凭借802.11be标准 （亦称 Wi-Fi 7）, Wi-Fi 进入极速(Plaid)模式！ 顾名思义，IEEE 802.11be“极高吞吐量”(EHT) 标准的主要目标是让下一代 Wi-Fi 7 设备实现超快的数据速率。IEEE 的项目授权请求 ^[1](PAR) 文件设定了令人印象深刻的目标，计划支持至少 30 Gbps 的最大吞吐量，同时改善最坏情况下的延迟和抖动。这些性能目标旨在满足高分辨率视频、工业自动化、沉浸式体验和游戏等下一代应用的需求。为推动这一 WLAN 演进（革新）并解决未来的创新用例需求，802.11be 标准将采用经过关键升级并搭载全新功能（例如信道宽度加倍、调制阶数提升）的物理层 (PHY)。

在本博客中，我们将探讨推动下一代 Wi-Fi 发展的主要应用及其性能要求，以及满足 802.11be 标准设定的目标性能所需的关键 PHY 更改。

更高的速度需求从何而来? 

有人可能会问， Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 高性能接入点和客户端设备不是才刚刚推出，为什么还要追求更高的性能？虽然现有标准已具备很高的性能，但可以预见的是，到 Wi-Fi 7 成熟时，扩展现实 (XR) 领域的新兴应用将会对吞吐量有更高的需求。增强现实、混合现实和虚拟现实的用例均可纳入 XR 范畴，其应用范围涵盖游戏、工业、医疗保健和企业建设等多种领域。对于这些新应用来说，需要高吞吐量的内容呈现，才能确保出色的用户体验并提高采用率。但更重要的是延迟、抖动和可靠性等关键性能指标，这些是提升真实感和交互性、保证最佳用户体验的关键所在。

• 高分辨率视频是沉浸式用户体验不可或缺的一环。如今的 4K 视频（4096 x 2160 像素）需要 20 到 40 Mbps 的吞吐量，而 8K 视频（7680 x 4320 像素，分辨率是 4K 视频的四倍）将需要 80 到 100 Mbps 以上的吞吐量。
• 视频分辨率并非更高吞吐量的唯一驱动因素，帧速率的提升 (> 90 FPS)、高动态范围 (HDR)、立体视频（左右眼互相独立的视频流）和六自由度 (DoF) 运动等因素也进一步推动了对吞吐量的需求。据估计，吞吐量需要达到 200 Mbps 至 5 Gbps ⁽²⁾，才能提供真正沉浸式的视频体验。
• 未压缩/原始视频或轻度压缩视频对于数据速率的要求甚至更高 (> 30 Gbps)，未压缩或轻度压缩的内容可减少端点的处理延迟，但代价是传输所需的数据速率更高。

图1： 端到端延迟

• 无论是对于游戏期间的交互，还是工业机器人的操作或医疗程序等任务关键型应用，降低延迟都至关重要。这类应用需要实时进行数据交换，必须立即提供数据以响应用户的操作。系统需要根据具体人体感官的反应时间优化反馈。例如，为保证用户舒适度，头部运动和画面显示之间的动显 (MTP) 延迟应保持在 20 ms 以下 ⁽²⁾。空中接口的延迟只是端到端延迟的一部分，具体需求取决于应用类型。

Wi-Fi 速度的变化历程

IEEE 802.11be 的目标性能是至少 30 Gbps 的吞吐量，这看起来似乎难以企及，但回顾过去 20 年来 Wi-Fi 更新换代的历程，最引人注目的变化便是最高数据速率的大幅提升。得益于技术的进步和突破性新功能的不断涌现，每一代的 Wi-Fi 都能提供比前代更高的性能。

图2： Wi-Fi 速度演进

当前一代的 Wi-Fi 6 设备基于 802.11ax 标准。高效率无线标准 (HEW) 802.11ax 始于 2014 年，在研发之初，该标准便旨在提高密集网络的频谱效率和性能。这一目标不同于注重提高吞吐量的前几代 Wi-Fi。通过在上行链路和下行链路中应用 OFDMA 和 MU-MIMO 等创新功能，Wi-Fi 6 设备将密集环境中的用户平均吞吐量提升至 Wi-Fi 5 的 4 倍。

此外，随着 Wi-Fi 在 6 GHz 频段的扩展，Wi-Fi 6E 设备现在可以拥有高达 1200 MHz 的非拥塞频谱。这些额外的频谱能够提供许多新的信道和充足的连续频谱，为创建 320 MHz 超宽信道提供支持。因此，802.11be 标准的关注点仍是为 Wi-Fi 用户提供更高的吞吐量，力求将最高速度提升至 Wi-Fi 6/6E 的 4.8 倍。

图3： 对2个空间流设备进行Wi-Fi6/6E 和 Wi-Fi 7 的速度对比

Wi-Fi 7 可以通过 16 条空间流和 320 MHz 的最大信道带宽实现 46 Gbps 的最高链路速度。对于使用 2 条空间流的典型客户端，单个链路上的最高数据速率约为 5.8 Gbps，是同类 802.11ax 客户端的 2.5 倍。

哪些因素推动了 Wi-Fi 速度的提升 ?

Wi-Fi 链路速度的提升主要来源于 PHY 技术在以下 3 个维度的进步：

• 调制阶数 (QAM)
• 信道大小
• 空间流数量

图4： Wi-Fi PHY 演进

调制阶数

Wi-Fi 采用正交幅度调制 (QAM) 实现高效的数据编码。每一代新的 Wi-Fi 通过为每个符号编码更多数据位来提高数据速率。更高阶的 QAM 能够在相同的频谱范围下传输更多数据位，从而实现更高的效率。

• 802.11ac (Wi-Fi 5) 最高支持 256-QAM，每个符号编码 8 位数据
• 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) 最高支持 1024-QAM，每个符号编码 10 位数据
• 802.11be 引入了 4096-QAM 调制，每个符号编码 12 位数据

4096-QAM 的数据速率比 1024-QAM 高 20%。

信道大小

将 Wi-Fi 的信道带宽加倍后，单次传输的数据量可以提升将近两倍。802.11be 标准定义了 6 GHz 的运行频段，目前已规划多达 6 个重叠的 320 MHz 信道。6 GHz 频段提供 1200 MHz 的连续频谱，将通道带宽从 160 MHz（802.11ax 中的最大带宽）翻倍至 320 MHz，相应地，最大吞吐量也翻一倍。然而，6 GHz 频段的可用性需要获得监管部门的批准，而且并非全球所有地区都可以享用相同数量的频谱。5 GHz 和 2.4 GHz 频段不支持 320 MHz 信道，因此只有部分用户可以访问此 Wi-Fi 7 功能。

空间流

空间流可通过同时在多个天线上传输独立的数据流来提高系统的吞吐量。因此，对于具有 8 条空间流的系统，其最大吞吐量是单天线系统的 8 倍。802.11ax 标准定义的 MIMO 最多支持 8 条空间流，目前某些 AP 芯片组已搭载该功能。未来的 802.11be 标准最高可支持 16×16 MIMO，因此，与 802.11ax 相比，其最大吞吐量将翻一倍。由于只有具有相同天线数量的设备之间才能实现理论上的最大吞吐量，客户端站点的 MIMO 流数量通常限制为 2 路或 3 路。增加空间流数量也是实现多用户 MIMO (MU-MIMO) 的要素之一，MU-MIMO 是 802.11be 标准支持的另一项重要功能，能够提升频谱效率。

多链路操作：

多链路操作 (MLO) 是 802.11be 标准中定义的一项突破性功能，可作为 Wi-Fi 链路速度演进图中的另一个新维度。

图5： 802.11be 多链路运行

借助共用的 MAC 层和单独的物理层，Wi-Fi 7 接入点和客户端站点能够在多个链路上同时执行发送和接收操作。假设连接到双无线 MLD 客户端 (2×2 + 2×2) 的 AP 多链路设备 (MLD) 在 6 GHz 频段中以 320 MHz 信道运行，在 5 GHz 频段中以 160 MHz 信道运行，则设备可以通过在两条链路上同时传输数据来达到高达 8.6 Gbps 的吞吐量，从而降低延迟。借助智能流量调度和优先级设置，MLO 可以优先在具有最佳 RF 条件的链路上传输数据以减少延迟和抖动，或者在多个链路上传输相同数据以提高可靠性。

结语

虽然 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 高端设备已足够满足当今应用的需求，但可以预见的是，当 Wi-Fi 7 成熟时，消费者、企业和工业领域的新应用将需要具备极高吞吐量、低延迟、低抖动和高可靠性的内容交付。802.11be 标准旨在满足这些应用的需求，使 Wi-Fi 7 成为主流的连接技术，为用户带来最佳体验。Wi-Fi 设备的 RF PHY 性能是释放 Wi-Fi 7 潜力的重要基础。

如需了解更多信息，请访问 IQxel-MX 页面了解 LitePoint 的 802.11be 测试解决方案，或观看我们的 Wi-Fi 7 网络研讨会回放。

参考资料：

1: https://standards.ieee.org/ieee/802.11be/7516/

2: https://www.qualcomm.com/media/documents/files/vr-and-ar-pushing-connectivity-limits.pdf

3: https://www.qualcomm.com/news/onq/2022/02/14/pushing-limits-wi-fi-performance-wi-fi-7