錢(qián)智紅，成 剛

（1.上海諾基亞貝爾軟件有限公司，上海 201206；2.上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海 201206）

0 引言

通常Wi-Fi 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)每隔5 年左右就會(huì)更新迭代，在國(guó)內(nèi)支持Wi-Fi6 技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)成為市場(chǎng)主流的同時(shí)，下一代Wi-Fi7 標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)完成了主要規(guī)范的定義。迄今，IEEE 工作組已經(jīng)發(fā)布了Wi-Fi7（IEEE 802.11be）的草案3.0 版本[1]。預(yù)計(jì)至2024 年5 月，IEEE 將發(fā)布Wi-Fi7 最終版本，完成所有的Wi-Fi7 標(biāo)準(zhǔn)制定。

而對(duì)應(yīng)的Wi-Fi 聯(lián)盟認(rèn)證項(xiàng)目是從2021 年開(kāi)始建立市場(chǎng)任務(wù)組，預(yù)計(jì)2023 年底完成Wi-Fi7 認(rèn)證項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。另外，目前已經(jīng)有設(shè)備廠家在基于Wi-Fi7 芯片開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，可以預(yù)測(cè)2024 年將是商用Wi-Fi7 路由器和終端相繼涌現(xiàn)的元年。

IEEE 把802.11be 又稱為極高吞吐量（Extremely High Throughput，EHT），即對(duì)于Wi-Fi6 之后的性能大幅度提升給予了非常高的期望。IEEE 工作組起初在制定802.11be 標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，把規(guī)范發(fā)布分成兩個(gè)階段，分別定義了很多關(guān)鍵技術(shù)和對(duì)應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。從最新的標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)展來(lái)看，原先第二階段的主要內(nèi)容將放在2028年左右的Wi-Fi8 標(biāo)準(zhǔn)中，比如多AP 接入?yún)f(xié)作技術(shù)、16個(gè)多輸入多輸出空間流等。

本文首先概述Wi-Fi7 的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和特征，然后著重介紹和分析多鏈路同傳技術(shù)和多資源單位技術(shù)的工作原理以及對(duì)業(yè)務(wù)帶來(lái)的變化或影響，并且闡述Wi-Fi7 物理層的調(diào)制方式和帶寬的變化，接著對(duì)Wi-Fi7 演進(jìn)到Wi-Fi8 的潛在技術(shù)進(jìn)行分析和探討，最后對(duì)Wi-Fi技術(shù)發(fā)展做總結(jié)和展望。

1 Wi-Fi7 的關(guān)鍵技術(shù)分析

歷數(shù)Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，Wi-Fi 技術(shù)創(chuàng)新主要包含物理層編碼調(diào)制技術(shù)來(lái)提升連接速率，通過(guò)信道綁定來(lái)拓展帶寬，通過(guò)空間復(fù)用或者頻域復(fù)用來(lái)提升帶寬以及多用戶并發(fā)接入數(shù)量等，可見(jiàn)更高的速率、更高的帶寬和更多的接入用戶數(shù)量一直是Wi-Fi 技術(shù)迭代升級(jí)的主要目標(biāo)。

在Wi-Fi6 的技術(shù)基礎(chǔ)上，Wi-Fi7 在這些核心領(lǐng)域繼續(xù)拓展和創(chuàng)新，達(dá)到了Wi-Fi 技術(shù)迄今在速率、帶寬和用戶并發(fā)數(shù)量的超高性能指標(biāo)。此外，考慮到業(yè)務(wù)時(shí)延已經(jīng)成為影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素，Wi-Fi7 也把超低時(shí)延作為其技術(shù)演進(jìn)的重要指標(biāo)。Wi-Fi7 與Wi-Fi6 的關(guān)鍵性能指標(biāo)如表1 所示[1-3]。

表1 Wi-Fi7 關(guān)鍵性能指標(biāo)

表2 是Wi-Fi7 的關(guān)鍵技術(shù)特征，它既包括在原有Wi-Fi6 技術(shù)上的效率或性能提升，比如4096-QAM 調(diào)制和320 MHz 帶寬等，也包括新技術(shù)在Wi-Fi7 標(biāo)準(zhǔn)中的引入，比如多鏈路同傳技術(shù)、多資源單位技術(shù)、低時(shí)延識(shí)別技術(shù)等[2]。Wi-Fi7 通過(guò)實(shí)現(xiàn)這些核心技術(shù)，從而支持超高速率、超高帶寬、超高并發(fā)用戶接入以及超低時(shí)延的技術(shù)指標(biāo)[1-3]。

表2 Wi-Fi7 關(guān)鍵技術(shù)特征

1.1 多鏈路同傳技術(shù)

Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)到Wi-Fi6E 時(shí)，AP 或者終端可以同時(shí)支持2.4 GHz、5 GHz 和6 GHz 三個(gè)頻段。但標(biāo)準(zhǔn)只支持一個(gè)AP 與一個(gè)終端之間在一個(gè)頻段的信道上建立物理層和MAC 層連接，只能在這一個(gè)連接上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，即單鏈路傳輸模式，這種方式?jīng)]有充分發(fā)揮AP 與終端之間多頻段的物理配置的能力。

而Wi-Fi7 標(biāo)準(zhǔn)支持AP 與同一個(gè)終端在2.4 GHz、5 GHz 和6 GHz 頻段的信道上同時(shí)建立連接，相當(dāng)于把三個(gè)頻段捆綁在一起形成更大的傳輸通道，AP 與終端就在多條連接上同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，因而能顯著提升AP 與終端的傳輸吞吐量。

Wi-Fi7 把這種多條鏈路連接同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的技術(shù)稱為多鏈路同傳技術(shù)[1-2]，把相關(guān)的設(shè)備稱為多鏈路設(shè)備（Multiple Link Device，MLD）。其中，具有多鏈路功能的AP 設(shè)備被稱為多鏈路AP（AP MLD），具有多鏈路功能的終端（Station）被稱為多鏈路STA（non-AP MLD）。

從Wi-Fi7 設(shè)備的上層應(yīng)用軟件的角度來(lái)說(shuō)，在多鏈路同傳技術(shù)下，即使物理數(shù)據(jù)通道有多條，但AP 與終端之間仍然必須保持一對(duì)一的數(shù)據(jù)鏈路層的地址訪問(wèn)模式，這樣應(yīng)用軟件就不需要識(shí)別Wi-Fi 數(shù)據(jù)傳送是單鏈路還是多鏈路方式。

為了實(shí)現(xiàn)多鏈路同傳下的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈路層模式，Wi-Fi7 標(biāo)準(zhǔn)把多鏈路設(shè)備的MAC 層分成高M(jìn)AC 層和低MAC 層[1-2]，各自有對(duì)應(yīng)的MAC 地址，參考圖1 的多鏈路設(shè)備的協(xié)議棧。

圖1 多鏈路同傳技術(shù)下的MAC 層協(xié)議棧

(1) 高M(jìn)AC 層：多個(gè)數(shù)據(jù)鏈路共享的公共MAC 層，對(duì)應(yīng)多鏈路設(shè)備統(tǒng)一的MAC 地址，它負(fù)責(zé)對(duì)各鏈路發(fā)送前的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行成幀前的處理，或?qū)邮諗?shù)據(jù)報(bào)文做解析處理。

(2) 低MAC 層：各個(gè)物理鏈路各自對(duì)應(yīng)的MAC 層，有對(duì)應(yīng)的各個(gè)鏈路MAC 地址，主要處理鏈路上的數(shù)據(jù)收發(fā)相關(guān)的流程以及Wi-Fi 控制幀收發(fā)等。

Wi-Fi7 的多鏈路AP 與多鏈路終端之間的連接可以優(yōu)化成只在一條鏈路上完成認(rèn)證、關(guān)聯(lián)和連接過(guò)程，此時(shí)AP 與終端的管理幀攜帶了其他鏈路的設(shè)備信息。即使不在每條鏈路上重復(fù)相同的過(guò)程，最后AP 與終端也能完成多鏈路的連接[2]。

參考圖2，多鏈路AP 與多鏈路STA 首先通過(guò)2.4 GHz鏈路完成認(rèn)證、關(guān)聯(lián)和連接過(guò)程，然后實(shí)現(xiàn)3 條鏈路的數(shù)據(jù)傳送。

圖2 多鏈路同傳技術(shù)下的連接方式

在圖2 中，多鏈路建立連接之后，多鏈路設(shè)備有相互獨(dú)立的物理鏈路和鏈路低MAC 層，而高M(jìn)AC 層則包含了多鏈路設(shè)備點(diǎn)到點(diǎn)通信的統(tǒng)一MAC 地址。發(fā)送端的高M(jìn)AC 層在多個(gè)鏈路調(diào)度數(shù)據(jù)并傳送，接收端的高M(jìn)AC 層也在多個(gè)鏈路同時(shí)接收數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)幀封裝以及數(shù)據(jù)幀解析的流程與傳統(tǒng)的Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)仍然保持一致。

Wi-Fi7 支持多鏈路同傳模式，除了AP 與終端之間的連接流程有更新以外，多條鏈接傳送數(shù)據(jù)的處理方式與之前的Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)相比也有很大的變化，它主要包括多鏈路如何協(xié)同傳送數(shù)據(jù)，以及不同鏈路在數(shù)據(jù)傳送上的靈活性。

多鏈路協(xié)同傳送數(shù)據(jù)[2]，指的是鏈路之間在傳送數(shù)據(jù)時(shí)是否需要同步，或者異步獨(dú)立傳送。

(1) 多鏈路同步同傳模式：多鏈路AP 與終端之間的多個(gè)鏈路同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)或者同時(shí)接收數(shù)據(jù)，每個(gè)鏈路之間需要保證數(shù)據(jù)發(fā)送和接收在時(shí)間上的同步。

(2) 多鏈路異步同傳模式：多鏈路AP 或終端在每條鏈路上獨(dú)立競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線媒介的訪問(wèn)權(quán)，并各自傳送數(shù)據(jù)，相互之間不需要對(duì)齊收發(fā)時(shí)間。

多鏈路設(shè)備采取同步還是異步模式，取決于實(shí)現(xiàn)上的復(fù)雜程度以及鏈路相互之間的干擾情況。如果不同鏈路的信道在頻譜上間隔較遠(yuǎn)，可以采用鏈路之間的異步模式；而不同鏈路上的信道如果相隔較近，則可以采用同步模式，它可以減少相互之間由于信道偵聽(tīng)到干擾而引起的沖突回退。參考圖3 所示的多鏈路同傳下的同步和異步模式。

圖3 多鏈路同傳的同步和異步模式

多鏈路設(shè)備支持不同鏈路，在提升傳輸吞吐量的同時(shí)也在數(shù)據(jù)傳送上提供了很大的靈活性，實(shí)際應(yīng)用中可以有下面的數(shù)據(jù)傳送的分工方式[2]：

(1) 按業(yè)務(wù)分類(lèi)的鏈路傳送：比如高帶寬低延時(shí)業(yè)務(wù)可以在信道干擾較少的6 GHz 上傳送，從而降低時(shí)延和提升用戶體驗(yàn)。

(2) 按報(bào)文類(lèi)型分類(lèi)的鏈路傳送：控制報(bào)文和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在不同鏈路上傳送，使得控制報(bào)文能被高優(yōu)先級(jí)快速處理和響應(yīng)。

(3) 按傳送方向分類(lèi)的鏈路傳送：AP 與終端之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收在不同鏈路上傳送。

參考圖4 的業(yè)務(wù)分類(lèi)、報(bào)文類(lèi)型分類(lèi)以及傳送方向分類(lèi)的數(shù)據(jù)傳送。Wi-Fi7 支持的多鏈路同傳技術(shù)不僅拓展了Wi-Fi 數(shù)據(jù)傳送的吞吐量，而且通過(guò)區(qū)分業(yè)務(wù)類(lèi)型的方式，提高了傳輸數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量和改善用戶體驗(yàn)。

圖4 多鏈路同傳下的數(shù)據(jù)傳輸

1.2 多資源單元技術(shù)

多資源單位技術(shù)（Multiple Resource Unit，MRU）[1-2]是指Wi-Fi7 支持對(duì)OFDMA 下的不連續(xù)的多個(gè)資源單位（Resource Unit，RU）進(jìn)行組合捆綁，然后分配給所連接的終端。這種方式是Wi-Fi7 引入的新的信道捆綁技術(shù)，能夠在干擾環(huán)境下更加靈活和有效地提升數(shù)據(jù)傳送的有效帶寬。

信道捆綁技術(shù)起源于Wi-Fi4 標(biāo)準(zhǔn)，接著在Wi-Fi5 和Wi-Fi6 得到演進(jìn)和發(fā)展?；驹硎且?0 MHz 為單位的多個(gè)子信道進(jìn)行捆綁，組合成40 MHz、80 MHz、160 MHz 等新的工作信道帶寬，其中某個(gè)20 MHz 為主子信道。Wi-Fi4 和Wi-Fi5 要求多個(gè)子信道必須連續(xù)，參考圖5，如果某個(gè)子信道受到干擾，則只能捆綁無(wú)干擾的主子信道以及與主子信道連續(xù)的其余子信道。

圖5 Wi-Fi 信道捆綁技術(shù)演進(jìn)

Wi-Fi6 第一次支持下行方向非連續(xù)子信道捆綁，子信道仍以20 MHz 為單位。此時(shí)，即使某個(gè)子信道受到干擾，圖5 中Wi-Fi6 仍可以捆綁無(wú)干擾的主子信道以及非連續(xù)的其余子信道。而對(duì)于不能捆綁的20 MHz 子信道，Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)要求它的發(fā)射信號(hào)功率很低，使得接收端不能檢測(cè)和接收被屏蔽的信道數(shù)據(jù)，這種技術(shù)稱為前導(dǎo)碼屏蔽技術(shù)（Preamble Puncturing）[1]。

Wi-Fi7 則支持上行和下行方向的非連續(xù)子信道捆綁，更進(jìn)一步，捆綁單位從20 MHz 子信道演進(jìn)到顆粒度更小的OFDMA 資源單位RU，多個(gè)RU 捆綁構(gòu)成高帶寬的工作信道帶寬。在Wi-Fi7 技術(shù)中，AP 可以通過(guò)向終端發(fā)送觸發(fā)幀，其中含了前導(dǎo)碼屏蔽子信道的RU 信息，然后終端根據(jù)這些信息發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文；或者AP 可以通過(guò)信標(biāo)幀廣播非連續(xù)信道捆綁信息，然后終端與AP 建立連接的時(shí)候就開(kāi)始使用非連續(xù)信道捆綁。

Wi-Fi7 的MRU 構(gòu)成有兩種情況[2]，即由20 MHz 內(nèi)的相鄰RU 組成MRU，或者由20 MHz 及以上的RU 組成MRU，并且支持MRU 和RU 的混合分配方式。圖6 是Wi-Fi7 在20 MHz 下支持MRU 和RU 的混合分配方式。

圖6 Wi-Fi7 的MRU 和RU 的混合分配

圖6 中的20 MHz 信道有9 個(gè)26 tone RU，或4 個(gè)52 tone RU，或2 個(gè)106 tone RU。當(dāng)3 個(gè)終端與AP 連接，AP 給終端1 分配52 tone RU1，給終端2 分配52+26 tone MRU1，給終端3 分配106 tone RU2。AP 給所有終端分配的RU 和MRU 相互之間不重疊，因而AP 與3 個(gè)終端在頻譜上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

Wi-Fi7 支持MRU 資源分配的不連續(xù)性，給信道帶寬的動(dòng)態(tài)綁定帶來(lái)了很大靈活性，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜，對(duì)非連續(xù)的子信道資源管理帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，一方面，Wi-Fi7 通過(guò)增加前導(dǎo)碼屏蔽的各種新規(guī)則來(lái)限制子信道捆綁的靈活性，比如為不同頻段帶寬規(guī)定所允許的子信道屏蔽的位置。另一方面，對(duì)于因?yàn)榉沁B續(xù)信道捆綁而引起的中間空閑的RU，定義相應(yīng)RU 的ID 或者終端關(guān)聯(lián)的ID，作為預(yù)留給后續(xù)終端連接的資源[2]。

1.3 物理層的調(diào)制和帶寬變化

除了多鏈路同傳和多資源單位捆綁，Wi-Fi7 物理層的主要變化包括調(diào)制方式改進(jìn)和帶寬增加，兩者都明顯提升了Wi-Fi7 性能。

Wi-Fi6 的調(diào)制方式是1024-QAM，每個(gè)傳輸符號(hào)承載10 比特的信息，而Wi-Fi7 最大支持4096-QAM 調(diào)制方式，每個(gè)傳輸符號(hào)承載12 比特信息。因此，Wi-Fi7 每個(gè)符號(hào)承載信息的容量提高了20%。

如圖7 所示，在4096-QAM 調(diào)制方式[1]，Wi-Fi7 定義了MCS 12 和MCS 13 兩種速率。當(dāng)信道帶寬是80 MHz，一個(gè)空間流的情況下，Wi-Fi7 的MCS 13 速率可以達(dá)到720 Mb/s，相比Wi-Fi6 的MCS 11 速率提升了20%。

圖7 Wi-Fi7 的調(diào)制方式下的MCS 速率

Wi-Fi6 支持160 MHz 的信道頻寬，而Wi-Fi7 的最大信道頻寬是320 MHz[1]，相應(yīng)的Wi-Fi7 吞吐量也就直接提高1倍。320 MHz 的頻段只能在6 GHz 的頻譜上進(jìn)行分配。美國(guó)FCC 為Wi-Fi 分配的6 GHz 可用頻寬為1.2 GHz[2，5]，如圖8 所示，F(xiàn)CC 規(guī)定的頻譜中可以支持3 個(gè)不重疊的320 MHz 頻寬[2]。而歐洲分配的6 GHz 可用頻寬為480 MHz，因此只有一個(gè)不重疊的320 MHz 信道。國(guó)內(nèi)暫時(shí)沒(méi)有為Wi-Fi技術(shù)分配6 GHz 頻段的計(jì)劃，因此Wi-Fi7在國(guó)內(nèi)應(yīng)用只能工作在2.4 GHz 和5 GHz 兩個(gè)頻段，信道帶寬最大支持到160 MHz。

圖8 FCC 對(duì)Wi-Fi7 的320 MHz 頻寬分配

2 從Wi-Fi7 到Wi-Fi8

參考圖9，Wi-Fi 技術(shù)迭代演進(jìn)到Wi-Fi7，一直主要圍繞著以單個(gè)Wi-Fi AP 為短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)核心，從物理層調(diào)制效率、信道綁定的帶寬拓展、多天線下的空間復(fù)用、子載波組合下的頻分復(fù)用等方式充分挖掘Wi-Fi 的AP 所有物理資源、空間資源和頻譜資源，從而推動(dòng)Wi-Fi 連接向速率更高、帶寬更高、連接用戶數(shù)更多的方向發(fā)展。

圖9 Wi-Fi 傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

但到了Wi-Fi7 之后，傳統(tǒng)的設(shè)備物理資源、空間資源和頻譜資源等還有多少潛力可以挖掘，就成為Wi-Fi8技術(shù)討論的焦點(diǎn)和核心之一[2,6]。

比如，是否在6 GHz 上支持640 MHz 頻寬，但即使是FCC 頻譜，也只能支持一個(gè)640 MHz 信道；是否支持16K QAM 的調(diào)制方式，相比Wi-Fi7 可以帶來(lái)16.66%的數(shù)據(jù)速率提升，但調(diào)制階數(shù)越高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度越大，而提升的速率卻有限；是否支持Wi-Fi7 規(guī)范曾希望納入的16條空間流，但對(duì)于家庭場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，似乎并沒(méi)有這樣的多天線需求，16 條空間流不僅增加了Wi-Fi AP 設(shè)備天線的數(shù)量和成本，也增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

除了挖掘單個(gè)Wi-Fi AP 資源潛力的討論，Wi-Fi8 中熱議的技術(shù)話題中也包括如何利用多個(gè)Wi-Fi AP 相互協(xié)作來(lái)提升系統(tǒng)效率和性能[3-4]。在越來(lái)越多AP 部署的場(chǎng)景中，AP 之間的無(wú)線信號(hào)更容易相互重疊和相互影響，如果能減少AP 的相互干擾，并且讓它們建立協(xié)作模式而傳送數(shù)據(jù)，則能充分利用多AP 下的Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的頻域資源和空間資源，提升短距離范圍內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)效率和性能。多AP 協(xié)作原先是Wi-Fi7 規(guī)范討論的一部分，因?yàn)榧夹g(shù)相對(duì)復(fù)雜，所以IEEE 就把它放到Wi-Fi8 標(biāo)準(zhǔn)中討論。

參考圖10，從頻譜資源的角度，多AP 協(xié)作可以基于OFDMA 技術(shù)的子載波組合的資源單位；從空間資源的角度，多AP 協(xié)作可以是基于波束成型下的信號(hào)發(fā)送；從AP 之間的主從角度，則多AP 之間可以相互配合來(lái)協(xié)作發(fā)送數(shù)據(jù)[3-4]。目前多AP 協(xié)作的技術(shù)規(guī)范正在Wi-Fi8工作組的討論中。

圖10 多AP 協(xié)作的方式

3 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)計(jì)在2024 年，支持Wi-Fi7 的路由器和終端逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，Wi-Fi 聯(lián)盟認(rèn)證也將全面展開(kāi)。而2025 年之后Wi-Fi7 的需求將會(huì)快速增長(zhǎng)，成為家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的市場(chǎng)主流。

Wi-Fi7 的關(guān)鍵技術(shù)之一是支持6 GHz，目前北美開(kāi)放了6 GHz 上的1 200 MHz 的免授權(quán)頻譜，歐洲和其他部分海外地區(qū)也相繼在制定標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則或準(zhǔn)備開(kāi)放。中國(guó)國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)對(duì)Wi-Fi 技術(shù)開(kāi)放6 GHz 頻譜的計(jì)劃，但2024 年之后，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍然會(huì)出現(xiàn)可以支持2.4 GHz和5 GHz 下的Wi-Fi7 產(chǎn)品，并且多鏈路同傳、多資源單位、4096-QAM 等技術(shù)組合將給中國(guó)新一代的Wi-Fi7 產(chǎn)品帶來(lái)性能上的關(guān)鍵提升。

Wi-Fi 技術(shù)誕生二十多年來(lái)保持旺盛的生命力，快速演進(jìn)和迭代，Wi-Fi 已經(jīng)被證實(shí)為這個(gè)時(shí)代在短距離無(wú)線數(shù)據(jù)連接下的最成功技術(shù)之一。