的引入下，AP可以告知設(shè)備在何時喚醒以接收數(shù)據(jù)，從而使設(shè)備在不需要進(jìn)行通信時，可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省能源。同時，這也可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和響應(yīng)速度，因為AP可以在指定的時間將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給設(shè)備，避免了設(shè)備的重復(fù)監(jiān)聽。TWT技術(shù)的應(yīng)用場景比較廣泛，可以用于智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等領(lǐng)域。它的引入在Wi-Fi 6中已經(jīng)有所體現(xiàn)，但在Wi-Fi 7中進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，以提高設(shè)備的睡眠和喚醒效率，并進(jìn)一步降低能耗。

最后，我還是要補充強調(diào)一點：盡管上面談到了很多Wi-Fi 7的關(guān)鍵技術(shù)，但畢竟協(xié)議最終版還沒有發(fā)布，所以這些關(guān)鍵技術(shù)還都有變化和調(diào)整的可能，所以最后一定會有未涵蓋到或者有待優(yōu)化改進(jìn)的地方。如果大家對這個話題感興趣，可以去跟進(jìn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的討論過程。

好的技術(shù)和性能表現(xiàn)固然重要，但能在紛繁復(fù)雜的現(xiàn)實場景中依然性能卓越，不掉鏈子更為重要。前文我們提到過這個問題。有興趣的小伙伴可以點擊：《Wi-Fi誕生以來最難的問題，現(xiàn)在有解了！》