Wi-Fi7上使用的黑科技

Wi-Fi技术是基于电气和电子工程师协会(IEEE)的无线通信标准802.11协议。2018年Wi-Fi联盟正式宣布，简化相应技术标准的名称如下表所示：
 

Launched	Generational name	Technology supported
2024	Wi-Fi7	802.11be
2019	Wi-Fi 6	802.11ax
2013	Wi-Fi 5	802.11ac
2009	Wi-Fi 4	802.11n
2003		802.11g
1999		802.11a/b
1997		802.11

 

 
Wi-Fi7也称为802.11be标准,是Wi-Fi6 802.11ax的下一代Wi-Fi技术。Wi-Fi7在无线网络的传输速率和时延做了很大的改进，并致力于为用户提供更好的使用体验。本文将重点介绍一下Wi-Fi7上的黑科技：

1. Wi-Fi 7 物理层新特性
   Wi-Fi 7 的理论峰值速率为46.12Gbps, Wi-Fi 6 的理论峰值速率是 9.6Gbps，Wi-Fi 7的速率是Wi-Fi 6的4.8倍。Wi-Fi 7速率提升来自于3个方面：调制方式，最大信道有效子载波数量，空间流数量。

调制方式：

1. Wi-Fi 7最高支持4096-QAM：

1. Wi-Fi信号调制方式有BPSK、QPSK和QAM。信号调制就是将数字信号的bit映射为符号的调制过程。最简单的BPSK和QPSK是一种相位调制，BPSK用0°和180°的2个相位表示0和1，即2种符号，传递1 bit的信息(0或1)。QPSK则使用0°、90°、180°和270°共4个相位，能够表示00、01、10和11共4种符号，传递2 bit的信息，所以其传输的信息量是BPSK的2倍。而QAM（Quadrature Amplitude Modulation）正交幅度调制，是一种同时对相位和振幅的调制方式。
2. Wi-Fi 6 最高调制是1024-QAM就是2¹⁰个符号调制可以承载10bit数据信息。Wi-Fi 7 采用最高 4096-QAM就是2¹²个符号调制可以承载12bit数据信息。所以 Wi-Fi 7的最高编码能力是Wi-Fi 6的1.2倍。在一定的子载波频宽下，QAM的点数越多意味着符号之间差异就越小，对调制的要求就越高。此外，噪声干扰和信道信号衰减也会使接收到的矢量变得模糊和发生变形。
   1. Wi-Fi 7最大带宽320M：
3. Wi-Fi 7标准中启用6GHz频段，6GHz 频段是从5925MHz到7125MHz， 一共有1200MHz连续频率范围。这样Wi-Fi 7可以实现捆绑3个连续的320M独立信道，可以容纳3920个子载波。
4. 所谓子载波（Tone或Subcarrier），可以简单认为是可以独立调制的一小段频域资源，通过调制（如BPSK,QPSK,QAM等），子载波上可以承载一定bit的数据信息。子载波是无线传输在“频域”上的最小单位。802.11ax OFDMA的子载波频宽是78.125KHz，在传统的802.11a/g/n/ac中，OFDM的子载波频宽312.5KHz。所以，802.11ax 在20MHz信道最多可以支持256个子载波，其中234个子载波是用来传输数据的，称之为有效子载波。信道越宽，支持的子载波数目越多，链路速率就越高。下图是各种信道带宽下支持的子载波数目：

Channel Bandwidth	Wi-Fi6	Wi-Fi 7
20MHz	234	234
20MHz	468	468
80MHz	980	980
160MHz	1960	1960
320MHz	/	3920

 

1. Wi-Fi 7 支持最大捆绑320MHz信道，可以承载3920个有效子载波。Wi-Fi 6支持最大捆绑成160MHz信道，160MHz信道可以承载1960个有效子载波。所以Wi-Fi 7一次传输最多的子载波数目是Wi-Fi 6 的2倍。

 

1.  Wi-Fi 7 16x16 MIMO：

1. Wi-Fi 6 最多支持8条空间流，而Wi-Fi 7扩展到16条空间流。所以Wi-Fi 7 是Wi-Fi 6 最大支持空间流数量的2倍。16X16 MIMO 主要是用于AP设备的MU-MIMO，而通常的客户端设备Station有两根天线，只支持 2x2。理论峰值速率计算公式：Wi-Fi理论峰值速率 = 调制方式 * 最大信道有效子载波数量 *码率* 单位时间符号传输数量 * 空间流数量 
2. 320M 信道可以容纳3920个子载波(tone)，每个子载波承载12bit 数据(4096-QAM), 而码率是5/6，一个符号(Symbol)发送时间是13.6微秒，所以 一秒钟可以发送73529个符号(Symbol)，如果空间流是最大值16，则相当于再乘以16倍。将上述数值带入公式如下：Wi-Fi理论峰值速率=12bit * 3920 * 5/6 * 73529(/sec) * 16 = 46.12Gbps
3. Wi-Fi 7 和Wi-Fi 6 理论峰值速率对比如下表：

 
 

	Wi-Fi7	Wi-Fi6
最大信道有效子载波数量	3920 tone	1960 tone	2倍
调制方式	12bit	10bit	1.2倍
码率	5/6	5/6	1倍
单位时间符号传输数量	735299(个/秒)	73529(个/秒)	1倍
空间流数量	16	8	2倍
理论峰值速率	46.12Gbps	9.6Gbps	4.8倍

 

 
 
 
1.4 Wi-Fi 7 物理层帧结构
 
U-SIG ：UL/DL标志位, Basic Service Set (BSS) color, transmission (TX) opportunity (TXOP) 的持续时间,bandwidth,version等。
EHT-SIG common field：MCS,空间流数目, 编码方式, GI(guard interval),and RU的分配。
EHT-SIG user specific field：STA 使用的专用信息。
EHT-STF & EHT-LTF：与Wi-Fi 6里类似，用于MIMO和OFDMA的时序和频率精细调整。
 

2. Wi-Fi 7 前导码打孔技术

Wi-Fi 7引入了前导码打孔即Preamble Puncturing技术。我们知道信道捆绑技术是有两个前提的。首先必须捆绑连续的信道，并且只有在主信道无干扰的情况下，才能使用辅信道。所以如果某主段信道受到干扰，那么它的辅信道就无法传输信息了，导致信道资源的浪费。Wi-Fi 7的Preamble Puncturing技术就是来解决这个问题的。它的核心是提升了非连续信道的利用率，其效果是提升了实际速率。这个技术在Wi-Fi 6标准里是可选技术，到Wi-Fi 7标准中，这个成为强制标准。
前导码打孔的粒度是20MHz，表示一次它可以标记出20MHz信道干扰。通过设置Disabled Subchannel Bitmap的值，如设置为：0x0000 1000 0011 0000，来标记哪些信道有干扰。其中值为“1”的bit对应的是有干扰的20M信道，即下图中的黄色区域（Interference or disallowed spectrum），表示这个信道受到了干扰，但是后面的剩余的连续信道仍然可以使用。这样就大大提高了信道的利用率。
 

3. Wi-Fi 7多链路传输(MLO)
   1. 什么是MLO呢？

字面的意思是多链路传输技术（Multi-Link Operation）。尽管目前大多数AP和终端设备都具有双频2.4/5GHz 或 三频2.4/5/6GHz，但是在同一时刻 AP 和某一个终端只能在一个频段上建立连接，比如在2.4G上或者5G上。MLO功能可以实现在同一时刻AP可以和某一个终端同时在2.4G和5G和6G上建立链接，并传输数据。MLO功能实现跨频段将多个链路捆绑成一个虚拟链路，在MAC层实现packet-level的链路聚合。
MLO 的好处：

1. 显著提升吞吐量：将多个频段（Bands）或者信道（channel）聚合为多链路，提高链路速率。
2. 改善时延：通过多链路负载均衡，缓和单链路拥塞导致的时延。
3. 增加传输可靠性：通过多链路复制数据报文的方式，降低丢包率。
4. 多链路无缝切换：它允许网络流量在干扰或拥塞情况下无缝流动到另一个链路。如从2.4G无缝切到5G。
5. 按链路分配流量：把不同的应用的流量分配到不同的链路上，满足区别化服务的要求。

MLO功能 同时连接2.4 GHz、5GHz和6GHz频段，提高吞吐量、降低时延、提高可靠性。在新兴的应用领域如：VR/AR、在线游戏、远程办公和云计算等都是理想的选择。
MLD 是Muilti-Link Device 的缩写，即多链路设备。

1. MLD是由单个AP或STA这样的附属设备形成的单个逻辑设备。它使用UMAC (Unified upper MAC)来控制附属设备。数据流在MLD TA和MLD RA之间传输。
2. MLD TA: 使用同一空间的SN (Sequence Numbers)标识报文。报文通过UMAC在跨多个链路上进行分发。
   1. 什么是MLD
3. MLD是由单个AP或STA这样的附属设备形成的单个逻辑设备。它使用UMAC (Unified upper MAC)来控制附属设备。数据流在MLD TA和MLD RA之间传输。
4. MLD TA: 使用同一空间的SN (Sequence Numbers)标识报文。报文通过UMAC在跨多个链路上进行分发。
5. MLD RA: 按序列号对报文进行组装，丢弃重复项，创建Block Ack。如果物理链路层有重传，那对逻辑的UMAC层是不可见。

Multi-Link Device 的分类：
3.2.1基于MLD的Links能不能同时发送和接收数据的角度可以分为STR和NSTR。

1. STR：Simultaneously TX and RX表示在两个物理链路上可以同时收和发，不受限制。如下图Link1在有发数据的同时，Link2 有接收数据。工作在异步模式，Wi-Fi 7相当于“全双工“，在这之前，众所周知与有线传输不同，Wi-Fi一直是“半双工”链路。

 
 
 

1. NSTR：Non-Simultaneously TX and RX 表示不支持在两个link上同时接收和发送数据。如下图，Link1 和Link2 的收发数据是同步的。它适用于当两个Link频段比较接近如5G+5G/6G，由于容易相互干扰，那最好工作在NSTR模式。

 
3.2.2基于MLD的当前工作的Radio的数量分类：MLMR和MLSR。

1. MLSR: Multi-link single radio 多链路支持两个及以上的link，某一时刻，只有一个Radio在工作。
2. EMLSR：Enhanced Multi-link single radio 支持同时监听多个link，但是只能在一个Radio上工作。
3. MLMR: 支持同时有两个及以上的Radio在工作。
4. STR MLMR：多个Radio可以同时TX和RX。
5. NSTR MLMR：多个Radio要么同时TX，要么同时RX。

 

4. Wi-Fi7 多资源单元(MRU)

1. Wi-Fi 7采用了MRU 即 Multiple Resource Unit。Wi-Fi 6的OFDMA工作模式引入RU（Resource Unit）的概念。Wi-Fi标准规定了RU主要有：26-tone RU（即26个子载波组成一个RU），52-tone RU，106-tone RU，242-tone RU，484-tone RU，996-tone RU，1992-tone RU。不同RU 类型在不同带宽下支持的用户数量如下图：

 

Channel Bandwith
RU Type	20MHz	40MHz	80MHz	160MHz/ 80MHz+80MHz	320MHz/ 160MHz+160MHz
User Quanitity
RU-26	9	16	37	74	148
RU-52	4	8	16	32	74
RU-106	2	4	8	16	32
RU-242	1	2	4	8	16
RU-484	N/A	1	2	4	8
RU-966	N/A	N/A	1	2	4
2x RU-966	N/A	N/A	N/A	1	2
4x RU-966	N/A	N/A	N/A	N/A	1

 
 
 
在Wi-Fi 6中，一个用户只能对应一个RU。Wi-Fi 7提出了MRU概念，一个用户可以分配最多2个RU，提升了信道资源利用率，提高速率，降低时延。Wi-Fi 7标准把RU分为小部RU和大部RU两种类型，一个MRU 中必须是同在一类中的RU才可以组合在一起，即同为小部RU，或同为大部RU。
 

5. Wi-Fi7 QoS 的改进

5.1. WiFi 7 Restricted TWT技术

1. Wi-Fi 7 引入了Restricted TWT 即 Restricted Target Wake Time，与Wi-Fi 6 TWT 非常相似。TWT, 它使设备能够确定何时以何种频率唤醒，发送或接收数据。从本质上讲，这允许AP有效地增加设备睡眠时间并节省电池寿命，这是对物联网特别重要的功能。除了在客户端设备节省电力外，目标唤醒时间使AP和设备能够协商并定义访问介质的特定时间。这有助于通过减少用户之间对信道竞争，优化频谱效率。

 

1. Wi-Fi 7 Restricted TWT 在原来的TWT上加入了“限制服务期“即RSP，表示在RSP内，只有成员STA可以传输数据，而非成员不得侵占“限制服务期”。这样可以为RSP成员提供更可靠的操作。参考下图，作为非成员的STA2 不能在限制服务期RSP内发送数据，只有成员STA1可以在限制服务期RSP内发送数据，并且AP在限制服务期RSP内也只能对STA1回复ACK。

 
5.2. Wi-Fi 7触发的点对点传输

1. Wi-Fi 7 引入了触发的点对点传输(Triggered P2P) 。点到点传输是指：一个 STA 到另一个 STA 直接传输，不经过AP 。但是点到点传输流量会对AP的操作产生干扰，并且目前802.11ax Wi-Fi 6 MU OFDMA 是不支持点到点传输的。

 

1. Wi-Fi 7 引入的触发的点对点传输(Triggered P2P)不同之处在于点到点传输流量是通过AP 触发的。AP 代理STA 发出TXOP(Transmission Opportunity)。参考下图，AP代表STA 1和STA 2请求TXOP，就如同AP以第三人称“我正在申请STA 1和STA 2的TXOP”。多用户RTS即MU-RTS来管理其他设备，避免碰撞，以保证STA 1和STA 2正在进行的通信。

 
 

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