Wi-Fi 7：标准、技术原理和商用进展

“预计到2025年，Wi-Fi的全球经济价值将达到5万亿美元，每年出货的设备将达到数十亿台，Wi-Fi是技术时代最成功的故事之一。” ——摘译自Wi-Fi联盟官网

一、Wi-Fi 联盟

Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance，WFA），发展基于IEEE802.11标准的无线局域网技术，进行Wi-Fi认证与商标授权，推动全球Wi-Fi的采用和发展。

“Wi-Fi联盟致力于扩大Wi-Fi的使用范围和可用性，并将不懈的精力放在提供卓越的用户体验上，这是当今Wi-Fi成功的基础。” （译自Wi-Fi联盟官网）

Wi-Fi联盟，来源：Wi-Fi联盟官网

Wi-Fi遵循IEEE 802.11标准。Wi-Fi联盟使用了简化的代际名称为Wi-Fi命名。从Wi-Fi 4到Wi-Fi7 对应的技术标准（支撑技术）如下：

二、IEEE 802.11be 

当前商用的最新一代Wi-Fi设备是基于IEEE 802.11ax标准，就是广为人知的Wi-Fi 6，其中包括可以在6GHz频段上运行的设备，称为Wi-Fi 6E。

Wi-Fi 7对应的标准是IEEE802.11be。该标准目前还在开发中，授权请求有效期至2023年12月31日。预计2024年上半年正式发布 IEEE 802.11be标准。

来源：[2]

Wi-Fi 7 标准化、认证和商业化时间表 [5]

IEEE 802.11be：无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范修正案:极高吞吐量(EHT)增强，图来源：IEEE 标准官网

IEEE 802.11be 称为“极高吞吐量增强（Enhancements for Extremely High Throughput，EHT）”，能够支持至少30 Gbps的最大吞吐量，并且提供低时延接入保障。

从802.11n（HT）到802.11be（EHT）的物理层标准如下：

Wi-Fi物理层标准，截图来源：根据[3]截图翻译整理

比较上面的标准，我们发现，IEEE 802.11ax （Wi-Fi 6）与 802.11be（Wi-Fi 7） 的频段、子载波间隔、符号时间、循环前缀、MU-MIMO、OFDM调制和编码等都相同，明显的改变只是带宽和子载波调制：

802.11be与802.11ax物理层标准主要差别

802.11be适应在2.4GHz、5GHz和6 GHz频带内的固定和步行速度下的室内外操作。已讨论的主要候选特性包括[2]：

-320MHz带宽和更有效地利用非连续（非相邻）频谱

-多频带/多信道聚合和操作

-16个空间流和多输入多输出（MIMO）协议增强

-多接入点（AP）协作（例如，协作和联合传输）

-增强的链路适配和重传协议（例如混合自动重传请求（HARQ））

-如有必要，适应特定于6GHz频谱的监管规则

关于802.11be特性的说明，图来源：[2]

三、Wi-Fi 7 的主要特性

从上面802.11be的特性可见Wi-Fi 7的特性，本节主要描述EHT、MRU、MLO和多AP协作四个特性。

1、EHT（极高吞吐量）

Wi-Fi 6最高速率9.6Gbps为参考，先来粗略估计一下Wi-Fi7理想情况下的最高速率。首先，Wi-Fi 7 的带宽是Wi-Fi 6 的2倍、空间流也是Wi-Fi 6 的2倍；4096-QAM比1024-QAM的传输效率增加了20%（1024-QAM每符号10比特，4096-QAM是每符号12比特）。于是，在理想假设下（不考虑由于以上变化后可能需要的增强技术对速率的影响），Wi-Fi7的最大速率可达：9.6Gps×2×2×1.2=9.6Gps×4.8=46.08Gbps，它是Wi-Fi 6 的4.8倍。

（a）带宽

(b) 409-QAM子载波调制

（c）16×16空间流

Wi-Fi 7 基本特性，图片来源：[3]

2、MRU（多资源单元)

Wi-Fi 6的OFDMA是将频率资源按子载波数目划分为较小的资源单元（Resource Unit，RU），可以同时向多个用户发送较小的数据包，从而在密集环境中提高吞吐量并减少延迟。但Wi-Fi6 AP仅向每个STA分配一个RU。而Wi-Fi 7可以向一个STA分配多个RU，称为MRU（多资源单元）。

Wi-Fi 7 的RU如下图所示。小于242-tone的RU称为小尺寸RU（Small-size RU），242-tone 以上的称为大尺寸RU（Large-size RU）。

Wi-Fi 7 RU划分

MRU的构成只能是大尺寸RU与大尺寸RU结合，或者小尺寸RU与小尺寸RU结合，小尺寸RU和大尺寸RU的混合是不允许的[6]。

MRU实际上实现了非连续（非相邻）频谱聚集。通过为每个STA分配打孔RU（打孔粒度为20MHz），提供更多种类的RU大小来提高OFDMA效率，而具有非连续频谱的新RU也支持前导打孔。因此，MRU可以减轻干扰对系统的影响，提高OFDMA效率。例如下图显示，MRU可以将干扰损失从75%降至25%。

使用MRU提高频谱使用效率[15]

此外，具有MRU的AP还显著减少了多个用户同时传输数据时的延迟。例如，四个不同的用户传输不同的数据长度：用户1到2到3到4的数据长度比例分别为23:1。图4显示了具有MRU的Wi-Fi 7 AP如何以更有效的方式分配RU，与Wi-Fi 5和Wi-Fi 6 AP相比，实现了最短的端到端延迟，延迟分别减少了33%和25%。

Wi-Fi 5、Wi-Fi 6、Wi-Fi 7 端到端延迟比较 [15]

3、MLO（多链路操作）

MLO（Multi-Link Operation），多链路操作。聚合多个物理链路以改善数据吞吐量、延迟和可靠性。

多链路操作可以聚合不同宽度的各种数量的链路，例如，160MHz+20MHz

MLO使多链路设备（Multi-Link Devices，MLD）能够在2.4GHz、5GHz和6GHz的单个或多个频带上在多个信道中同时进行数据传输和接收。通过根据流量要求在MAC层中跨不同PHY链路执行链路聚合和频带切换，MLO允许Wi-Fi支持越来越多具有严格延迟和QoS要求的用例，例如，视频通话、无线VR/AR耳机、云游戏和物联网设备，等。

多链路操作（MLO）示意图   来源：[3]

多链路操作（MLO）示意图  来源：MediaTek

多链路设备（MLD）的概念见下图所示，它由几个所谓的附属Wi-Fi设备组成，每个设备都有一个到无线媒体的PHY接口，但上层协议将MLD视为单个设备。尽管具有多个物理无线电接口，MLD具有单个MAC地址，序列号是从相同的序列号空间中唯一生成。此解决方案简化了片段和数据包重组、重复检测和动态链路切换。它们允许在任何链路上重传分组，而不管分组的初始传输的链路如何。

多链路设备（MLD）示意图[4]

4、MULTI-AP（多AP协作）

多AP之间协作，可以降低AP之间的干扰，极大的提升空口资源的利用率。

IEEE 802.11be任务组(Task Group BE，TGbe)考虑了两种类型的多AP系统:协作（Coordinated）和联合（Joint）。协作系统通过单个AP发送/接收数据的每一部分，而联合系统通过多个AP发送/接收数据。

所考虑的多AP系统主要有：

协作空间复用（Coordinated Spatial Reuse，CSR)

802.11be协作空间复用（CSR）与802.11ax空间复用的对比[4]

协作OFDMA（Coordinated OFDMA，CO-OFDMA)

协作OFDMA[4]

调零操作（Null Steering）

调零[4]

联合发送和接收

联合发送和接收[4]

集中控制多AP

降低信道接入碰撞概率的集中控制多AP协作[7]

四、商用进展

TP-Link：Archer BE900、Archer BE800、Archer BE550Wi-Fi 7 [8,9]

2022年11月14日-TP Link举行了Wi-Fi 7产品发布会，宣布其Wi-Fi 7网络解决方案。三个WiFi7路由器在活动中亮相：

Archer BE900

Archer BE900是四频 24 GbpsWi-Fi7。两个5GHz频段确保更多设备享受高速Wi-Fi。全新的6GHz频段提供卓越的带宽和无拥塞信道。

双10G WAN/LAN端口。Archer BE900配备两个10GWAN/LAN端口-一个RJ45端口和一个RJ45/SFP+组合端口-为光纤和铜缆连接提供灵活的支持；四个2.5G端口和一个USB端口使其成为未来家庭网络的理想解决方案。

与带有外部天线的传统WiFi路由器不同，这款WiFi 7路由器采用了内部天线，以保持优雅的外观。12×最佳定位的内部天线实现了高增益、高隔离、高集成度和多向覆盖的效果。

Archer BE800

Archer BE800是一款三频WiFi7路由器，最高支持19Gbps，配备LED屏幕、两个10G端口和四个2.5G端口，并且兼容EasyMesh。

Archer BE550

Archer BE550是另一款三频WiFi7路由器，速度9214Mbps，五个2.5G端口，与EasyMesh兼容。

（a）Archer BE900

（b）Archer GE800 Wi-Fi 7 for gamers

（c）Archer BE550

TP-Link发布的三款Wi-Fi 7路由器[8]

华为： AirEngine 8771-X1T [10]

整机空口速率：18.67gbps；10GE 光电混合接口；5GHz/6GHz频段随需切换；内置动态变焦智能天线，全向/高密场景自适应。

 

 

华为Wi-Fi 7，来源：[9]

Qualcomm(高通）：FastConnect7800 [11,12]

 

2022年11月，高通在一年一度的“骁龙峰会”（Snapdragon Summit）上，发布了新款骁龙8（Snapdragon 8 Gen2），支持FastConnect 7800 Wi-Fi 7。这可能意味着首批Wi-Fi 7手机将于2023年2月底在巴塞罗那举行的世界移动大会上发布。

高通公司FastConnect 7800是一款先进的14nm Wi-Fi和Bluetooth连接系统，提供超高速（高达5.8 Gbps*）、持续低延迟（2毫秒）和优质蓝牙音频。

FastConnect 7800在保持符合最新的Wi-Fi 6/6E和Wi-Fi 7标准的同时，还拥有超越标准基准的先进创新。高频段同时（HighBandSynchronous，HBS）多连接是它的重要特性。HBS 多连接技术独特地利用了5和6GHz频带的潜力，为需要吞吐量和延迟敏感的应用提供了高频带性能的多个链路，消除了对相对狭窄和拥挤的2.4GHz频带的依赖。

高通Wi-Fi7 HBS Multi-Link来源：[12]

Broadcom（博通） & Intel（英特尔）: Wi-Fi7 在FCC测试 [13,14]

博通和英特尔向FCC展示了Wi-Fi7连接。FCC主席杰西卡·罗森沃塞尔（Jessica Rosenworcel）和几位FCC委员参加了速度测试，测试的Wi-Fi 7数据速率超过5Gbps。

博通和英特尔表示，Wi-Fi 7连接将带来变革性体验，包括“沉浸式AR/VR协作、超高清16k媒体流”等。他们还表示，未来在FCC的演示将展示Wi-Fi 7的两个标志性功能：多资源单元（MRU）打孔和多链路操作（MLO）。

图片来源：[14]

MediaTek(联发科): Filogic880&380chips [15,16] 

 

2022年1月，联发科向主要客户和行业合作伙伴展示了两个Wi-Fi 7演示，展示了该技术的超快速度和低延迟传输。联发科的现场演示展示了其Wi-Fi 7技术如何实现IEEE 802.11be及其多链路操作（MLO）技术定义的最高速度。

Filogic880是Wi-Fi 7平台的旗舰产品，速率高达36Gps，用于路由器、中继器、mesh、网关和接入。独特的天线设计4T5R (quad-transmit, penta-receive) 配置，使性能和范围最大化。高度集成的芯片设计，内置一流的四核CPU专用网络处理单元，确保最低延迟连接的新技术，以及全面的wifi7功能。

Filogic380适用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、个人电脑、可穿戴设备或其他需要最快无线连接的个人设备。这个单芯片Wi-Fi 7和蓝牙5.3客户端组合解决方案采用了最新技术。此外，联发科的创新共存设计确保用户能够最大限度地利用Wi-Fi和蓝牙，所有这些都被装在一个6纳米芯片内。

联发科Wi-Fi 7芯片

Filogic880 主要特性示意图，来源：MediaTek视频截图 

Filogic380 主要特性示意图，来源：MediaTek视频截图 

审核编辑 ：李倩