隨著2020年1月，802.11ax標(biāo)準(zhǔn)草案的6.0版本(Draft6.0)通過(guò)IEEE標(biāo)準(zhǔn)工作組的投票，WiFi-6的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以說(shuō)是塵埃落定了。而作為向下一代過(guò)渡產(chǎn)品的WiFi-6E也已經(jīng)有原型產(chǎn)品出現(xiàn)。出于技術(shù)演進(jìn)的正常節(jié)奏，以及與其他無(wú)線通信方案競(jìng)爭(zhēng)的需要，WiFi聯(lián)盟需要制定下一代的wifi7的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而目前，最有可能成為WiFi-7的協(xié)議主體的，就是802.11be標(biāo)準(zhǔn)。它于2018年5月開(kāi)始建立小組進(jìn)行預(yù)研，并在2019年正式立項(xiàng)（PAR Approved，項(xiàng)目授權(quán)請(qǐng)求被批準(zhǔn)）。

802.11be的項(xiàng)目授權(quán)需求為Extremely High Throughput（極高吞吐量）。在項(xiàng)目的預(yù)研階段，人們以802.11ax為基準(zhǔn)，進(jìn)行了旨在提高技術(shù)指標(biāo)的各種討論，并且達(dá)成了一些共識(shí)，作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。當(dāng)然，802.11be十分年輕，如果一切照常第一版標(biāo)準(zhǔn)草案至少要等到2022年；正式商用產(chǎn)品則會(huì)在2023年底出現(xiàn)。因此，本文不確保準(zhǔn)確，僅以知識(shí)普及為目的供以后參考，并且大概率會(huì)被打臉。

WiFi-7提升在哪里?

相比于WiFi-6，WiFi-7的提升之一就是在2.4Ghz，5Ghz之外延續(xù)了WiFi-6E引入的6GHZ頻段。出于移動(dòng)通信發(fā)展的需要，這一頻段將被劃分出來(lái)，向運(yùn)營(yíng)商開(kāi)放使用，同時(shí)也不會(huì)限制小功率的類(lèi)似路由器這樣的設(shè)備使用這一頻段。當(dāng)然，這一頻段并不是BE獨(dú)有，除了wifi6E，5G+或者6G大概率也會(huì)使用這一頻段。無(wú)論如何，根據(jù)香農(nóng)公式：

頻率的提升對(duì)于傳輸速度的提高線性相關(guān)。

區(qū)別于WiFi-6E，WiFi-7還有一項(xiàng)直接的升級(jí)，也就是支持最高16x16的CMU-MIMO。相比于AX的最高8x8MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，多用戶多輸入多輸出），WiFi-7最高支持16根天線分別傳輸數(shù)據(jù)，路由器的吞吐量直接翻倍，單臺(tái)路由器支持的設(shè)備更多，可以同時(shí)讓更多的終端設(shè)備高速運(yùn)行。而C指的是Coordinated協(xié)同。這意味著一臺(tái)雙天線的，支持2x2mumimo的終端可以?xún)筛炀€分別連接兩個(gè)路由器的某一根天線。這樣提高了穩(wěn)定性，也方便無(wú)線AP（接入點(diǎn)）的部署。

還有更寬的頻寬。在2.4Ghz，或者準(zhǔn)確地來(lái)說(shuō)是（2412Mhz-2484Mhz），這個(gè)頻段的總頻寬只有80Mhz左右，并且密集排布了14個(gè)互相重疊的信道。只有1，6，11這3個(gè)信道互不干擾。5Ghz的情況稍微好一些，視地區(qū)不同規(guī)定，會(huì)有連續(xù)的200Mhz到800Mhz的頻譜可供使用，因此WiFi-6最高支持160Mhz的頻寬。此外，802.11ac已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了把兩段不連續(xù)的80Mhz頻帶聚合成80+80Mhz，等效為160Mhz頻寬。802.11be不僅會(huì)進(jìn)一步支持320Mhz的頻寬，不連續(xù)頻帶的聚合能力也會(huì)進(jìn)一步提高。這樣可以進(jìn)一步利用6Ghz頻段附近奢侈的，最高1.2Ghz的總頻寬（歐洲是500Mhz）。如果使用了320Mhz頻寬，單臺(tái)終端的極限速度可以翻倍；CMU-MIMO的效率也會(huì)提高。

協(xié)議層的技術(shù)進(jìn)步也很重要。傳聞中802.11be有可能會(huì)使用最高4096階QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調(diào)制）調(diào)制，用12個(gè)相位和12個(gè)幅值對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，對(duì)應(yīng)子載波信號(hào)表示12bit的數(shù)據(jù)量。相比WiFi-6的最高1024QAM(10bit)，在相同的80Mhz頻寬下，速度至少會(huì)從600Mbit/s提高到720Mbit/s。

除此以外，802.11be會(huì)進(jìn)行Multi-band operation（多信道操作優(yōu)化），其實(shí)這一個(gè)技術(shù)已經(jīng)有很多應(yīng)用了。目前已經(jīng)在WiFi協(xié)議中的，是無(wú)線AP或Mesh組網(wǎng)時(shí)，無(wú)線AP的2.4Ghz頻段給終端使用，5Ghz頻段則用于AP和交換機(jī)之間數(shù)據(jù)的回傳；而在手機(jī)上，各家都開(kāi)始支持同時(shí)連接5G,2.4Ghz,5Ghz。WiFi-7自然會(huì)在終端上支持2.4Ghz,5Ghz,6Ghz的三頻并發(fā)。當(dāng)然在Wi-Fi-7協(xié)議中會(huì)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)包在不同頻段的分配做更加細(xì)致的規(guī)定。

當(dāng)然協(xié)議還包括考慮采用增強(qiáng)的鏈路自適應(yīng)和傳輸協(xié)議（enhanced linkadaptation and transmission protocols），比如HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求）。Wifi采用幀聚合，將以太網(wǎng)（ethernet）格式的幾段數(shù)據(jù)聚集在一起，打包成WiFi格式。接收端則會(huì)返回每一段數(shù)據(jù)是否解碼成功。HARQ允許把第一次解碼失敗的某段數(shù)據(jù)打包進(jìn)隨后的第二個(gè)WiFi格式數(shù)據(jù)包里，提高了傳輸效率。

802.11be的協(xié)議層還將會(huì)很大概率支持多信道、多頻段的鏈路聚合。舉一個(gè)理想化的例子。兩臺(tái)終端設(shè)備，分別運(yùn)行在5990-6010Mhz，6010-6030Mhz，那么對(duì)于路由器的某一根天線來(lái)說(shuō)，這兩條信道就可以聚合成一條5990-6030Mhz的，頻寬40Mhz的信道。這樣一來(lái)，路由器能夠負(fù)載的終端數(shù)量會(huì)有很大的提升。

802.11be(EHT)在正式立項(xiàng)的時(shí)候，也吸收了另一個(gè)預(yù)研究階段的任務(wù)組,Real Time Application.而這個(gè)項(xiàng)目組的目標(biāo)是把Wifi的延遲降低到5ms。這相比802.11ax的大約20ms又前進(jìn)了一大步。

至少現(xiàn)在看起來(lái)，WIFi7十分美好。然而，畢竟我只是在做出預(yù)測(cè)，實(shí)際上，wifi7，尤其是現(xiàn)在宣傳的，極限速率30Gbps的wifi7還有很多問(wèn)題。

WiFi-7和其他下一代通訊技術(shù)面臨的不確定性

頻段問(wèn)題，是所有下一代無(wú)線通訊技術(shù)的關(guān)鍵。還是根據(jù)香農(nóng)公式，相比對(duì)數(shù)增長(zhǎng)的信噪比、逼近極限的編碼效率，提高頻率必然是最簡(jiǎn)單直接的提高傳輸速率的方式。目前，根據(jù)一些會(huì)議的信息，我國(guó)確定（5925-7125Mhz）供6G使用，并且大概率允許WiFi使用這一頻段，美國(guó)確定同樣的頻段供WiFi使用，并且也可能支持6G使用這一頻段，而歐洲和非洲國(guó)家則有可能會(huì)使用6425-7125Mhz作為6G的首要頻段。日本開(kāi)放對(duì)應(yīng)頻段的時(shí)間則可能稍微延后。顯然，能否有足夠?qū)挼念l寬以支持320Mhz信道，成為影響WiFi-7進(jìn)展的因素之一。除此以外，能否達(dá)到最大頻寬也受到了信號(hào)衰減的影響。在無(wú)線傳輸功率受到政策限制的前提下，更大的信道頻寬意味著每一條子信道能夠使用的功率會(huì)下降，導(dǎo)致信噪比降低。為了保證穩(wěn)定性，信號(hào)較弱的時(shí)候頻寬會(huì)衰落回較窄的狀態(tài)，以確保數(shù)據(jù)傳輸完整。這也就意味著，穿墻能力本就更弱的6Ghz頻段在穿墻后難以發(fā)揮其物理優(yōu)勢(shì)。

調(diào)制方式同樣也受到信號(hào)強(qiáng)度的制約。根據(jù)WiFi標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)信號(hào)的誤差矢量幅度小到一定程度時(shí)，才能夠處理特定調(diào)制方式所需要的誤差限制。舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)802.11ac(WiFi-5),如果需要達(dá)到協(xié)議編碼效率最高的256QAM，5/6碼率（每5個(gè)有效信息帶1個(gè)校驗(yàn)碼），那么誤差幅度矢量必須小于-32dB（對(duì)比參考矢量），或者信噪比必須大于64dB。

至于路由器最大16天線，和大多數(shù)普通用戶無(wú)關(guān)。目前只有旗艦手機(jī)可能支持4x4mimo；能夠達(dá)到WiFi-6極限的8根天線的家用路由器，價(jià)格也都十分打擾。這些提升顯然是針對(duì)工業(yè)和企業(yè)應(yīng)用的。而在MU-MIMO這一方面，遺留問(wèn)題依然存在，由于后發(fā)優(yōu)勢(shì)，WiFi-7的體驗(yàn)會(huì)略好于WiFi-6。根據(jù)實(shí)測(cè)，如果MU-MIMO路由器連接2臺(tái)設(shè)備，這幾臺(tái)設(shè)備和路由器交換的總速率通常是達(dá)不到單臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸速率的2倍的。（見(jiàn)下圖）采用802.11ac協(xié)議時(shí)，4根有效天線的旗艦路由器的總傳輸速率對(duì)比單臺(tái)的倍數(shù)隨設(shè)備數(shù)增多而減少。顯然這是由于路由器芯片性能、電磁波傳播規(guī)律的導(dǎo)致的。WiFi-7的后發(fā)優(yōu)勢(shì)或許能讓芯片的吞吐能力有一定的提高，但效果并不顯著。此外，MU-MIMO還有一大問(wèn)題。如果連接MU-MIMO路由器的某一臺(tái)設(shè)備只支持SU-MIMO（單用戶），那么就無(wú)法享受到MU-MIMO帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，而是其他的MU-MIMO設(shè)備要和這臺(tái)SU-MIMO設(shè)備在時(shí)域互相爭(zhēng)搶。解決這個(gè)問(wèn)題只能靠有意識(shí)地更換新設(shè)備來(lái)解決。

WiFi的未來(lái)

前文已經(jīng)提到，WiFi-7的6Ghz頻段將會(huì)和下一代移動(dòng)通信技術(shù)（比如6G）共享，并且WiFi也在越來(lái)越多地采用已經(jīng)在4G、5G中使用過(guò)的同類(lèi)型技術(shù)。并且，由于5G的覆蓋范圍較小，室內(nèi)應(yīng)用中WiFi和5G、6G的部署成本都是需要考慮的問(wèn)題。對(duì)于大型商場(chǎng)、智能工廠這類(lèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，5G、6G和WiFi的融合是一種可能發(fā)生的情況。而對(duì)于移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)，天線的數(shù)量也已經(jīng)到達(dá)了瓶頸。如果只考慮速率，60Ghz的802.11ay已經(jīng)出現(xiàn)數(shù)年，可以在室內(nèi)應(yīng)用吊打USB3.0。WiFi的未來(lái)將會(huì)如何?我們拭目以待。