- 2022/11/17 18:13:31
- 类型:原创
- 来源:电脑报
- 报纸编辑:吴新
- 作者:
WiFi 7离我们有多远?
最大带宽30Gbps、支持16条空间流、时延低于5ms的性能指标是WiFi7技术工作组定义的工作目标。
在过去一年多时间里,从芯片厂商到终端设备厂商,WiFi 7产品陆续面世,新一代标准似乎已近在咫尺。
芯片公司是第一波布局WiFi7的企业,在MWC 2022 上,高通公司宣布推出全球首个 WiFi7解决方案,FastConnect 7800基于高频多连接并发技术,FastConnect 7800 支持所有多连接模式,用户可通过使用 6GHz 频段中的 320MHz 信道,或全球范围可用的 5GHz 频段中的 240MHz 信道。
而博通公司发布了WiFi 7“生态系统”,包括几款不同芯片(BCM67263、BCM6726、BCM43740、BCM43720 和 BCM4398),面向家用和企业级市场。
除此之外,联发科在1月份对其 WiFi7技术进行了现场演示。
MaxLinear 是一家芯片制造商,于 2020 年收购了英特尔的家庭网关平台部门,从此进入 Wi-Fi“游戏“,其路线图上标有 Wi-Fi 7。
据 MaxLinear 宽带部副总裁兼总经理 Will Torgerson 称,Wi-Fi 7 产品正在开发中,该公司希望尽快准备好芯片以参与 Wi-Fi 7 测试台,Wi-Fi 联盟预计将在今年夏天开始进行该测试。
而在终端设备领域,英特尔于今年9月宣布,联手博通实现了重要的WiFi 7 行业里程碑,“随着世界上第一个跨供应商 Wi-Fi 7 演示,无线未来已经到来”。
此外,TP-Link、新华三等终端路由器厂商都宣布推出WiFi 7路由产品,只不过需要注意的是以TPlink 的两款旗舰 "Archer BE900" 与 "Deco BE95" 为例,它们一个号称无线总带宽 24000Mbps、另一个更是标称 33000Mbps —,乍看之下都比 WiFi6 时代的 AX11000 很是高了不少,但在 MIMO 多入多出设计上离“满血版”WiFi 7还有一段距离。
这样的做法同当年WiFi 6落地有些类似,不过可预见的是“残血”与“满血”路由又将成为WiFi 7时代的争议……
WiFi 7同WiFi 6的差别在哪里?
WiFi 7在WiFi 6标准的基础上,引入了许多新的技术,主要体现在:
支持最大320MHz带宽:2.4GHz和5GHz频段免授权频谱有限且拥挤,现有Wi-Fi在运行VR/AR等新兴应用时,不可避免地会遇到QoS低的问题。为了实现最大吞吐量不低于30Gbps的目标,WiFi 7将继续引入6GHz频段,并增加新的带宽模式,包括连续240MHz,非连续160+80MHz,连续320 MHz和非连续160+160MHz。
支持Multi-RU机制:在WiFi 6中,每个用户只能在分配到的特定RU上发送或接收帧,大大限制了频谱资源调度的灵活性。为解决该问题,进一步提升频谱效率,WiFi 7中定义了允许将多个RU分配给单用户的机制。
当然,为了平衡实现的复杂度和频谱的利用率,协议中对RU的组合做了一定的限制,即:小规格RU(小于242-Tone的RU)只能与小规格RU合并,大规格RU(大于等于242-Tone的RU)只能与大规格RU合并,不允许小规格RU和大规格RU混合使用。
引入更高阶的4096-QAM调制技术:WiFi 6的最高调制方式是1024-QAM,其中调制符号承载10bits。为了进一步提升速率,WiFi 7将会引入4096-QAM,使得调制符号承载12bit。在相同的编码下,WiFi 7的4096-QAM比WiFi 6的1024-QAM可以获得20%的速率提升。
支持更多的数据流,MIMO功能增强:在WiFi 7中,空间流的数从WiFi 6的8个增加到16个,理论上可以将物理传输速率提升两倍以上。支持更多的数据流也将会带来更强大的特性——分布式MIMO,意为16条数据流可以不由一个接入点提供,而是由多个接入点同时提供,这意味着多个AP之间需要相互协同进行工作。
WiFi 7能带来哪些体验上的改变?
在过去几年中, WiFi在不断提升、适应和演进,速率提高、性能优化,使用场景也在不断扩大。对于无线连接的需求,一方面向高带宽、低时延演进,另一方面也需要降低干扰、有更好的稳定性。
WiFi6得到规模应用后,用户对无线网络性能的要求进一步在提升,WiFi7的时代即将到来。基于在时延、速度和容量等方面的优化组合,WiFi7将成为扩展现实(XR)、元宇宙、社交游戏和边缘计算等最前沿应用场景的核心。
WiFi7能实现更快的连接。WiFi的可用频谱在增加,而且频谱带宽也在扩大。目前,在5GHz、6GHz频谱中,已经涵盖了160MHz带宽的特性。随着WiFi7的引入,增加了对240MHz甚至是320MHz带宽的支持。而且先进的4K QAM调制解调技术,可以在有限的带宽中尽可能提供更高的吞吐量。
WiFi7一大技术特点是启用了多连接技术,可以使所有数据同时或者交替进行传输。在5GHz、6GHz频谱叠加使用的场景下,手机和路由器所在的系统能得到更高的吞吐量,当然系统也可以选择性地进行连接。
WiFi7还具备自适应连接的能力。例如“前导码打孔(Preamble Puncturing)”的创新性解决方案,支持AP接入点在不受上述干扰影响的同时,可以使用连续信道。
WiFi 标准演进史
在过去的20年间,WiFi已经逐渐成为人们最常用的无线连接技术。从常 见的桌面终端、移动终端、家具电器到汽车,随处可见WiFi的身影,WiFi为数十亿的设备提供接入互联网的服务。
第一代WiFi标准规范出现在上世纪90年代,IEEE专门成立了 802.11 小组来负责 WLAN协议的制定与发展。IEEE 在1997年6月推出了第 一代 802.11 协议,第一代无线局域网标准(WLAN)定义物理层运行 在 2.4GHz,数据最大传输速率为 2 Mbps。
第二代WiFi标准规范 802.11a 发布在 1999 年,IEEE 工作小组将该协议定义在 5GHz,数据最大传输速率达到了 54 Mbps。同年,IEEE 工作小组推出了定义在 2.4 GHz,最高传输速率为 11 Mbps 的 802.11b 标准。在这一年,Wi-Fi 联盟也正式成立。 而在 WiFi 芯片上,最早基 于 802.11a 协议推出 WiFi 芯片的三家公司是思科、Intersil(2016 年 被瑞萨收购)和 Atheros(2011年被高通收购)。
第三代WiFi标准规范 802.11g 发布在 2003 年,IEEE 工作小组使用了 802.11a 协议中的 OFDM 技术,在规格上综合了 802.11b 的 2.4GHz 频段和 802.11a 的最高 54 Mbps 的传输速率产生了 802.11g 协议。同 时,从第三代 WiFi 标准开始,新标准都会向前兼容旧的版本。芯片厂 商从当年 7 月开始逐步推出符合新协议的 WiFi 芯片,当时的主要芯片 厂商有博通、德州仪器、Agere 和 Intersi,而博通则是当时 802.11g 协议下的主要供应商。
第四代WiFi标准规范 802.11n(WiFi4)发布在 2009 年,随着互联网 的发展、流媒体的出现,终端设备对无线连接技术的速率和稳定性提出了更高的要求。第四代标准中,IEEE 工作小组引入了 MIMO、波速 成形、双倍带宽(40MHz)等新概念。MIMO和双倍带宽提高了最大 传输速率,而波速成形增加了最大传输距离。802.11n 工作在 2.4 GHz 频段上,使用 40Mhz 带宽和 4*4 MIMO 时,最大传输速率可达 600 Mbps。WiFi4 芯片广泛应用在物联网市场上,例如智能家居或者白电 等产品上。WiFi 4 芯片可分为传统路由芯片,搭配 MCU 使用的芯片 以及 SoC 芯片。
第五代WiFi标准规范 802.11ac(WiFi5)发布在 2013 年,IEEE 工作 小组再次扩展了射频带宽(提升到 160MHz,但芯片厂商只实现了 80MHz 频宽),引入了更高阶的调制技术(256-QAM),传输速率最高 可搞达 1.73 Gbps。但是 WiFi5 仅运行在 5Ghz 频段上,并不支持 2.4GHz 频段。早在 2012 年 1 月,博通在台北发布了第五代 WiFi 芯 片,并取得 LG、华硕、华为、中兴、友讯、微软等 14 家设备厂商的 支持。在 2015 年,IEEE 发布了 802.11ac 的 wave2 阶段,主要通过 MU-MIMO 技术提高了多用户数据并发处理能力和网络资源利用率。
第六代WiFi标准规范 802.11ax(WiFi6)发布在 2015 年。随着移动 互联网带来的移动终端数量激增,以及物联网更广泛地出现在家庭生 活中,单个 Wi-Fi 网络中的接入设备数量越来越多。如何同时接入更 多设备,并保证不同接入设备的使用体验,成为了摆在 IEEE 面前的新 挑战。WiFi6 同时支持 2.4 GHz 和 5 GHz 双频段,设计的初衷就是为 了解决越来越多的终端接入网络导致效率降低的问题。WiFi6 具有高速 度、低延时、低功耗三大特点。编码方式升级到 1024-QAM 带来了高 速度。WiFi6 中 OFDMA 技术的应用,允许所有用户同时传输数据, 降低延时。
而在 OFDM 系统中,一旦有大量用户同时进行数据请求时, 就会造成网络堵塞的情况。同时 WiFi6 中新加入的上行 MU-MIMO, 提高了设备向路由器传输数据时的网络资源利用率。WiFi6 中新引入的 TWT 技术,可根据设备的情况自动调节发送或者接收数据的时间,同 时可以增加设备睡眠时间,从而降低功耗。WiFi 6 芯片被广泛用于手 机 WiFi、无线路由器、物联网与智能家居以及 AR/VR 市场中。
根据 Strategy Analytics 的报告显示,2021 年高通、博通和联发科已经成为了前三大 WiFi 芯片厂商。国内厂商方面,博通集成已推出全球首款 WiFi 6 物联网芯片 BK7236 。乐鑫科技推出了结合 WiFi 6 与 Bluetooth 5 (LE) 的 32 位 RISC-V SoC 芯片 ESP32-C6。
国际WiFi联盟宣布于 2021 年 1 月起开始提供 WiFi 6E 的认证。WiFi 6E带来的主要升级集中在新增了 6 GHz的频段,更多的信道和频谱资 源将有助缓解信道拥堵的问题,改善高并发条件下的使用体验。
第七代WiFi 标准规范 802.11be(WiFi7)于 2022 年底发布, 新标准在第六代的基础上进一步拓展了带宽(可高达 320 MHz),使用 更新的 4096-QAM 调制技术来提高速率,还创新的采用了 Multi-RU、 Multi-Link 和增强MU-MIMO 等新技术。
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