高通專業(yè)聯(lián)網(wǎng)平臺助攻　下一代Wi-Fi 7無線技術前瞻

回顧歷代Wi-Fi的命名史

Wi-Fi的歷史最早可以追溯到1997年，當年802.11標準首次登場，擁有最高2Mbps的傳輸速率（約0. 25MB/s）。隨后，802.11b在1999年發(fā)布，而該標準也被業(yè)內(nèi)視為“初代Wi-Fi”，并一路迭代到802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac（表1），每一代新的協(xié)議標準都大幅提升了Wi-Fi的原始吞吐量和覆蓋范圍，以及更好的用戶體驗（圖1）。

看起來很頭痛？沒錯，早期Wi-Fi協(xié)議標準都是依靠后綴的字母區(qū)分新舊，b、a、g、n沒有任何順序和關聯(lián)性可言，普通用戶很難弄清它們之間誰更先進。這個問題一直持續(xù)到2018年，Wi-Fi聯(lián)盟為802.11ax設定了“Wi-Fi 6”的全新命名，而且這種基于數(shù)字的世代模型還有追溯性，如此802.11ac、802.11n等早期協(xié)議標準也就可以用Wi-Fi 5和Wi-Fi 4替代了（圖2），簡單清晰又明了。

表1：歷代Wi-Fi協(xié)議標準匯總表

Wi-Fi 7標準仍在制定中

Wi-Fi 7，代表的是IEEE 802.11全新發(fā)布的IEEE 802.11be修訂標準。根據(jù)IEEE 802.11beEHT工作組披露的標準開發(fā)時間表，時至今日（2022年6月）依舊處于Wi-Fi 7研發(fā)的中期階段，剛剛進行了第二版草案Draf t 2.0的發(fā)布（圖3）。而Wi-Fi 7最終版本的發(fā)布日期，需要等到2024年5月。

因此，無論是聯(lián)發(fā)科在2022年1月進行的全球首個Wi-Fi 7現(xiàn)場演示、高通在2月發(fā)布的全球首款Wi-Fi 7芯片F(xiàn)astConnect 7800、博通在4月帶來的BCM4916 SoC和其他Wi-Fi 7生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品（圖4），以及高通剛剛發(fā)布多個號稱全球最具擴展性的商用Wi-Fi 7專業(yè)網(wǎng)絡解決方案，本質(zhì)上都屬于Wi-Fi 7 Ready，這些芯片只能說是支持Wi-Fi 7的部分功能和特性（全部的還在定制中），未來能否通過固件更新，從Wi-Fi 7Ready升級到Wi-Fi 7的正式版還不好說。

Wi-Fi 7都哪里變了

在歷代Wi-Fi協(xié)議標準中，Wi-Fi 4相較Wi-Fi 3、Wi-Fi 5相較Wi-F 4，在速度層面有了質(zhì)的跨越，顯著提升了無線設備（如手機、筆記本）的下載速度。然而，到了Wi-Fi 6時代，哪怕是它的衍生版Wi-Fi 6E（圖5），在速度方面的變化卻并不明顯（遠不如前輩的十余倍提升），無線設備的下載速度并沒有因新的無線標準而受益。

Wi-Fi 6E的特色是將Wi-Fi 6的關鍵特性組合擴展至6GHz頻段

實際上，Wi-Fi 6在協(xié)議制定之初就沒有主打“提速”，而是專注于“提升接入質(zhì)量”，也就是可以穩(wěn)定接入更多設備，降低延遲，更適合IoT設備和智能家居的布網(wǎng)需求，重點關注了高密場景下的用戶體驗。

全新的Wi-Fi 7則充分發(fā)揚了“既要，也要”的精神，其無線傳輸速度可以達到30Gbps～46Gbps，媲美當前最先進的雷電4接口的有線傳輸速度（圖6）。同時，Wi-Fi 7還能進一步降低網(wǎng)絡延遲，從而滿足視頻/語音會議、云/邊緣計算、互動遠程醫(yī)療、沉浸式AR/VR等場景對吞吐率和時延的苛刻要求。

那么，Wi-Fi 7是如何實現(xiàn)的？

淺析Wi-Fi 7的主要特性

Wi-Fi 7協(xié)議的目標是將WL AN網(wǎng)絡的吞吐率提升到3 0Gb ps（實際理論可達46Gbps），并且提供低時延的接入保障。為了滿足這個目標，整個協(xié)議在PH Y層和MAC層都做了相應的改變（圖7）。

升級4096 QAM

比如，當前Wi-Fi 6的最高調(diào)制方式是1024 QAM，其中調(diào)制符號承載10bits。全新的Wi-Fi 7將支持4096 QAM（圖8），調(diào)制符號可以承載12bit，大家可以理解為傳輸?shù)男盘柮芏仍黾恿?。因此在相同的編碼下，Wi-Fi 7相比Wi-Fi 6可以獲得額外20%的速率提升。

支持320MHz帶寬

我們都知道，傳統(tǒng)2.4GHz和5GHz頻段下的網(wǎng)絡非常擁擠，在Wi-Fi 6之前運行VR /AR等新興應用時很容易遇到QoS低的問題。因此，Wi-Fi 6E才會通過引入對6GHz頻段的支持提升吞吐量。全新的Wi-Fi 7同樣支持6GHz頻段，相較Wi-Fi 6E的160MHz，其最大帶寬提升到了320MHz，理論上傳輸速率可直接翻倍。同時，Wi -F i 7還增加了新的帶寬模式，包括連續(xù)240MHz，非連續(xù)160MHz+80MHz，連續(xù)320MHz和非連續(xù)160MHz+160MHz。

增強的MIMO功能

上一代Wi-Fi 6最多支持8根天線發(fā)送信號，8根天線接收信號，也就是8×8 MIMO天線陣列。全新的Wi-Fi 7支持的天線數(shù)量是上代的2倍，最多支持16×16 MIMO天線陣列，理論上傳輸速率也可翻倍。此外，Wi-Fi 7還支持分布式MIMO，16條數(shù)據(jù)流可以不由一個接入點提供，而是由多個接入點同時提供。

通過上述改進，我們就能知道Wi-Fi 7的理論傳輸速率是如何計算出來的：9.6Gbps（Wi-Fi 6E的理論最高速率）×1.2（升級409 6 QAM的增益）×2（帶寬翻倍）×2（天線翻倍）=46Gbps。

Wi-Fi 7的其他變化

Wi-Fi 7的改進顯然不止于提速，它還支持Multi-RU機制，允許將多個RU分配給單用戶的機制，較之Wi-Fi 6每個用戶只能在分配到的特定RU上發(fā)送或接收幀，大大提升了頻譜資源調(diào)度的靈活性。Wi-Fi 7還引入了Multi-Link多鏈路機制，主要包括增強型多鏈路聚合的MAC架構、多鏈路信道接入和多鏈路傳輸?shù)认嚓P技術（圖9）。

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在使用支持Wi-Fi 5或Wi-Fi 6的路由器和手機時，我們可以同時搜索到2個熱點，比如CFa n、CFa n-5G，分別代表2. 4GHz和5GHz兩個頻段。5GHz頻段的網(wǎng)速快，所以很多用戶都會讓手機自動接入這個網(wǎng)絡。但是，5GHz頻段的抗干擾、穿墻能力差，一旦我們距離路由器遠了或是隔了一堵墻，手機就會自動切換到2.4GHz頻段。問題是，在Wi-Fi 6環(huán)境下，我們的手機無法從2.4GHz切換回5GHz頻段，必要時還是需要我們手動切換。

到了W i - F i 7時代就沒有這個問題了，Wi-Fi 7可以同時接入2.4GHz、5GHz和6GHz三個頻段，請注意是“同時接入”，可以根據(jù)信號強度自動在三個頻段間切換。此外，Wi-Fi 7還優(yōu)化了對多A P的支持，大家可以理解成未來的手機可以同時接入多個路由器。請注意，這里還是“同時接入”，這意味著當我們從一個路由器（AP）覆蓋范圍走到另一個路由器覆蓋范圍的過程中，不會出現(xiàn)信號的瞬間中斷和重連（切換），系統(tǒng)會根據(jù)多個信號強度自動分配不同路由器的網(wǎng)絡資源。

Wi-Fi聯(lián)盟曾表示，Wi-Fi 7將減少對時間敏感的網(wǎng)絡應用程序內(nèi)的信號延遲和抖動，包括AR /V R、4 K 和8 K視頻流、汽車、云計算、游戲和視頻應用程序都能從中收益。電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）也曾宣稱，Wi-Fi 7致力于改善用戶體驗，在觀看20Gb ps未壓縮速率的8 K視頻的同時，還能為游戲提供低于5毫秒的實時通信。

需要注意的是，各國對6GHz（5925MHz～7125MHz）頻段的開放態(tài)度并不統(tǒng)一（圖10），比如我國暫時就還未對6GHz給出明確的政策。從現(xiàn)有的資料來看，我國似乎更傾向將6GHz頻段作為授權頻段，用于5G和下一代的6G蜂窩網(wǎng)絡。這意味著，Wi-Fi6E和Wi-Fi 7擴展至6GHz頻段的特性可能無法實現(xiàn)，無論是理論傳輸速率還是其他特性功能的體驗都會出現(xiàn)不同程度的縮水。

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高通Wi-Fi 7專業(yè)平臺前瞻

本刊曾在2022年第7期《借MWC2022契機 淺析智能手機的近中遠期規(guī)劃》一文中介紹過全球首個且速度最快的Wi-Fi 7商用解決方案——高通FastConnect 7800移動連接系統(tǒng)（圖11）。今年5月高通發(fā)布的商用Wi-Fi 7專業(yè)網(wǎng)絡解決方案將不再局限于手機，而是用于專業(yè)聯(lián)網(wǎng)平臺，覆蓋企業(yè)級無線AP、家用Mesh、運營商網(wǎng)關、游戲路由器、5G FAW網(wǎng)關等等應用場景（圖12）。

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高通商用Wi-Fi 7專業(yè)網(wǎng)絡解決方案屬于Networking Pro系列第三代產(chǎn)品，包含Networking Pro 1620、1220、820和620四款產(chǎn)品。官方稱它們均具備強大的網(wǎng)絡加速能力、更低的CPU占用率，也是業(yè)界擴展性最佳的，無論是面向企業(yè)級、中小企業(yè)、運營商網(wǎng)關、專業(yè)用戶網(wǎng)狀網(wǎng)絡還是家庭部署，都能獲得最合適的選擇。

Networking Pro x20系列平臺擁有極高的吞吐量、極佳的確定性時延，系統(tǒng)最大物理層（PHY）速率高達33Gbps（距離Wi-F i 7的理論極限還有一定距離），單個信道的無線物理層速率也提升至11.5Gbps，而且單個信道的用戶容量就超過500個（圖13）。

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其中，Networking Pro 1620最為先進，它支持四頻16路數(shù)據(jù)流連接（4+4+4+4），峰值無線容量達33.1Gbps，主要面向體育場館、大型企業(yè)和頂級家庭網(wǎng)狀網(wǎng)絡系統(tǒng);Networking Pro 1220屬于次旗艦，支持三頻12路數(shù)據(jù)流連接（4+4+4），峰值無線容量為21.6Gbps，面向企業(yè)級、中小企業(yè)、產(chǎn)消者和頂級家庭網(wǎng)狀網(wǎng)絡系統(tǒng);Networking Pro 820支持四頻8路數(shù)據(jù)流連接，面向企業(yè)級、中小企業(yè)、產(chǎn)消者和頂級家庭網(wǎng)狀網(wǎng)絡系統(tǒng);Networking Pro 620支持三頻6路數(shù)據(jù)流連接，面向企業(yè)級、中小企業(yè)、游戲應用和家庭網(wǎng)狀網(wǎng)絡系統(tǒng)（圖14）。

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Networking Pro x20系列平臺能與高通自家的FastConnect 7800配合使用。為了在遠距離、戶外等條件下也能最大化利用6GHz頻段，高通還推出了面向硬件和軟件的一站式解決方案“高通自動頻率控制”，可集成在基于高通專業(yè)聯(lián)網(wǎng)平臺、高通沉浸式家庭聯(lián)網(wǎng)平臺的用戶設備中，將在通過正式監(jiān)管審批后商用（圖15）。

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小結

目前聯(lián)發(fā)科、博通和高通都已經(jīng)發(fā)布了Wi-Fi 7無線產(chǎn)品，當前理論速度可達33Gbps，較之Wi-Fi 6提升了5倍，最快今年年底或明年年初就能買到量產(chǎn)產(chǎn)品。但是，大家不要指望Wi-Fi 7可以全面開花，未來2年還是Wi-Fi 6的天下，業(yè)內(nèi)普遍認為Wi-Fi 7需要等到2025年才有機會取代Wi-Fi 6成為市場主流。因此，大家不要好高騖遠，還是應該仔細琢磨一下哪款Wi-Fi 6設備更適合自己（圖16）。

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