2020 年 1 月，Wi-Fi（無線保真）Alliance 正式宣布開放 6 GHz（5 925 MHz–7 125 MHz），并給予了一個新的名稱 Wi-Fi 6E，同年四月美國 FCC（Federal Communications Commission）也投票通過了開放 6 GHz 頻譜為非授權頻帶（unlicensed）并允許給 Wi-Fi 使用，Wi-Fi 也正式地邁入了“三頻”時代，除了 Wi-Fi 6 與前代 Wi-Fi 所使用的 2.4 GHz 與 5 GHz 頻段，Wi-Fi 6E 也能在 6 GHz 的頻段下運作。

2021 年中旬，市面上一些主流的 Wi-Fi 設備商開始量產并銷售 Wi-Fi 6E 的產品，從 2022 年開始，Wi-Fi 6E 儼然成為市場上的主流規格，無論是歐美運營商的招標方案還是高檔家用 Wi-Fi 網絡設備如家用路由器、Mesh、無線信號拓展器甚至于高規格的筆記本電腦等等都已將 Wi-Fi 6E 列入基本規格，就當大家正摩拳擦掌準備迎接 Wi-Fi 6E 盛世到來的時刻，Wi-Fi 7 卻以迅雷不及掩耳的速度占領了大部分 Wi-Fi 產業與技術相關的版面，為什么 Wi-Fi 7 會引起大多數人的注意？Wi-Fi 7 相對于之前的 Wi-Fi 技術有哪些新的技術革新？它目前的進度如何？以下我們會針對這些問題來做探討。

Wi-Fi 7 時間表

一項新的 Wi-Fi 技術必須由 IEEE 與 Wi-Fi Alliance 共同來定義其技術規格、認證測試計劃與認證執行服務，從 IEEE 官方公布的時間表來看（圖 1），Wi-Fi 7 規范正式發布的日期預計會落在 2024 年第二季度左右，也就是說要到 2024 年才會有正式拿到 Wi-Fi 7 認證的 Wi-Fi 網絡設備在市場上問世。

圖 1 Wi-Fi 7 規范制定時間表

什么是 Wi-Fi 7 ？

在我們討論 Wi-Fi 7 之前，我們先來回顧一下歷代 Wi-Fi 規格的演進與技術亮點。2018 年年底，Wi-Fi Alliance 為了簡化復雜的 Wi-Fi 標準命名，于是正式將原有的 802.11ax 改名為 Wi-Fi 6，同時溯及既往，將既有的 802.11ac 改為 Wi-Fi 5，802.11n 則改名為 Wi-Fi 4（圖 2）。

圖 2 新 Wi-Fi 標準的命名

到了 2020 年，Wi-Fi 6E 緊接在 Wi-Fi 6 后問世，Wi-Fi 6E 開放了 6 GHz 的頻段給 Wi-Fi 使用，從此 Wi-Fi 正式進入到“真三頻”的架構（2.4 GHz/5 GHz/6 GHzTri-Band architecture）（圖 3）。

圖 3 Wi-Fi 6E 實現真三頻的架構

Wi-Fi 標準目前停留在 Wi-Fi 6E，IEEE 與 Wi-Fi Alliance 的科學家、學者與成員們正如火如荼的討論并提出 Wi-Fi 7 相關的技術規范與 MRD（Marketing Requirements Document），根據 Wi-Fi Alliance 最新的會議紀錄，最新的 MRD 文件已在 2022 年的 3 月正式被 WFA 所批準，而 IEEE 的工作小組也會在 2022 年 3 月發表最新 IEEE P802.11be/D2.0 的標準草案文件。

Wi-Fi 7 所依照的 IEEE 規范為 802.11be-Extremely High Throughput（ETH）， 對比 Wi-Fi 4 的 HT（High Throughput）、Wi-Fi 5 的 VHT（Very High Throughput）、與 Wi-Fi 6 的 HE（High Effi ciency），Wi-Fi 7 顧名思義地將 Wi-Fi 的吞吐量更往上推進。

如以上所述，Wi-Fi 7 的完整規格與新的技術雖然還尚未完全確定，但是其中幾個核心的關鍵技術已被某些 Wi-Fi 主芯片廠商與業界的規范領先者與制定者所背書；圖 4 列出了從 Wi-Fi 4 到 Wi-Fi 7 標準的演進與關鍵技術及差異，目前 4096-QAM 調變方式、頻帶擴充到 320 MHz 與 16×16 MU-MIMO 為三個優先被 IEEE 與 WFA 所承認的新規格。

圖 4 Wi-Fi 標準的變革與關鍵技術

關于 Wi-Fi 7 的規格、新技術與新功能從 IEEE、Wi-Fi Alliance、Wi-Fi NOW 等與 Wi-Fi 新技術與運用相關的官方機構所釋放出來的信息，加上近來坊間媒體與設備商的積極討論與推測，愈來愈多 Wi-Fi 7 的新技術漸漸浮出臺面，圖 5 列出了幾個目前討論度與可信度最高且具有關鍵作用的新技術。

圖 5 Wi-Fi 7 的關鍵新技術與功能

Wi-Fi 7 延續了之前 Wi-Fi 6 的精神，希望能通過一些新的技術來提升網絡傳輸的吞吐量與增進 Wi-Fi 網絡的效率，Wi-Fi 從一開始被發明出來就知道它不是一種高效率的架構，尤其在多用戶、高密度的網絡環境下更會凸顯出 Wi-Fi 網絡的缺點，如 Wi-Fi 工作頻段的干擾（Interference of ISM Bands），因多任務分時切換延遲所產生的 time out（Handshaking Time Out）、up-link 與 down-link 的吞吐量不同步（Asymptomatic Throughput of Up-link and Down-link）等等...加上 Wi-Fi 所使用的無線頻段是“免費”的，因此Wi-Fi 技術本身所造成的頻段資源浪費與低效率與移動通信所使用的 3G、LTE 與 5G 技術相比，確實有一大段差距，這也是為什么 IEEE 與 WFA 從 Wi-Fi 6 開始決定將 LTE 的關鍵技術如 OFDMA，Resource Unit，MU-MIMO 導入到 Wi-Fi，同時，這也是之前說提到 Wi-Fi 6 在 IEEE 的規范命名為 HE（High Effi ciency）的由來。

為了讓 Wi-Fi 網絡傳輸更有效率，Wi-Fi 7 開發了很多創新的新功能，其中最關鍵、最令人期待與最多人討論的為：多路連接運作（multi-link operation，MLO）、多重資源單位（multi-resource unit，MRU）與 Multi-AP Operation 多 AP 協同運作。

多路連接運作 MLO

多路連接運作的主要目的就是讓 Wi-Fi 設備能透過不同的頻段（2.4 GHz/5 GHz /6 GHz Bands）與頻道（Channels）同時傳送并接收數據，而且可以根據當時的交通狀況與需要來做負載平衡（Load Balance）或是資料的匯流（Data Aggregation），由于所有的工作都是可以跨頻段與頻道，因此大大地提升了整個網絡系統的傳輸速度并降低了多用戶同時聯機傳輸所產生的延遲現象。

目前市面上所使用的 Wi-Fi 技術可以允許一個 Wi-Fi 設備利用 2.4 GHz、5 GHz 或 6 GHz 的頻段來傳輸數據，但是在同一個時間內只能使用一種頻段，切換不同的頻段需要一定的切換時間，因此會對網絡系統造成延遲，對于一些對于延遲相對敏感的應用如無線 VR 裝置、實時的多人高清聯機游戲、元宇宙等等 ...，如何降低延遲時間即為一個急需解決的課題，Wi-Fi 7 的 MLO 技術為這個問題找到了解決方案，圖 6 說明 WiFi 7 MLO 可以通過不同的頻段同時傳輸。

圖 6 Wi-Fi 7 MLO vs Wi-Fi 6

如以上所述，通過 MLO 可以提升吞吐量與延遲，從圖 7 可以看出支持 Wi-Fi 7 MLO 的 Station 相對于單一鏈路連結的 Station 提升了接近三倍的吞吐量，圖 8 顯示出在 40% 至 70% 的網絡負載條件下，Wi-Fi 7 MLO 的 Station 對比于支持單一鏈路連結的 Wi-Fi 6 Station 降低了約 80% 的延遲。

圖 7 MLO 的優勢-吞吐量

Wi-Fi 7 MLO (2×2 BW160+2×2 BW320) vs.

Wi-Fi 6 SL (2×2 BW160)

圖 8 MLO 優勢-無線網絡延遲

Wi-Fi 7 MLO (2×2 BW40+2×2 BW160) vs.

Wi-Fi 6 SL (2×2 BW160)

MLO 有幾種不同的運作模式，從 Intel 所公布的文件數據（圖 9），列出了四種典型的 MLO 種類，根據其布建的難易復雜度與效能分別為 MLSR、eMLSR、Non-STR MLMR 與 STR MLMR，結論為：支持愈多路無線信號同時運作的 MLO 模式對于吞吐量或是延遲方面的性能提升效能就愈大；但是，天下沒有白吃的午餐，愈復雜的 MLO，其對硬件的要求與軟件算法程序的復雜程度也愈高。

圖 9 MLO 的種類與效能差異

另一家 Wi-Fi 芯片提供商聯發科技（MediaTek）提出了一個名為“Hybrid eMLSR”的 MLO 架構，eMSLR 的原理是將三個不同頻段連接（2.4 GHz、5 GHz、6 GHz）透過 2 個 Radio 來傳輸，其中一個 Radio 只傳輸 2.4 GHz 并設定為 STR 模式，而另一個 Radio 則設定在 eMSLR 模式并在 5 GHz 與 6 GHz 頻段傳輸，Hybrid eMLSR 實現比標準 eMLSR 更好的性能，若同時混合不同帶寬單路傳輸，對于整體網絡系統的延遲與吞吐量效能提升更有幫助，關于 eMLSR 與 STR 之間的效能比較請參考圖 10 與圖 11。

圖 10 Hybrid eMLSR 的優勢-吞吐量

Hybrid EMLSR 2×2 BW40+ (1×1 BW160+1× 1 BW320) vs.

STR 2×2 BW40+2×2 BW320

圖 11 Hybrid eMLSR 的優勢-無線網絡延遲

Hybrid EMLSR 2×2 BW40+ (1×1 BW160+1× 1 BW320) vs.

STR 2×2 BW40+2×2 BW320

MRU (Multiple Resource Unit)

為了實現更快的吞吐量與傳輸效率，Wi-Fi 6 采取了的正交頻分多址（orthogonal frequency division multiple access，OFDMA）的調變技術，它將無線射頻信道的資源分成一個一個小的時頻資源單位，這個資源單位也就是所謂的 RU（Resource Unit），每一個 RU 包含了多個子載波（Sub-Carrier），Wi-Fi 6 將子載波間距從 312.5 kHz 縮小為 78.125 kHz，增加了子載波可用數量，而 256 個子載波組成一個最小的 RU-26 資源單位，Wi-Fi 6 傳輸時，不同數量的子載波用資源單位 RU 整合分類，并且在同時間內，將不同的資源單位 RU 分配給不同的用戶，達到同時間服務更多用戶的目的。

RU 主要的目的是能在人潮眾多或是在高密度的環境下，能同一時間支持更多使用者，進而提升 Wi-Fi 傳輸的吞吐量與降低延遲。搭配不同的帶寬，RU 資源單位大小與數量也可彈性調整，例如帶寬 20 MHz 時可以有 9 個 RU-26（9 個用戶）或者 1 個 RU-242（1 個用戶），或是在 80MHz 的帶寬下，可以有 4 個 RU-106（4 個用戶）加上 2 個 RU-242（2 個用戶），共 6（4+2）個使用者同時傳輸。RU-242 以下的 RU 被定義為小資源單位，大于或等于 RU-242 以上的 RU 被定義為大資源單位，大資源單位 RU 可提高用戶傳輸速度使其加快完成數據傳輸；而小資源單位 RU 可在有限的帶寬內提供更多的用戶，在用戶密集的場所可有效減少信號傳不出去所造成的用戶不良感受。圖 12 列出了不同帶寬下所有 RU 組合。

Wi-Fi 7 基于 OFDMA 的 RU，提出了一個稱為 MRU（Multiple RU）的新機制來支持 802.11be-EHT 的實體層規范。

Wi-Fi 7 所提出的 MRU 與 Wi-Fi 6 的 RU 不同的地方在于，Wi-Fi 6 的 RU 分配上，一個節點只能被分配一個 RU，而且不能夠跨 RU 分配，而在 Wi-Fi 7 的 MRU，一個節點可以被允許分配到多個 RU。

MRU 的另一個好處就是能減低干擾對可用頻道的影響并加強了 OFDMA 的效率，Preamble Puncturing 的技術在 Wi-Fi 6 被引進，但在 Wi-Fi 7 中配合 MRU 的特性，讓 Preamble Puncturing 的工作機制更加的靈活，在 Wi-Fi 6 的架構下，做完 Preamble Puncturing 之后，其 RU 還是需要通過 OFDMA 的機制來分配給“多個”用戶，也就是說，在單一用戶的使用場景下 Preamble Puncturing 是無法發揮功用的，透過 MRU，在做完 Preamble Puncturing 后的 RU 可以全部分配給一個用戶，而且即使在不連續的頻譜（Non-Continuous Spectrum）下，一樣可以執行 Preamble Puncturing。

圖 12 基于 OFDMA 調變的所有 RU 組合列表

圖 13 顯示 Wi-Fi 7 的 MRU 能讓 RU 將信號干擾所造成的可用頻道損耗從 75% 降到 25%，這也是為什么支持 MRU 功能的 Wi-Fi 7 Station 相對于 Wi-Fi 6 的 Station 在多用戶與高密度的網絡環境下能夠提升 3 倍信道帶寬的可用性。

圖 13 MRU 提升 Wi-Fi Station 信道帶寬的可用性

除了提升帶寬的可用性外，支持 MRU 功能的 Wi-Fi 7 AP 對于降低多用戶同時傳輸的使用場景所造成的延遲有顯著的提升。

舉個例子，假設 4 個用戶要求同時傳輸不同長度的資料，用戶 1 到用戶 4 所要傳輸的原始數據長度分別為 23:1，基于 Wi-Fi 5 AP 的架構，在 SU(Single User)的多任務傳輸方式下，總共需要 451 μs 才能傳輸完 4 個用戶的所有數據；在 Wi-Fi 6 的架構下，OFDMA-RU 提供了效率較高的傳輸方式，由于沒有支持 MRU，所以需要分兩次來傳輸，第一次傳輸的數據長度為 11:1（RU-484 ton for each user），第二次傳輸為12:0（RU-484 tone for user 1 and user 2；RU-996 tone for user 3），總共需要 406 μs 才能傳輸完 4 個用戶的所有數據；在 Wi-Fi 7 的架構下，MRU 提供了效率最高的傳輸方式，藉由不同 RU 尺寸的互相組合，與之前提到的 Preamble Puncturing，只需要 302 μs 便可完成所有用戶的傳輸。

圖 14 為在不同 Wi-Fi 規范下基于 4 個用戶同時傳輸時點對點（End-to-End）的延遲比較，支持 MRU 的 Wi-Fi 7 AP 能用更有效率的方式來分配 RU 進而縮短點對點之間的延遲時間，與 Wi-Fi 5 比較，能降低 33% 的延遲；與 Wi-Fi 6 比較，能降低 25% 的延遲。

圖 14 不同 Wi-Fi 規范下基于 4 個用戶點對點的延遲比較

Multi-AP Operation

多 AP 協同運作（Multi-AP Operation 或是 Multi-AP Coordination）跟之前所提的 MLO、MRU 一樣都是 Wi-Fi 7 將采納的新技術，其實類似 Multi-AP Operation 的技術早在 Wi-Fi 5 就已經出現，并且取了一個淺顯易懂的名字——“Wi-Fi Mesh”，當時的 Wi-Fi Mesh 的技術主要都是由芯片廠商提供，如 Qualcomm 的 Wi-Fi SON，Broadcom SmartMesh，因此無可避免地會遇到兼容性的問題，后來 Wi-Fi Alliance 定義了 EasyMesh 的標準規范，將 Mesh 協議標準化以解決 Mesh 兼容性的問題。Wi-Fi Mesh 只是 Multi-AP Operation 的前身，如上一段文章所提到，之前的 Wi-Fi Mesh 大多是 Wi-Fi 芯片供應商自行定義且開發的特殊功能，如網狀網絡控制器與代理人（Mesh Controller and Agents）、Wi-Fi 智能漫游（Wi-Fi Smart Roaming）等等，在現今的 802.11 通信框架（802.11 Protocol Framework）對于 AP 與 AP 之間的協同運作方式并沒有太多著墨，在 Wi-Fi 7，IEEE 特別提出了 Multi-AP Operation 的規范，對各個 AP 之間的頻道選擇與負載調整進行優化來達到最高效的使用率并讓 Wi-Fi 無線資源能被公平且平衡地分配。

Wi-Fi 7 的多 AP 協同運行最重要的關鍵技術就是 AP 之間的協同進程安排（Coordinated Scheduling），它必須同時考慮到時間與頻度的維度還有單元間干擾抑制協調（inter-cell interference |coordination；ICIC）與 MIMO 的分發等等條件，AP 與 AP 之間互相干擾愈降低，則通信的品質與無線信號的可用度也就愈高。

Multi-AP Operation 有以下幾種方式布建方式，分別為 C-OFDMA（Coordinated Orthogonal Frequency Division Multiple Access）、CSR（Coordinated Spatial Reuse)、C-CDMA(Coordinated Collision Division Multiple Access)、CBF(Coordinated Beamforming)以及 JXT（Joint Transmission），如圖 15。

圖 15 Multi-AP Coordination 的布建方式

Wi-Fi 設備廠商可以根據不同的 Wi-Fi 網絡架構與配置來決定 Multi-AP Coordination 的方式，以上所提到的五種 Multi-AP Coordination 布建方式分成由媒體接入層驅動（MAC-Driven）（圖16）或是由物理層驅動 （PHY-Driven）（圖17）兩種技術，由 PHY Driven 的 coordination method 比較容易實現，技術門檻也比較低，由 MAC Driven 的 coordination method 技術上比較復雜且需要投入較高的建置成本，但是效果也相對顯著。

圖 16 MAC Driven 的 Multi-AP Coordination Methods

圖 17 PHY Driven 的 Multi-AP Coordination Methods

根據著名市調機構 Yole 的預測（圖18），從 2024 開始 Wi-Fi 7 會開始在市場鋪貨，到 2026 年，Wi-Fi 6E 的市場份額會正式超越 Wi-Fi 6 成為 Wi-Fi 主流的規格，Wi-Fi 7 的比例也會從 2014 年的 3% 提升到 8%，隨著 Wi-Fi 技術的進步與創新，愈來愈多新奇的、充滿想象的應用也將實現真正的“無線一體化”，如 Facebook 的原宇宙（Meta Universe）運用、4 K/8K 高分辨率無線顯示屏幕，實時互動的高解析線上游戲，與動作視覺同步機器手臂、機器人，高清無線監控系統，AI 高速數據傳輸與分析等等...可能就是這些新應用的驅使帶動下，讓近幾年 Wi-Fi 技術的變革比之來得更快，回想 2019 年 Wi-Fi 6 問世到 2024 年 Wi-Fi 7 標準正式發布也不過 5 年不到的時間，相比于從 Wi-Fi 4 升級到 Wi-Fi 5（2009-2014）與 Wi-Fi 5 升級到 Wi-Fi 6（ 2014-2019）所花費的時間都來得快。

Wi-Fi 6E 已在 2021 年開始出貨，在 2024 年 Wi-Fi 7 標準正式發布之前，Wi-Fi 6E 勢必成為未來 2 年的 Wi-Fi 設備的主流規格，我們已經走在 Wi-Fi 6E 的 道路上了，離 Wi-Fi 7 還會遠嗎？

圖 18 Wi-Fi 6/6E/7 的市場份額預估

審核編輯 ：李倩