隨著2020年1月，802.11ax標(biāo)準(zhǔn)草案的6.0版本(Draft6.0)通過IEEE標(biāo)準(zhǔn)工作組的投票，WiFi-6的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以說是塵埃落定了。而作為向下一代過渡產(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，以及與其他無線通信方案競爭的需要，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，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)品則會在2023年底出現(xiàn)。因此，本文不確保準(zhǔn)確，僅以知識普及為目的供以后參考，并且大概率會被打臉。
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。出于移動通信發(fā)展的需要，這一頻段將被劃分出來，向運(yùn)營商開放使用，同時也不會限制小功率的類似路由器這樣的設(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大概率也會使用這一頻段。無論如何，根據(jù)香農(nóng)公式：
頻率的提升對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，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，單臺路由器支持的設(shè)備更多，可以同時讓更多的終端設(shè)備高速運(yùn)行。而C指的是Coordinated協(xié)同。這意味著一臺雙天線的，支持2x2mumimo的終端可以兩根天線分別連接兩個路由器的某一根天線。這樣提高了穩(wěn)定性，也方便無線AP（接入點(diǎn)）的部署。
還有更寬的頻寬。在2.4Ghz，或者準(zhǔn)確地來說是（2412Mhz-2484Mhz），這個頻段的總頻寬只有80Mhz左右，并且密集排布了14個互相重疊的信道。只有1，6，11這3個信道互不干擾。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不僅會進(jìn)一步支持320Mhz的頻寬，不連續(xù)頻帶的聚合能力也會進(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，單臺終端的極限速度可以翻倍；CMU-MIMO的效率也會提高。
協(xié)議層的技術(shù)進(jìn)步也很重要。傳聞中802.11be有可能會使用最高4096階QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調(diào)制）調(diào)制，用12個相位和12個幅值對信號進(jìn)行編碼，對應(yīng)子載波信號表示12bit的數(shù)據(jù)量。相比WiFi-6的最高1024QAM(10bit)，在相同的80Mhz頻寬下，速度至少會從600Mbit/s提高到720Mbit/s。
除此以外，802.11be會進(jìn)行Multi-band operation（多信道操作優(yōu)化），其實(shí)這一個技術(shù)已經(jīng)有很多應(yīng)用了。目前已經(jīng)在WiFi協(xié)議中的，是無線AP或Mesh組網(wǎng)時，無線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，各家都開始支持同時連接5G,2.4Ghz,5Ghz。WiFi-7自然會在終端上支持2.4Ghz,5Ghz,6Ghz的三頻并發(fā)。當(dāng)然在Wi-Fi-7協(xié)議中會對各類數(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，混合自動重傳請求）。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)議層還將會很大概率支持多信道、多頻段的鏈路聚合。舉一個理想化的例子。兩臺終端設(shè)備，分別運(yùn)行在5990-6010Mhz，6010-6030Mhz，那么對于路由器的某一根天線來說，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，路由器能夠負(fù)載的終端數(shù)量會有很大的提升。
802.11be(EHT)在正式立項(xiàng)的時候，也吸收了另一個預(yù)研究階段的任務(wù)組,Real Time Application.而這個項(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，WIFi7十分美好。然而，畢竟我只是在做出預(yù)測，實(shí)際上，wifi7，尤其是現(xiàn)在宣傳的，極限速率30Gbps的wifi7還有很多問題。
WiFi-7和其他下一代通訊技術(shù)面臨的不確定性
頻段問題，是所有下一代無線通訊技術(shù)的關(guān)鍵。還是根據(jù)香農(nóng)公式，相比對數(shù)增長的信噪比、逼近極限的編碼效率，提高頻率必然是最簡單直接的提高傳輸速率的方式。目前，根據(jù)一些會議的信息，我國確定（5925-7125Mhz）供6G使用，并且大概率允許WiFi使用這一頻段，美國確定同樣的頻段供WiFi使用，并且也可能支持6G使用這一頻段，而歐洲和非洲國家則有可能會使用6425-7125Mhz作為6G的首要頻段。日本開放對應(yīng)頻段的時間則可能稍微延后。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衰減的影響。在無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下降，導(dǎo)致信噪比降低。為了保證穩(wěn)定性，信號較弱的時候頻寬會衰落回較窄的狀態(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。
調(diào)制方式同樣也受到信號強(qiáng)度的制約。根據(jù)WiFi標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)信號的誤差矢量幅度小到一定程度時，才能夠處理特定調(diào)制方式所需要的誤差限制。舉例來說，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個有效信息帶1個校驗(yàn)碼），那么誤差幅度矢量必須小于-32dB（對比參考矢量），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工業(yè)和企業(yè)應(yīng)用的。而在MU-MIMO這一方面，遺留問題依然存在，由于后發(fā)優(yōu)勢，WiFi-7的體驗(yàn)會略好于WiFi-6。根據(jù)實(shí)測，如果MU-MIMO路由器連接2臺設(shè)備，這幾臺設(shè)備和路由器交換的總速率通常是達(dá)不到單臺設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸速率的2倍的。（見下圖）采用802.11ac協(xié)議時，4根有效天線的旗艦路由器的總傳輸速率對比單臺的倍數(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還有一大問題。如果連接MU-MIMO路由器的某一臺設(shè)備只支持SU-MIMO（單用戶），那么就無法享受到MU-MIMO帶來的優(yōu)勢，而是其他的MU-MIMO設(shè)備要和這臺SU-MIMO設(shè)備在時域互相爭搶。解決這個問題只能靠有意識地更換新設(shè)備來解決。
WiFi的未來
前文已經(jīng)提到，WiFi-7的6Ghz頻段將會和下一代移動通信技術(shù)（比如6G）共享，并且WiFi也在越來越多地采用已經(jīng)在4G、5G中使用過的同類型技術(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題。對于大型商場、智能工廠這類應(yīng)用來說，5G、6G和WiFi的融合是一種可能發(fā)生的情況。而對于移動終端來說，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的未來將會如何?我們拭目以待。
