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2024/9/24 15:58

关于Wi-Fi 7与Wi-Fi 6 / 6E你所需要了解的一切

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Wi-Fi 6(原称:IEEE 802.11.ax)即第六代无线网络技术,在2019年被Wi-Fi联盟确定并推广以来已经过去了4年多,按照以往Wi-Fi联盟以往5-6年的更新节奏来看,Wi-Fi 6也到了需要更新换代的时刻。根据Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)的数据,下一代360度AR/VR应用对无线带宽的需求最高已经达到200Mbps,这表明,如今的Wi-Fi速率对于新一代娱乐设备来说已经逐渐达到瓶颈,如今又到了需要更快速率、更稳定和更低延迟的网络连接来提供更好的用户体验的时刻。不仅如此,英美两国的2000位游戏玩家的调研报告也显示,高达97%的游戏玩家曾经遇到过延迟问题,这进一步强调了低延迟对于无线连接的重要性。

本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/202401/454378.htm

综上种种现状,Wi-Fi联盟为了满足更高的网络连接需求,推出了新一代IEEE 802.11be标准,即Wi-Fi 7。根据Wi-Fi联盟所言,Wi-Fi 7将进一步增强Wi-Fi网络的功能和性能,包括更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的网络覆盖范围。这些改进将有助于推动AR/VR、游戏和其他高带宽应用的发展,并提供更好的用户体验。那么对于在2024年即将全面推广的Wi-Fi 7,它对于前代标准都有哪些升级呢?本篇文章就带各位读者详细梳理一下即将推出的Wi-Fi 7同Wi-Fi 6的升级与不同之处。

首先,我们先来直观得对比一下Wi-Fi 7和Wi-Fi 6/Wi-Fi 6E之前的区别。

从上表中,我可以看出相比于Wi-Fi 6,Wi-Fi 7在传输速度、频段支持和性能方面都有显著的提升。首先,Wi-Fi 7的最高传输速度可以达到46Gbps(国内30Gbps),接近Wi-Fi 6的五倍。这一显著提升得益于Wi-Fi 7采用的新技术和更高效的信号处理算法,使其能够更快速地传输大量数据。其次,Wi-Fi 7将支持更多的频段,包括2.4GHz、5GHz和6GHz。相比之下,Wi-Fi 6只支持2.4GHz和5GHz两个频段,而Wi-Fi 6E只支持6GHz频段。多频段支持意味着Wi-Fi 7设备可以更好地适应不同的网络环境和应用需求,提供更加稳定和可靠的数据传输服务。然而,需要注意的是,因为不同地区频段分配的问题,特别是我国没有把6GHz频段分配到Wi-Fi之中,Wi-Fi 7支持的6GHz频段在国内外可能会有所不同。

我们再来看看Wi-Fi 7是如何做到这些提升的。Wi-Fi 7对比Wi-Fi 6来说,主要有三个主要的技术提升,分别为:多链路传输技术(MLO)、多资源单元(MRU)和前导码打孔(Preamble Puncturing)。下面笔者分别为各位介绍一下:

多链路传输技术(MLO)

多链路传输技术(MLO)是一种多路径传输协议,允许数据通过多个路径进行传输,以提高网络带宽的利用率和可靠性。在MLO中,数据被分成多个数据块,每个数据块都沿着不同的路径进行传输。接收端接收到数据块后,会根据一定的算法将它们重新组合成完整的数据。落实到实际的使用中来讲,在Wi-Fi 6时代,多数路由器会发出两个频段的信号,例如2.5G和5G信号,2.5G信号覆盖范围广,稳定性高,但是速率慢;而5G信号虽然速率极高,但是其覆盖范围往往有限,我们只能根据我们的使用环境对着两个信号进行二选一。而到了使用了多链路传输技术的Wi-Fi 7,我们单一的网络设备可以同时连接两个Wi-Fi热点,比如2.4G+5G,5G+5G,国外开放了6G频段,甚至可以5G+6G。这样做的优势显而易见:由于Link1和Link2两路链接的网速聚合,从而获得了更高的网速,因此它可以允许更快的吞吐量;由于两路信号同时连接,因此当其中一路遇到干扰时,可以动态切到另外一路更好的Wi-Fi链接,从而获得更加稳定、低延时的网络连接。

也许有熟悉Wi-Fi 6的读者会说:“Wi-Fi 6中也有MU-MIMO空间流技术的存在,也可以支持类似的多路传输,它们之间有什么区别呢?”

诚然,MLO技术和MU-MIMO空间流技术,都可以在一个AP和STA之间建立多条链路通信,同时收发信息。但是,MU-MIMO空间流技术是限于AP中同一个射频芯片的,而全新的MLO技术是指一个AP中多个射频芯片同时跟同一个STA建立通信链路。如果我们做个比喻:现在我们有海、陆、空三种不同的运输方式,MU-MIMO空间流技术只能从这三种方式中,选择一种来进行运输,通过增加同种运输方式的数量在提升性能,如公路,同时有16条公路可以运输(通信),那就是MU-MIMO空间流技术;而MLO技术可以同时利用所有的媒介,海、陆、空都在运输(通信)。

  多资源单元(MRU)

在介绍多资源单元(MRU)之前,我们先来谈谈另一个概念,这便是在通信领域十分重要的概念“信道”。

无线通信中,基础信道一般是 20MHz,这就如同我们城市道路中的车道一般,是通信的基础。而20MHz便是最基础的单车道,而如果我们拓宽道路,把相邻的土地资源也拿来做车道,双车道,也就是 40MHz 信道,以此类推,有了 80MHz 信道和 160MHz 信道。这样做的好处十分明显,更宽的信道可以获得更高的信息传输能力。

在2.4GHz频段中只有连续 3 个非重叠 20MHz 信道,其中两个连续非重叠 20MHz 信道可以绑定 40MHz 信道(通常不建议在 2.4GHz 频段这么做);5GHz 频段最高有 13 个连续非重叠 20MHz 信道,在 Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 标准下,最高支持 160MHz 信道。

了解了这些信息,我们回到正题。在Wi-Fi 5的时代,每一个信道在同一时间内,只能允许给一个接收端发送信息,为了提升利用率,在 Wi-Fi 6 上,引入资源单元(RU:ResourceUnit)的概念。Wi-Fi 6中使用了全新的正交频分多址(OFDMA)技术:多个用户可以同时使用一个信道,而不会互相干扰。OFDMA技术将频谱分割成多个子载波,这些子载波可以独立地被不同的用户使用。每个子载波可以承载不同的数据符号,从而实现多用户同时传输数据的目的。我们以20MHz信道为例,在该频段下,总共有256个子载波,但其中只有242个子载波是有效的。根据Wi-Fi联盟的规定,最小的资源单元(RU)由26个子载波组成。这意味着在一个信道内,可以将资源划分为不同的RU,每个RU包含不同数量的有效子载波。

具体来说,一个RU可以包含26个(26-tone RU)、52个(52-tone RU)、106个(106-tone RU)或242个(242-tone RU)有效子载波。

在Wi-Fi 6标准中,Wi-Fi联盟规定了一个RU的子载波数量主要有以下几种分别为:

l 26-tone RU:一个资源单元由26个子载波组成。

l 52-tone RU:一个资源单元由52个子载波组成。

l 106-tone RU:一个资源单元由106个子载波组成。

l 242-tone RU:一个资源单元由242个子载波组成。

l 484-tone RU:一个资源单元由484个子载波组成。

l 996-tone RU:一个资源单元由996个子载波组成。

l 1992-tone RU:一个资源单元由1992个子载波组成。

此外,在Wi-Fi 6中,一个用户只能对应一个RU。

而在Wi-Fi 7中,引入了多资源单元(MRU)的概念,即一个用户可以对应多个RU的组合。例如,一个用户可以同时使用26-tone RU和52-tone RU的组合,或者使用484-tone RU和996-tone RU的组合。这种灵活的资源分配方式使得Wi-Fi 7能够更好地适应不同场景下的通信需求,提高网络带宽的利用率和用户的通信体验。

  前导码打孔(Preamble Puncturing)

对于前导码打孔这个技术来说,并不是一个全新的技术,在Wi-Fi 6之中就已经有所应用,但是由于成本限制,在Wi-Fi 6标准里是可选技术,因而没有大范围推广。在Wi-Fi 7中,该技术就成为了强制标准,所有满足Wi-Fi 7标准的产品都将支持前导码打孔。

在上文之中,我们提到,我们一般通过信道捆绑来提升速率,即:把8个20MHz的信道捆绑成一个160MHz的信道。但是落实到实际之中,基于信道的传输需求、优先级控制、兼容性等等原因,信道捆绑有主信道和辅信道之分。例如一个40MHz的信道,往往是由一个20MHz的主信道和一个20MHz的辅信道组成;而一个80Mhz的信道,一般是有两个20MHz的主信道和两个20MHz的辅信道组成,依此类推。

根据信道捆绑的协议,信道捆绑必须遵守两大原则:第一、只能捆绑连续的信道;第二、在捆绑信道模式下,必须在主信道干净、无干扰的情况下,辅信道才能传输信息。

而在Wi-Fi 7之前往往会出现这样的情况,组合中辅信道一旦受到干扰,则无法组合成更宽的主信道,例如 一个80Mhz的信道,其中的20MHz 辅助信道受到干扰,那么由它组成的40MHz主信道整体就是不干净的信道,那么40MHz的辅信道就无法传输信息;再进一步,如果它们捆绑成了80MHz的主信道,那么也将失去作用。最终,一个160MHz的信道会只会因为一条20MHz信道的干扰只剩下20MHz可以正常使用,7/8信道资源都浪费了。

而前导码打孔就是用来解决这个问题而诞生的。它可以主动将受干扰的 20MHz 辅信道屏蔽,不影响主信道组成更宽的信道,20MHz 主信道依然可以跟 40MHz 辅信道组成 60MHz 信道,然后跟 80MHz 辅信道组成 140MHz 信道。从而对比之前的Wi-Fi标准,极大提升了Wi-Fi 7的抗干扰能力,即使在干扰环境下依然可以快速地传输信息。

最后,总结一下,Wi-Fi 7对比Wi-Fi 6 / 6E来说,在最大传输速率方面,Wi-Fi 7有着30Gbps的速率,相比于Wi-Fi 6的9.6Gpbs有着巨大提升;在带宽方面Wi-Fi 7最高能达到320MHz,是Wi-Fi 6最高160MHz的整整两倍大小;在调制方式上,Wi-Fi 7的4096-QAM相比Wi-Fi 6的1024-QAM能够适应更强的传输变化。最终,叠加上Wi-Fi 7在复杂环境中更强的抗干扰能力,根据相关消息透露,Wi-Fi 7的整体速率将有机会达到Wi-Fi 6的3倍左右。

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