wifi7的主要技術特征分析 最全Wi-Fi7核心技術講解 wifi6和wifi7的區別

Wi-Fi 7（802.11be）是IEEE Wi-Fi 802.11系列的最新協議版本，目前還沒有正式發布，初步草案于 2021 年 3 月推出，預計最終版本發布時間是2024年5月份。但即便是草案發布，也激起了產業界濃厚的興趣。從今年初開始，我們已經看到很多設備供應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Wi-Fi 6/6E還是在2019/2020年發布的，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迭代的日新月異。

Wi-Fi 7和Wi-Fi 6相比在很多性能指標上大幅度提升，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過來的，如果沒有這些技術的累積，也不會有現在的Wi-Fi 7。

當然，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技術的運用。本文準備系統梳理一下Wi-Fi 7的新特性和核心技術。由于這些技術繁雜，為了方便大家理解，我進行了簡單的歸類。有些技術相對集中在物理層和鏈路層的優化，就分別歸類在對應的技術層，有些技術牽扯面相對復雜，多層協調配合，比如：MU-MIMO、OFDMA、多AP間的協同調度、時間管理，我就分別單獨成章來說明。

1. 物理層技術1.1 同時支持3個頻段

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進行更高的吞吐量設計提供了底層支撐。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的，也可以是不連續的。不連續信道帶寬并非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 6 個重疊的 320 MHz 信道和 3 個非重疊信道。

1.3 更高的調制階數

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

QAM調制將信號的振幅和相位兩個維度來表示不同的調制符號。在QAM中，調制符號的個數和調制階數相關，例如16-QAM表示有16個不同的調制符號，64-QAM表示有64個不同的調制符號，Wi-Fi 4使用的是64-QAM，Wi-Fi-5是256-QAM，Wi-Fi 6是1024-QAM。每個調制符號可以攜帶一定數量的比特信息，調制階數越高，每個調制符號所攜帶的比特數就越多，從而實現更高的數據傳輸速率。Wi-Fi 6的1024-QAM，意味著調制符號承載10bits。Wi-Fi 7的4096-QAM，意味著調制符號承載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，隨著調制階數的增加，調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. 鏈路層技術

2.1多鏈路操作 (MLO)

Wi-Fi 6 及之前版本的終端設備（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 數據鏈路。 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，通過使用多個物理層鏈路和共享的MAC層協調，可以有效地管理和分配不同頻段的網絡資源，以實現在不同頻段、不同無線鏈路上同時并行的數據傳輸。通過同時使用多個鏈路，MLO可以增加容量，提供更高的數據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議

Wi-Fi 7采用了混合自動重復請求 (HARQ) 技術來增強鏈路適配和重傳協議。HARQ 是一種數據傳輸的高效方式，可以將數據分成小塊進行傳輸，并在每個小塊的傳輸之后立即進行確認。如果某個小塊傳輸失敗，則可以在后續傳輸中進行重傳，從而提高數據傳輸的可靠性和效率。是一種結合 FEC (Forward Error Correction，前向糾錯) 與 ARQ (Automatic Repeat reQuest) 方法的技術。具體操作是：當發送方將數據發送給接收方時，接收方會檢查數據的準確性。如果接收方發現數據有錯誤或丟失，它會發送一個NACK給發送方，表示需要進行重新發送。發送方在收到NACK后會重新發送數據，直到接收方收到正確的數據并發送一個確認信息（ACK）。這個重傳過程會一直持續，直到數據被正確接收。

增強型鏈路適配和重傳協議并不是Wi-Fi 7中首次提出的技術，它們在之前的Wi-Fi版本中也已經有應用。不過，在Wi-Fi 7中，這些技術得到了進一步的優化和改進，以提高Wi-Fi網絡的性能和可靠性：

• 采用更高效的重傳協議：Wi-Fi 7引入了一種名為“復雜度自適應混合自動重傳請求（CA-HARQ）”的協議，該協議可以根據信道質量和網絡負載情況動態地調整重傳的次數和時間間隔，從而提高傳輸效率和性能。

• 增量冗余技術：每次數據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. 多用戶多輸入多輸出技術（MU-MIMO）

3.1 MIMO

MIMO，即Multiple Input Multiple Output（多輸入多輸出），是一種使用多天線發送和接收信號的技術。MIMO能夠區分發往或來自不同空間方位的信號。通過空分復用和空間分集等技術，在不增加占用帶寬的情況下，提高系統容量、覆蓋范圍和信噪比。當然和MIMO相對應的還有單入單出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，當然后者這些都是老的技術了，所以不多做解釋。

3.2空間流（Spatial Stream）

在MIMO技術中，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行發送和接收。我們經常在MIMO前面看到M*N的表達。這里面M就是發送端天線數量，N就是接收端天線數量。例如4×3 MIMO表示4根天線發送，3根天線接收。這個指標有時也稱為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送和接收，所以根據天線的數量就基本能判斷M和N的數值。例如一臺有著4根天線的無線路由器，可以認為是4x4 MIMO。

3.3 MU-MIMO

但我們還要明白一點，在實際使用中，WLAN路由器的天線數和接入路由器的智能終端的天線數是不對稱的。路由器可以有好多根天線，但智能終端，特別是手機，通常也就是1～2根天線。如果MIMO使用中，路由器和終端之間是單點通信，就會出現向下兼容。舉例說明：如果一個4*4 MIMO的支持2Gbps的傳輸速率，當它與1個天線的手機連接和傳輸時，最高理論傳輸速率就會降到1/4，也就是500Mbps，其他1.5Gbps都被閑置了。這種局限就是所謂的SU-MIMO（Single-user MIMO）。為了充分發揮多天線的潛能，從Wi-Fi 5開始就支持MU-MIMO（Multi-user MIMO），允許發射端同時和多個用戶傳輸數據。Wi-Fi 5標準開始支持4用戶的MU-MIMO，Wi-Fi 6標準將用戶數增加到了8個。而Wi-Fi 7標準將用戶數增加到了16個，可以更好地支持多用戶和高密度網絡場景。

3.4 三個調制解調技術

在MIMO的天線編解碼和調制解調過程中，經常會聽到下面3個概念：空間分集（Spatial Diversity）、空分復用（Spatial Multiplexing）和波束成形（Beamforming），這三個技術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）接收來自同一發送源的多條獨立信道，通過在接收端對這些信道進行合理的組合，以提高系統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的影響，從而提供更穩定和可靠的信號接收。所以空間分集的目的是可靠傳輸。

• 空分復用（Spatial Multiplexing）：是一種通過在MIMO系統中同時傳輸多個數據流的技術。它利用多個天線在相同的時間和頻率資源上發送不同的數據流，以提高信道容量和數據傳輸速率。通過將數據流分配到不同的天線并利用天線之間的獨立性，空分復用可以實現并行的數據傳輸，從而顯著提高無線系統的吞吐量?？辗謴陀玫哪康氖翘嵘齻鬏斔俾?。

• 波束成形（Beamforming）：是一種通過調整天線的相位和振幅來改變信號傳輸方向的技術。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。波束成形可以在發送端或接收端實現，通過優化天線信號的權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。當波束被專門引導到接收設備，并以精確到功率到達每個設備，可以最大限度提升信號質量。波束成形技術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的區域。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. 多用戶正交頻分多址（OFDMA）技術

4.1OFDMA

多用戶正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）技術是一種用于無線通信系統的頻譜分配技術。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量的小頻段，這就允許多個用戶同時在同一頻帶上傳輸數據，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技術做了一些改進。首先，Wi-Fi 7中的OFDMA技術將子信道的數量增加到了數百個，這意味著更多的用戶可以同時連接到同一個Wi-Fi網絡上。其次，Wi-Fi 7中的OFDMA技術可以靈活地將子信道分配給不同的用戶，可以根據不同用戶的需求進行動態分配，提高了Wi-Fi網絡的靈活性和適應性。

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據。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 進行收發工作，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， 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 的組合會非常復雜，Wi-Fi 7 協議中也對 RU 的組合做出了限制，定義了小規格 RU 和大規格 RU 兩大類 RU。其中小規格 RU 包含 26、52、106-tone RU，大規格 RU 包含 242、484、996、2×996、 3×996-toneRU。并規定不同大類的 RU 之間不能組合，并且在相同大類也有組合限制。

4.3 前導碼穿孔技術（Preamble Puncturing）

以前，信道繁忙意味著頻段無法充分利用。數據只能通過主通道發送。現在，通過前導碼打孔，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. 多AP間的協同調度

5.1 多AP間的協同調度綜述

目前在 802.11 的協議框架內，AP 之間的協作僅僅只有信道優化選擇、AP 發射功率調整、負載均衡、 空間復用】資源高效利用等等，AP之間實際上是沒有太多協作的關系。為了進一步實現一定區域內射頻資源利用最大化， Wi-Fi 7中的多AP間的協同調度，包括小區間的在時域和頻域的協調規劃，小區間的干擾協調，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 的協同調度 (Multi-APCoordination) ，包括：協同正交頻分復用多址接入(Co-OFDMA ，Coordinated Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access) 、協同空間復用(Co-SR ，Coordinated Spatial Reuse) 、協同波束成形(Co-BF ，Coordinated Beamforming)和協同數據發送(Co-JT ，Coordinated Joint Transmission)、協同時間分割多址接入（Co-TDMA，Coordinated Time Division Multiple Access）、BSS （Basic Service Set）Coloring技術以及清晰信道評估CCA（Clear Channel Assessment）技術等。

5.2 協同正交頻分復用多址接入（Co-OFDMA）

協同正交頻分復用多址接入（Co-OFDMA）：通過在不同AP之間協調和分配子載波資源，這使得多個AP可以同時在不同的子載波上進行并行通信，實現在多個AP之間共享頻譜資源，從而提高頻譜利用效率和網絡容量。

5.3協同空間復用（Co-SR）

協同空間復用（Co-SR）：協調不同AP的發送和接收時隙，通過在空域上進行協調，不同AP可以在相鄰的區域內同時傳輸數據，減少不同AP之間的干擾并提高空間復用效率、網絡容量和吞吐量。

5.4協同波束成形（Co-BF）

協同波束成形（Co-BF）：通過協同波束成形，利用多個AP之間的協同工作，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送給特定的用戶設備，提供更強的信號覆蓋、增強的鏈路質量和傳輸效率。

5.5 協同數據發送（co-JT）

協同數據發送（co-JT）：允許多個AP的數據組合成一個更強大的信號，在同一時間發送協同數據給同一個用戶設備?？梢蕴岣哂脩粼O備的接收信號質量、傳輸速率和覆蓋范圍。

5.6 協同時間分割多址接入（Co-TDMA）

協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送數據，通過協同調度和分配時間資源，避免了AP之間的沖突和干擾，減少傳輸延遲，并提供更穩定和可靠的連接，提高網絡容量和頻譜利用效率。

5.7 基本服務集著色機制（BSS Coloring）

基本服務集著色機制（BSS Coloring）：在傳統 Wi-Fi 網絡中，當多個 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，導致網絡性能下降。在多個Wi-Fi熱點覆蓋的環境中會出現乒乓效應，這種現象也稱為"空氣電路"。在這種情況下，Wi-Fi終端設備會頻繁地在不同的Wi-Fi熱點之間進行切換，這會導致連接不穩定和數據傳輸的延遲。BSS Coloring技術通過標識和區分不同的BSS。當其他 Wi-Fi 7 設備接收到這個數據包時，會根據這個標記識別這個數據包是否來自同一網絡中的其他設備，如果顏色相同，則認為是同一BSS內的干擾信號，發送將推遲；如果顏色不同，則認為兩者之間無干擾，兩個Wi-Fi設備可同信道同頻并行傳輸?？梢员苊飧蓴_現象的發生，提高Wi-Fi網絡的性能和可靠性。

5.8清晰信道評估（CCA）

清晰信道評估（CCA）：是一種動態信道監測技術，用于檢測、感知并評估周圍環境中的信道活動情況。根據實時的信道狀態進行調整。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. 時間管理技術

6.1時間敏感網絡（TSN）

TSN是一組用于實時和時間敏感應用的網絡技術標準，旨在通過以太網實現高可靠性、低延遲和確定性的通信。它為Wi-Fi網絡提供了一種可靠地支持實時應用的方式，包括工業自動化、智能制造、車聯網等領域。TSN技術通過定義時間同步機制、流量調度和優先級控制等功能，實現了對實時數據傳輸的保證。

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

6.2TWT目標喚醒時間技術

目標喚醒時間 (Target Wake Time，TWT)是指無線終端設備在與無線接入點 (AP) 通信時，通過協商設定睡眠和喚醒時間，實現設備節能的技術。

在以往的Wi-Fi標準中，無線終端設備會在持續監聽無線信道，隨時準備接收AP發送的數據幀，這會導致設備的能耗較高。而在TWT技術的引入下，AP可以告知設備在何時喚醒以接收數據，從而使設備在不需要進行通信時，可以進入睡眠狀態以節省能源。同時，這也可以提高網絡的吞吐量和響應速度，因為AP可以在指定的時間將數據幀發送給設備，避免了設備的重復監聽。TWT技術的應用場景比較廣泛，可以用于智能家居、物聯網、工業4.0等領域。它的引入在Wi-Fi 6中已經有所體現，但在Wi-Fi 7中進行了進一步的優化和改進，以提高設備的睡眠和喚醒效率，并進一步降低能耗。

7.寫在最后

最后，我還是要補充強調一點：盡管上面談到了很多Wi-Fi 7的關鍵技術，但畢竟協議最終版還沒有發布，所以這些關鍵技術還都有變化和調整的可能，所以最后一定會有未涵蓋到或者有待優化改進的地方。如果大家對這個話題感興趣，可以去跟進協議標準的討論過程。

好的技術和性能表現固然重要，但能在紛繁復雜的現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，現在有解了！》