Wi-Fi 7技术白皮书

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目  录

1 概述·· 1

1.1 简介·· 1

1.2 产生背景·· 1

1.3 技术优点·· 1

2 关键技术介绍·· 3

2.1 物理层提升·· 3

2.1.1 320MHz带宽·· 3

2.1.2 4096-QAM调制·· 4

2.1.3 MIMO 16X16· 5

2.2 多链路设备(MLD) 6

2.3 OFDMA增强·· 8

2.3.1 Multi-RU· 8

2.3.2 Preamble Puncturing· 9

2.4 多AP协同·· 10

2.4.1 协同空间重用(CSR) 10

2.4.2 联合传输(JXT) 10

2.4.3 协同正交频分多址(C-OFDMA) 11

2.4.4 协同波束赋形(CBF) 11

3 总结·· 13

3.1 更高吞吐速率·· 13

3.2 更低时延保障·· 13

3.3 更强高密能力·· 13

4 缩略语·· 14

当前全球有近200亿的Wi-Fi设备正在使用，Wi-Fi已成为生活、工作中不可或缺的一部分。在实际应用中，Wi-Fi协议所传输无线流量，已占到无线总流量的90%。海量数据快速、安全传输受益于巨量Wi-Fi设备高效、安全、可靠地工作，而Wi-Fi设备高效安全工作的灵魂在于802.11协议的全面支撑。

回顾802.11协议发展历程，初版802.11协议速率仅为2Mbps。802.11b使用新的编码形式，将速率提升到11Mbps。802.11a利用新的5GHz频段，引入OFDM技术并采用64-QAM调制将无线速率提升到54Mbps。802.11g将802.11a的技术同步推广到2.4GHz频段，2.4GHz频段也能到达54Mbps的速率。802.11n时代，MIMO作为一项重大技术被引入WLAN协议，同时采用更宽的40MHz带宽，将WLAN速率提升到了600Mbps。802.11ac继续技术演进，最大可用256-QAM调制，最大支持160MHz带宽，将速率提升10余倍至6.9Gbps，同时为提升多用户使用体验，引入了MU-MIMO技术。802.11ax在前者基础上，作为一个更高效的网络，引入OFDMA技术，同步采用1024-QAM调制，传输速率达到9.6Gbps，相较于初始版本协议速率已提升近万倍。

伴随VR/AR、4K/8K视频、元宇宙、云游戏、云计算等应用的发展，对于网络有着更高速率、更低时延、更多并发、更安全、更可靠和更节能的需求，现有协议渐渐已无法满足需求。为了应对这些新的挑战，2019年5月，IEEE802.11be EHT工作组正式成立，从网络吞吐、干扰抑制、频谱效率和时延优化等多个维度对当前标准进行优化提升，制定了Wi-Fi 7标准。Wi-Fi 7标准即IEEE 802.11be，将分成两个Release版本进行发布，Release1目前已完成草案Draft1.3，预计在2022年底发布标准；Release2预计在2022年启动，并且在2024年底完成标准发布。

Wi-Fi 7的关键字是EHT（Extremely High Throughput，极高吞吐量），按照工作组立项时目标，对于WLAN网络的吞吐量，将其提升到30Gbps（大约是Wi-Fi 6的3倍）；对于实时应用，将其时延控制在5ms以内。

为了实现上述惊人的性能提升，通过对物理层和链路层的优化，Wi-Fi 7引进或者改进了多项新技术，例如320MHz带宽、4096-QAM调制、Multi-RU、多链路操作、增强MU-MIMO、多AP协作等技术。

·     在传输速率方面：通过引入320MHz带宽、4096-QAM调制、MIMO 16X16等技术，使得单链路最大理论速率达到46.1Gbps。

·     频谱效率提升方面：通过引入Multi-RU、多AP协同等技术，让频谱资源利用更合理、更高效。

·     干扰抑制方面：通过引入Preamble Puncturing、协同OFDMA（C-OFDMA）、协同空间重用（CSR）、多链路同步信道接入等技术，使得AP间干扰更小，覆盖更均衡。

·     可保障低时延方面：通过引入多AP联合传输（JXT）、动态链路切换等技术，使得低时延接入能够得到保障。

表1 Wi-Fi 7与Wi-Fi 6主要参数对比

参数描述

Wi-Fi 6(802.11ax)

Wi-Fi 7(802.11be)

频段

2.4GHz、5GHz、6GHz（仅Wi-Fi 6E）

2.4GHz、5GHz、6GHz

最大带宽

160MHz

320MHz

调制方式

OFDMA，最高支持1024-QAM

OFDMA，最高支持4096-QAM

最大理论速率

9.6Gbps

46.1Gbps

MIMO

8×8 UL/DL MU-MIMO

16×16 UL/DL MU-MIMO

2020年4月23日，FCC宣布，考虑允许将6GHz频段中的1200MHz频谱开放给免许可应用，最终投票表决通过将6GHz（5925-7125MHz）的新频段开放给了免许可应用。欧盟随后也发布将6GHz低频段的500MHz（5925-6425MHz）带宽放开授权使用，其它世界各国也已经放开或正在逐步放开中。目前我国计划将高频段的700MHz（6425-7125MHz）带宽放开给5G或6G移动通信，低频段部分待定。

新的6GHz频段共有1200MHz带宽，可以提供59个20MHz、29个40MHz、14个80MHz、7个160MHz或者3个320MHz信道带宽。6GHz频段的带宽比之前2.4GHz+5GHz的总带宽还宽了一倍，Wi-Fi应用的可使用频宽变为了之前的三倍，极大地缓解了当前Wi-Fi频谱资源短缺的问题。Wi-Fi 6E作为Wi-Fi 6新频段的扩展，工作在6GHz频段，已批量落地应用。

目前Wi-Fi应用已授权频谱如下，黄色部分为当前国内授权可用信道。

图1 Wi-Fi应用授权频谱

Wi-Fi 7作为新一代的通信标准，将工作在2.4GHz、5GHz和6GHz三个频段上，最大带宽为320MHz。同时，为了更加灵活应用频谱，也支持240MHz带宽以及160MHz+80MHz、160MHz+160MHz的带宽绑定。

从频谱角度，在相同流数和相同编码的情况下，相比Wi-Fi 6的160MHz带宽，峰值理论吞吐量直接提升了一倍。

表2 802.11协议带宽

协议

支持的信道带宽

802.11

20MHz

802.11a/b/g

20MHz

802.11n

20MHz，40MHz

802.11ac Wave1

20MHz，40MHz，80MHz

802.11ac Wave2

20MHz，40MHz，80MHz，80+80MHz，160MHz

802.11ax

20MHz，40MHz，80MHz，80+80MHz，160MHz

802.11be

20MHz，40MHz，80MHz，80+80MHz，160MHz，160+80MHz，240MHz，160+160MHz，320MHz

Wi-Fi 6采用最高1024-QAM调制，每个符号承载10bit信息；随着硬件调制解调能力的不断提升，Wi-Fi 7将采用最高4096-QAM调制，每个符号承载12bit信息，因此相对于Wi-Fi 6来说，Wi-Fi 7的信息承载量会提升20%。

图2 1024-QAM与4096-QAM星座对比图

与Wi-Fi 6相同，Wi-Fi 7也支持800ns，1600ns，3200ns三种GI。如下表所示，在800ns GI情况下，结合320MHz的带宽，单流理论最大传输速率从1.2Gbps提升到了2.88Gbps。

表3 单流传输速率表

MCS

调制方式

码率

20MHz

(Mbps)

40MHz

(Mbps)

80MHz

(Mbps)

160MHz

(Mbps)

320MHz

(Mbps)

0

BPSK

1/2

8.6

17.2

36.0

72.1

144.1

1

QPSK

1/2

17.2

34.4

72.1

144.1

288.2

2

3/4

25.8

51.6

108.1

216.2

432.4

3

16-QAM

1/2

34.4

68.8

144.1

288.2

576.5

4

3/4

51.6

103.2

216.2

432.4

864.7

5

64-QAM

2/3

68.8

137.6

288.2

576.5

1152.9

6

3/4

77.4

154.9

324.3

648.5

1297.1

7

5/6

86.0

172.1

360.3

720.6

1441.2

8

256-QAM

3/4

103.2

206.5

432.4

864.7

1729.4

9

5/6

114.7

229.4

480.4

960.7

1921.5

10

1024-QAM

3/4

129.0

258.1

540.4

1080.9

2161.8

11

5/6

143.4

286.8

600.4

1201.0

2401.9

12

4096-QAM

3/4

154.9

309.7

648.5

1297.1

2594.1

13

5/6

172.1

344.1

720.6

1441.2

2882.4

Wi-Fi 6最多能够支持MIMO 8×8，Wi-Fi 7将传输的空间流数进一步提升，支持MIMO 16×16。提升后，Wi-Fi 7理论传输数率相比Wi-Fi 6会直接翻倍，STA接入能力也翻倍。

图3 MIMO 8×8与MIMO 16×16传输示意图

在物理层，Wi-Fi 7结合320MHz带宽、4096-QAM调制和MIMO 16×16三个特性，达成了工作组在成立之初30Gbps的速率目标。

将三个提升进行综合计算，理论速率的最大值达到了46.1Gbps，计算公式如下：

·     ：11be协议数据传输速率。

·     ：子载波比特位数(Number of data bits per subcarrier)，=每个符号位数×码率×子载波个数

·     ：空间流数量

·     ：符号间隔

Wi-Fi 7在MCS13、MIMO 16×16和320MHz带宽下的理论传输速率为46.1Gbps：

随着技术迭代，Wi-Fi技术可用的频谱资源也在不断增加，目前可工作在2.4GHz、5GHz、6GHz三个频段。实际应用中，同一空口环境下，设备间传输很难做到同步，当AP或STA主信道被占用时，将会推迟报文的发送，而不是立刻利用其它闲置的信道资源。同时，不同频段间的干扰水平，频谱特征不一致，部分信道空口资源不佳，一直在该信道上传输报文就会出现较多的丢包与重传。为了更有效地整合利用频谱资源，Wi-Fi 7直接从协议侧定义多链路聚合的相关标准，包含多链路架构、信道接入、数据传输等。

多链路设备，典型特征为一个射频单元有至少两个以上的射频链路链接到空口，但对于LLC层仅只有一个MAC地址。相比于单链路设备，在射频链路上增加了冗余。设备根据使用场景与空口状态，进行不同链路的切换与协同，来保障数据能够更高效、更快速、低延迟地进行传输。

图4 多链路设备

信道接入可以简单分为同步模式和异步模式。异步模式下，多个射频链路之间独立进行信道探测，侦听与数据收发，实现容易，自由度高，适用于链路之间隔离度足够不会产生设备内相互干扰的情况。如果多个射频链路之间共享天线，或天线之间的距离很小，单板走线隔离不理想，频谱间隔不是很大的时候，其中一个射频链路的发射信号功率会部分泄漏到其他射频链路上。此时，另一个射频链路接收到的泄漏信号可能强于底噪甚至强于接收信号，接收的效果就会恶化或无法收到有用信号。采用同步模式，多个射频链路同时进行信号的发送与接收，可以规避设备内的干扰。

图5 多链路设备同步/异步模式（Ref.802.11be draft1.3,Fig35-14）

在多链路设备上进行数据传输的典型模式有复制传输和联合传输。复制传输，其中一个信道环境存在干扰时，接收端根据先到先得原则，可以有效地降低传输时延。联合传输，顾名思义就是将数据报文进行合理地拆分，同时在两个射频链路上进行数据传输，可以有效地提升传输效率。此外，多链路设备可以通过其中一个链路交换其它链路的工作状态和电源管理信息，使其仅在需要的时候进入工作状态，剩余时间休眠，更有效地节能。

图6 多链路设备复制传输与联合传输

Wi-Fi 6之前的协议标准主要采用的是正交频分复用（OFDM）调制方式，将信道切分为多个子载波，提升速率的同时有较强的抗干扰能力，但单一信道同一时间内只能为同一用户服务。Wi-Fi 6引入了正交频分多址（OFDMA）这一成熟的4G蜂窝技术，子载波带宽更窄，增加了RU的概念，单一信道同一时间内可以为多用户服务。

Wi-Fi 6中单个STA只能使用单个RU资源，缺乏一些灵活性，Wi-Fi 7突破了这一限制，允许单个STA同时占用多RU，并且不同尺寸的RU可以进行组合。基于实现复杂度和频谱资源利用效率的均衡，也会做一些限制，小型RU（