Wi-Fi 7是新一代Wi-Fi技術標準,協議代號為EHT(ExtremelyHigh Throughput),即極高吞吐量。顧名思義,該標準通過新型的物理層和數據鏈路層技術,將Wi-Fi的性能推向了新的高度,使其高速率、低延時、多并發的特性可以更好地支持虛擬現實、超高清等新興應用的發展。
Wi-Fi的發展歷史
Wi-Fi技術主要是指采用IEEE802.11協議族標準的無線局域網技術。Wi-Fi技術經過20余年的發展,目前已成為無線終端接入互聯網的主要方式之一,具備速度快、成本低、組網便捷等特點,適用于短距離無線通信場景(如家庭、室內辦公、娛樂等)。
目前越來越多的終端設備(如個人電腦、手機、平板電腦、傳感器、智能家居設備等)通過Wi-Fi接入互聯網。早期的Wi-Fi標準IEEE802.11-1997最高速率只能達到2Mbit/s;IEEE802.11b將速率提升到了11Mbit/s;引入了OFDM等技術后,IEEE802.11g和IEEE802.11a物理層速率提升到了54Mbit/s。之后IEEE802.11協議族演進出了三代經典的標準:IEEE802.11n、IEEE802.11ac和IEEE802.11ax,也就是人們熟悉的Wi-Fi4、Wi-Fi5和Wi-Fi6技術標準。
IEEE802.11n(Wi-Fi4)加入OFDM、MIMO、MAC層聚合等技術,最高速率達到了450Mbit/s。IEEE802.11ac(Wi-Fi5)技術標準將帶寬增加到了80MHz和160MHz,加入波速成形、下行MU-MIMO等技術,物理層最高速率達到6.9Gbit/s。
IEEE802.11ax(Wi-Fi6)標準則旨在解決Wi-Fi的網絡效率問題,提升密集環境下用戶的網絡性能,其參考借鑒了4G的OFDMA技術,同時又引入了1024QAM高階調制、SR空間復用和上下行MU-MIMO等技術,最高速率可達到9.6Gbit/s。
Wi-Fi7的設計目標
隨著電子信息技術的發展,市場上的新興應用層出不窮,例如4K/8K高清視頻、虛擬現實、視頻會議等,這些應用對無線通信帶寬有了更高的要求,如4K/8K高清視頻要求數據傳輸速率達到20Gbit/s以上。
目前很多應用除了高速率之外,對時間敏感度(如時延、抖動、丟包率等)也有很高的要求,例如大型網絡游戲、工業物聯網和虛擬現實等新興應用,要求時延在10ms以下。
Wi-Fi7的設計目標是利用現有的2.4GHz和5GHz頻段以及新增的6GHz頻段,兼顧高性能和高可靠性兩方面特性,使得Wi-Fi速率達到30Gbit/s以上,時延降低到5ms以下。
據悉,IEEE802.11be工作組成立于2019年,目前標準制定進行到DRAFT3.0版本,預計2024年底Wi-Fi7標準將正式發布。Wi-Fi聯盟也成立了Wi-Fi7的TTG工作組,計劃在2023年底啟動認證測試。
Wi-Fi7應用場景
虛擬現實
隨著元宇宙概念的提出,越來越多的線下場景被數字化。高性能的XR設備是元宇宙的入口終端(主要包括VR一體機、VR/AR眼鏡、VR頭盔等),旨在打造一個身臨其境的數字化場景,用戶通過XR設備能夠獲得與真實世界一致的用戶體驗。例如運動類VR程序在虛擬環境中可創建一個運動環境(如乒乓球場、網球場、羽毛球場等),用戶能夠通過VR設備進行各種球類運動,仿佛置身真實場地中。此類應用終端要在第一時間捕獲用戶的實時動作和身體姿態,因此對無線網絡提出了較高要求,高速率、多并發和低時延才能滿足此類應用,而這正好符合Wi-Fi7的技術特點。
視頻會議/在線辦公
疫情三年,居家辦公、視頻會議、在線辦公、云端辦公成為很多公司員工主要的辦公方式。在后疫情時代,視頻會議、云端辦公等辦公方式以其效率高、互動性強、成本低等特點被不少公司保留。伴隨著4K/8K超高清技術的引入以及在線人數的增多,人們對高速率、無卡頓網絡的需求與日俱增,Wi-Fi7的發展恰逢其時。此外,無論是居家辦公還是現場辦公,隨著云端應用和物聯網應用的增加,用戶也需要更低的延遲和更高的上傳/下載速率,以實現高效辦公。
游戲場景
近年來,電子游戲行業快速發展,游戲形態層出不窮,特別是以“王者榮耀”為代表的手機游戲發展異常火爆。此類游戲通常在一個場景中會有多個不同的玩家,游戲終端與游戲服務器不斷實時交換游戲生成的數據,因此必須保證數據的實時性,若延時過大就會影響用戶的游戲體驗。云游戲是一種新興的電子游戲,它允許計算量大的游戲在玩家的低成本終端設備上運行,這與在傳統平臺上運行的游戲形成鮮明對比。在云游戲中,用戶的終端設備不需要渲染圖片或視頻,這項工作在云端服務器完成,因此需要高速率、大帶寬的網絡配合,Wi-Fi7高速率、低時延的特性正好滿足此類需求。
工業互聯網
工業互聯網的數據傳輸以往通過有線網絡進行,目前正在進行從有線到無線的升級。Wi-Fi7大帶寬、低時延的特點十分契合工業場景,例如其大帶寬、高速率特性能夠支持工業場景實時的視頻采集;低時延、高可靠特性能夠保證工業設備控制的準確性;高可靠特性能夠保證AGV的無縫漫游。
Wi-Fi7核心技術
為了達到更高的性能,Wi-Fi7采用了320MHz帶寬、4096QAM高階調制、多空間流、多RU策略、多鏈路運行(MLO)等技術。
320MHz帶寬
為了支持更高速率,Wi-Fi7將最大帶寬提升到了320MHz,帶寬的提升使其能夠達到30Gbit/s及以上的速率。320MHz帶寬的使用也與6GHz頻段的開放有很大關系。美國政府2020年4月23日發布法規,將全部6GHz頻段(5925—7125MHz,共計1200MHz帶寬)用于免許可業務。歐洲開放5925—6425MHz的500MHz帶寬用于免許可業務。擁有6GHz頻段的支持,新一代的Wi-Fi7技術能夠使用連續的320MHz帶寬進行數據傳輸。
高階調制
高階調制一直是Wi-Fi技術演進中的重要一環。Wi-Fi7最高支持4096QAM高階調制,每個符號能夠攜帶12個比特位。Wi-Fi6最高支持1024QAM,每個符號攜帶10個比特位。因此Wi-Fi7的性能相比Wi-Fi6提升20%。
多空間流
自Wi-Fi4引入MIMO技術之后,多空間流一直都是Wi-Fi技術提升性能的手段之一。Wi-Fi7最高支持16空間流,較Wi-Fi6的8空間流提升了一倍。
改進的OFDMA策略
Wi-Fi7在多址技術上繼續采用正交頻分多址技術(OFDMA)。自Wi-Fi6開始,Wi-Fi借鑒蜂窩無線網絡,引入了OFDMA技術,增加了RU的概念,但Wi-Fi6的OFDMA技術仍存在局限性,每個終端只能分配到一個RU。Wi-Fi7改進了OFDMA技術,在規則內允許單個終端占據多個RU,使頻譜效率再次得到提升。此外,Wi-Fi7的前導碼穿孔機制也變得更加靈活,支持240MHz和320MHz帶寬。
多鏈路運行
Wi-Fi7引入了多鏈路運行技術(MLO)。傳統的Wi-Fi一般只能通過單一頻段進行傳輸,而Wi-Fi7引入多鏈路聚合機制,能夠實現在不同物理層鏈路上的分組聚合,在多頻段上同時傳輸數據。傳輸的模式主要有復制傳輸和聯合傳輸。復制傳輸是在兩條鏈路上傳輸同樣的數據流,先到先得,增加了鏈路的可靠性。聯合傳輸是在兩條鏈路上傳輸不同的數據流再進行組合,有效提升了傳輸效率。Wi-Fi7通過多鏈路運行技術可實現更高的吞吐量和更低的時延。
Wi-Fi7的發展現狀
全球產業情況
目前Wi-Fi7的芯片及解決方案已經問世。高通在2022年MWC大會上發布了首款支持Wi-Fi7的高通FastConnect7800芯片,可完整支持Wi-Fi7的所有特性,覆蓋2.4GHz、5GHz、6GHz三大頻段,支持高頻多連接并發技術、4096QAM高階調制技術,峰值傳輸速度可達5.8Gbit/s,比前代提升60%。
博通在2022年發布了Wi-Fi7生態系統產品組合,芯片組包括BCM67263、BCM6726、BCM43740、BCM43720和BCM4398,產品涵蓋Wi-Fi路由器、住宅網關、企業接入點和用戶端設備。
聯發科在CES2023上首次展示了Wi-Fi7解決方案,MediatekFilogic880平臺主要面向運營商、路由器零售商和企業級市場。Filogic380平臺旨在為智能手機、平板電腦、筆記本電腦、電視和流媒體設備等眾多終端帶來Wi-Fi7連接。
英特爾也在“2023中國臺北國際計算機展”上展出了全新的支持Wi-Fi7的BE200/GalePeak2無線網卡。
在產品方面,目前上市的Wi-Fi7產品并不是很多,能夠供消費者選擇的主要是路由器產品。
例如TP-Link的ArcherBE900和ArcherBE800,華碩的BE96U,NetGear的BE19000等,現階段這些產品主要在海外銷售。
目前IEEE802.11be標準制定已經到了D3.0階段,Wi-Fi聯盟計劃于2023年年底開始Wi-Fi7的認證測試,預計在Wi-Fi聯盟認證推出后Wi-Fi7將開始大規模商用。
我國相關產業發展情況
目前我國Wi-Fi7產業處于起步階段。2023年6月1日,工信部網站發布了《國家無線電辦公室關于采用IEEE802.11be技術標準的無線局域網設備新增型號核準技術要求及測試方法的通知(征求意見稿)》,Wi-Fi7相關標準有望在不久后落地。
當然,目前有些產品的方案已基本成熟,例如小米手機在其微博上表示小米13系列和萬兆路由器將支持Wi-Fi7,預計在型號核準政策確定和聯盟認證推出后市面上會出現更多的Wi-Fi7產品。
目前在Wi-Fi領域,我國主要的產業鏈為芯片、產品和服務應用,其中芯片及其解決方案是產業的核心和關鍵。在Wi-Fi6時代,我國的芯片企業(如華為海思、樂鑫科技等)已經能夠自研Wi-Fi6芯片,隨著我國芯片產業的發展,相信Wi-Fi7時代會將有更多的***出現。
此外,頻譜資源也是影響我國Wi-Fi7產業發展的重要因素之一。2023年6月28日,工業和信息化部發布的新版《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》明確提出,率先在全球將6425—7125MHz全部或部分頻段劃分用于IMT(國際移動通信,含5G/6G)系統,這意味著6GHz的下半部分已經劃分給了IMT。上半部分(5925MHz—6425MHz)是否劃分給Wi-Fi目前還沒有明確答案。未來如果這段頻譜劃歸Wi-Fi使用,必將加速Wi-Fi7相關產業發展。
Wi-Fi7的發展趨勢和挑戰
頻譜資源
從Wi-Fi的發展歷史來看,通過擴大頻譜資源換取更高的速率一直是Wi-Fi技術的發展方向之一,Wi-Fi7也遵循了這樣的規律,通過更大的320MHz帶寬獲取更高的速率性能。
6GHz頻段為Wi-Fi7的大帶寬提供了保障,6GHz頻段內的連續頻譜足以提供3個320MHz信道、7個160MHz信道或14個80MHz信道的帶寬,有效解決Wi-Fi頻段不足的問題。
目前美國、日本及歐盟等國家和地區將6GHz頻譜全部或部分給了Wi-Fi技術。而我國的頻譜劃分與歐美有所不同,6GHz頻段是否留給Wi-Fi使用還未給出明確政策。當前階段在我國銷售的Wi-Fi產品還不能使用6GHz頻段,目前我國也沒有連續的320MHz頻段來支持Wi-Fi7的最高速率,因此我國未來的頻譜策略能否支持Wi-Fi7的最大帶寬仍是個疑問。
終端和應用
目前Wi-Fi7的發展還處于起步階段,Wi-Fi7終端普及度不高。如果未來蘋果手機以及安卓手機都支持Wi-Fi7技術,Wi-Fi7成為高端手機的標配,則無疑會加速Wi-Fi7的發展和普及。
此外,新型終端及其相應的“殺手級應用”也會加速Wi-Fi7的普及,例如蘋果VR眼鏡上的沉浸式體驗、VR一體機和AR眼鏡上的“殺手級應用”、相關爆款手機游戲等。但新應用也有一定的不確定性,例如火爆了兩年的元宇宙近期開始降溫,元宇宙的鼻祖Meta營收也出現下滑。因此,新終端、新應用能否助力Wi-Fi7發展還有一些不確定因素。
消費者的接受度
目前市場上Wi-Fi7產品的數量有限,價格偏高。以TP-LINK的Wi-Fi7路由器BE800為例,其在美國亞馬遜網站上的銷售價格為599美元,已經接近一部高端手機的售價,價格明顯偏高。后續隨著Wi-Fi7技術的成熟以及聯盟認證的開展,將有更多的Wi-Fi7產品供消費者選擇,產品價格也將下降。
此外換機周期也是需要考慮的因素,2019年Wi-Fi聯盟正式發布Wi-Fi6認證,距今也才四年的時間。CounterpointResearch調研數據顯示,2022年手機換機周期長達43個月,為歷史最高水平,而網絡設備的更換周期一般要長于手機,很多家庭在2020年前后更換了Wi-Fi6設備,消費者是否有意愿在第一時間將Wi-Fi網絡升級到Wi-Fi7還有待觀察。
結語
作為最新一代無線局域網標準,Wi-Fi7將Wi-Fi的性能再次提升到了一個新的高度,適合于新興應用場景(如虛擬現實、超高清視頻、工業互聯網等)。雖然目前Wi-Fi7的發展仍處于起步階段,但隨著應用的不斷創新、產業生態的不斷成熟以及消費者需求的不斷增長,未來Wi-Fi7必將成為無線通信的重要組成部分。
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原文標題:一文看懂Wi-Fi 7技術標準與發展趨勢
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