超能課堂(296):次世代無線網絡WiFi 7馬上就要來了嗎?

自從無線網絡引入了全新的標識,以非常容易理解的WiFi 4/5/6的方式登場後,大家對自家路由器處於什麼級別、是不是應該升級換代就有了一個容易理解的概念,再加上這兩年由於新冠疫情的原因,居家辦公、線上會議、視頻教學等極度依賴網絡的應用也得到了快速的推廣,越來越多的用户意識到自己的路由器確實需要升級了,因此如今WiFi 6路由器的普及在進展上還是很順利的。


WiFi 6的路由器才開始普及,WiFi 7又説要來了

然而WiFi 6尚在普及當中,我們又聽到了另一個新的無線網絡標準,那就是“次世代無線網絡”也就是WiFi 7,從命名上看很顯然就是WiFi 6的後繼者。那這個WiFi 7到底是何方神聖,它相比WiFi 6有什麼新本領,還沒入手WiFi 6設備用户是否需要等待WiFi 7再一步到位呢?我們今天就來簡單盤點一下。

WiFi 7也就是第7代WiFi標準,具體的規範要求其實尚未正式發佈,因為按照計劃的安排,在今年裏看到的所有關於WiFi 7的公開信息都屬於“預覽”或者“草案”,首個正式的WiFi 7標準規範應該要到明年才會公佈。而且WiFi 7的發展腳步會與WiFi 5/WiFi 6相似,完整的規範大體上會分為兩步走,第二版或者説完整版的標準計劃在2022年開始修訂,預計要到2024年底才會正式發佈。


而從目前的開發狀態來看,WiFi 7的本體應該會是IEEE 802.11be EHT(Extremely High Throughput,極高吞吐量)標準,這是IEEE 802.11ax標準的“直系血親”,是在WiFi 6E的基礎上引入了320MHz帶寬、4096-QAM調製、Multi-RU、多鏈路操作、增強MU-MIMO、多AP協作等技術而來,這使得WiFi 7相較於WiFi 6E可以提供更高的數據傳輸速率和更低的延時。按照目前的資料顯示,WiFi 7可以支持高達30Gbps的吞吐量,相當於WiFi 6的3倍,可以滿足高碼率4K/8K視頻(傳輸速率可達20Gbps)、VR/AR應用(延時要求低於5ms)、遠程辦公、視頻會議以及雲計算多種場景的使用。

其實WiFi 7的目標很明確,就是將WLAN的吞吐量也就是網絡速率提升到30Gbps的水平,並且在這個基礎上提供足夠低的延時。當然這個目標説起來簡單,做起來可是個大工程,需要在PHY層和MAC層都要作出改變,但具體如何變化,目前我們能掌握的信息就難以解答了,但主要的技術變革點還是可以盤點一下。

使用6GHz頻段

其實WiFi 7並不是首個採用6GHz頻段的無線網絡標準,從WiFi 6E開始就已經引入了6GHz頻段,因此WiFi 7的這部分技術更多地是WiFi 6E的傳承,這也使得WiFi 7可以向下兼容包括WiFi 6E在內的其它WiFi標準。


6GHz頻譜

6GHz頻段是一個全球統一的連續頻譜塊,範圍從5925MHz擴展到7125MHz,共計1200MHz頻譜,意味着額外提供了提供7個160MHz信道,或14個80MHz信道,或29個40MHz信道或59個20MHz信道,相當於將WiFi網絡的可用信道直接翻倍。而引入6GHz頻段的最大意義,則是在於新增的頻譜不僅可以緩解信道擁塞的問題,有利於提升了數據併發率,而且由於6GHz頻段只有WiFi 6E以及WiFi 7設備可以使用,這就可以確保不會被舊款的WiFi 4/WiFi 5/WiFi 6設備佔用信道,使得6GHz頻段的無線設備擁有足夠低的通信延時。

支持最大320MHz帶寬

而在增加6GHz頻段的同時,WiFi 7也將引入320MHz信道帶寬。更大的信道帶寬相當於可以提供更高的傳輸速率。而且在WiFi 7上,信道帶寬的工作模式也會有多種不同的方式,例如連續的240MHz帶寬、非連續的160MHz+80MHz、非連續的80MHz+80MHz、非連續的160MHz+160MHz等,在靈活度上會比WiFi 6E更高,可以提高信道的利用率,即便是多設備接入也可以保證連接速率和延時不會受到明顯的影響。

引入4096-QAM調製技術


1024-QAM(WiFi 6)與4096-QAM(WiFi 7)的區別(圖片源自 ResearchGate

WiFi 6E的最高調製方式是1024-QAM,其中調製符號承載10-bits數據。而WiFi 7將會引入4096-QAM,使得調製符號可以承載12-bit數據。因此在編碼相同的情況下,WiFi 7的4096-QAM理論上可以比WiFi 6E的1024-QAM提供高出20%的數據傳輸速率。

支持Multi-RU機制

在WiFi 6中,每個用户只能在分配到的特定RU上發送或接收幀,大大限制了頻譜資源調度的靈活性。為解決該問題,進一步提升頻譜效率,WiFi 7中定義了允許將多個RU分配給單用户的機制。當然,為了平衡實現的複雜度和頻譜的利用率,協議中對RU的組合做了一定的限制,即:小規格RU(小於242-Tone的RU)只能與小規格RU合併,大規格RU(大於等於242-Tone的RU)只能與大規格RU合併,不允許小規格RU和大規格RU混合使用。

引入Multi-Link多鏈路機制

為了實現所有可用頻譜資源的高效利用,迫切需要在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz上建立新的頻譜管理、協調和傳輸機制。工作組定義了多鏈路聚合相關的技術,主要包括增強型多鏈路聚合的MAC架構、多鏈路信道接入和多鏈路傳輸等相關技術。

支持16x16 MU-MIMO功能

在WiFi 7中,空間流的數從WiFi 6的8個增加到16個,理論上可以將物理傳輸速率提升兩倍以上。支持更多的數據流也將會帶來更強大的特性,分佈式MIMO的加入意味着16條數據流可以不由一個接入點提供,而是由多個接入點同時提供,這意味着多個AP之間需要相互協同進行工作。

多AP間協同調度的統一標準

我們熟知的多路由MESH網絡本質上WiFi網絡中多AP協同調製,但是在在802.11的協議框架內,AP之間實際上是沒有太多協作的關係。因此MESH網絡下的自動調優、智能漫遊等功能都屬於廠商自定義的特性。


在WiFi 7之前,MESH路由並沒有統一的規範標準

其實説到底,AP間協作的目的也僅是優化信道選擇,調整AP間負載等,以實現射頻資源高效利用、均衡分配的目的。這次WiFi 7直接引入了多AP間的協同調度,包括時域和頻域的協調規劃以及干擾協調、分佈式MIMO等,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。同時由於有了統一的標準規範,不同廠商的產品在兼容性上應該會有較大的改善,這也有利於WiFi 7產品的後續推廣。

其實這個問題在現在來回答還為時尚早,因為即便是WiFi 6在當前來説也還處於普及階段,WiFi 7連標準都還沒最終確定,那自然更談不上什麼時候能看到產品或用上產品了。而根據以往WiFi技術的更替規律,新的WiFi產品通常是在大規模上市後的3到4年時間才能達到50%的普及率,WiFi 7的第一個標準要到明年才正式公佈,產品的大規模上市還看不到計劃,基本上就沒有任何數據可以用來估算普及時間。


TP-Link明確表示WiFi 6E路由器在國內默認不支持6GHz頻段

而且現在連WiFi 6E都在面臨一個重要的問題,那就是各個國家和地區對6GHz頻段的開放程度,無線頻譜實際上是一種國家級的資源,只有相應的國家和地區實現開放之後,才能用於個人的WiFi網絡上。而針對6GHz頻段的開放問題,多數國家和地區其實都還在調研當中,而且從已有的消息來看,6GHz頻段的開放與否其實並未達成共識,例如北美地區是傾向於將其作為非授權頻段使用,也就是説允許個人用於組建WiFi網絡,而中國則傾向於將其作為授權頻段,用於5G通訊網絡的建設,這就意味着個人在6GHz頻段的使用上是受到限制的。

當然6GHz頻段該如何使用這點,其實目前來説是尚未有定論的,因此在國內也不是沒有WiFi 6E的產品在銷售,例如網件的RAXE500、華碩的GT-AXE11000、TP-Link AX11000路由器都支持WiFi 6E標準,英特爾的AX210無線網卡也同樣是WiFi 6E規格,而且在市場上大量有售,但這些產品在6GHz頻段網絡的使用上多少是受到限制的。而WiFi 7是將6GHz頻段作為發展的重點,倘若6GHz頻段最終得不到開放,那麼WiFi 7就相當於被封印了大部分力量,説不定得重新找一條發展道路。