Wi-Fi 誕生于 1997 年，對人類生活的影響遠超其他任何 Z 世代名人。它的穩(wěn)步發(fā)展和成熟逐漸將網(wǎng)絡連接從電纜和連接器的舊制度中解放出來，以至于無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問——這在撥號時代是不可想象的——通常被認為是理所當然的。 

我年紀大了，還記得RJ45 插頭發(fā)出的令人滿意的咔嗒聲，表示成功連接到快速擴展的在線多元宇宙?，F(xiàn)在我?guī)缀醪恍枰?RJ45，而且我認識的對技術充滿熱情的青少年可能不知道它們的存在。

在 60 年代和 70 年代，AT&T 開發(fā)了模塊化連接器系統(tǒng)來取代笨重的電話連接器。這些系統(tǒng)后來擴展到包括用于計算機網(wǎng)絡的 RJ45。圖片由CUI Devices提供

普通民眾對 Wi-Fi 的偏愛一點也不奇怪。與無線的巨大便利性相比，以太網(wǎng)電纜似乎近乎野蠻。但作為一名只關心數(shù)據(jù)鏈路性能的工程師，我仍然認為 Wi-Fi 不如有線連接。802.11be 會讓 Wi-Fi 更進一步——甚至可能是飛躍——更接近于完全取代以太網(wǎng)嗎？

Wi-Fi標準簡介：Wi-Fi 6和Wi-Fi 7

Wi-Fi 6 是 IEEE 802.11ax 的公開名稱。Wi-Fi 6 于 2021 年初獲得全面批準，受益于 802.11 協(xié)議二十多年的累積改進，Wi-Fi 6 是一項令人生畏的標準，似乎并不是快速替代的候選標準。

高通公司的一篇博文將 Wi-Fi 6 總結(jié)為“一系列功能和協(xié)議，旨在同時將盡可能多的數(shù)據(jù)驅(qū)動到盡可能多的設備?！?nbsp;Wi-Fi 6 引入了各種提高效率和增加吞吐量的功能，包括頻域復用、上行鏈路多用戶 MIMO 和數(shù)據(jù)包動態(tài)分段。

Wi-Fi 6 采用 OFDMA（正交頻分多址）技術，可提高多用戶環(huán)境中的頻譜效率。圖片由思科提供

那么，為什么 802.11 工作組已經(jīng)開始著手制定新標準呢？為什么我們已經(jīng)看到有關個 Wi-Fi 7 演示的頭條新聞？盡管 Wi-Fi 6 匯集了的無線電技術，但至少在某些方面，人們認為 Wi-Fi 6 在兩個重要方面表現(xiàn)平平：數(shù)據(jù)速率和延遲。

通過提高 Wi-Fi 6 的數(shù)據(jù)速率和延遲性能，Wi-Fi 7 的架構師希望提供使用以太網(wǎng)電纜更容易實現(xiàn)的快速、流暢、可靠的用戶體驗。

關于 Wi-Fi 協(xié)議的數(shù)據(jù)速率與延遲

Wi-Fi 6 支持接近 10 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。這是否在意義上“足夠好”是一個非常主觀的問題。然而，相對而言，Wi-Fi 6 的數(shù)據(jù)速率在客觀上是乏善可陳的：Wi-Fi 5 相比其前身實現(xiàn)了千分之一的數(shù)據(jù)速率提升，而 Wi-Fi 6 的數(shù)據(jù)速率提升不到百分之五十與 Wi-Fi 5 相比。

理論上的流數(shù)據(jù)速率不是量化網(wǎng)絡連接“速度”的綜合方法，但它的重要性足以讓那些負責 Wi-Fi 持續(xù)取得商業(yè)成功的人密切關注。

近三代Wi-Fi網(wǎng)絡協(xié)議對比。圖片由英特爾提供

延遲作為一個通用概念，是指輸入和響應之間的延遲。

在網(wǎng)絡連接的上下文中，過長的延遲會降低用戶體驗（甚至超過）有限的數(shù)據(jù)速率——如果您必須在網(wǎng)頁前等待五秒鐘，那么極快的比特級傳輸對您沒有多大幫助開始加載。延遲對于視頻會議、虛擬現(xiàn)實、游戲和遠程設備控制等實時應用尤為重要。用戶對有問題的視頻、延遲的游戲和拖延的機器界面只有這么多的耐心。

Wi-Fi 7 的數(shù)據(jù)速率和延遲

IEEE 802.11be 的項目授權包括提高數(shù)據(jù)速率和減少延遲作為明確目標。讓我們仔細看看這兩種升級途徑。

數(shù)據(jù)速率和正交調(diào)幅

Wi-Fi 7 的架構師希望看到至少 30 Gbps 的吞吐量。我們不知道終確定的 802.11be 標準將包含哪些特性和技術，但提高數(shù)據(jù)速率的一些有希望的候選方案是 320 MHz 信道寬度、多鏈路操作和 4096-QAM 調(diào)制。

通過從 6 GHz 頻段訪問額外的頻譜資源，Wi-Fi 可以將信道寬度增加到 320 MHz。相對于 Wi-Fi 6，320 MHz 的信道寬度將帶寬和理論峰值數(shù)據(jù)速率提高了兩倍。

在多鏈路操作中，具有自己鏈路的多個客戶站共同充當“多鏈路設備”，它們具有一個到網(wǎng)絡邏輯鏈路控制層的接口。Wi-Fi 7 將接入三個頻段（2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz）；Wi-Fi 7 多鏈路設備可以在多個頻段同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。多鏈路操作具有顯著增加吞吐量的潛力，但它帶來了一些重大的實施挑戰(zhàn)。

在多鏈路操作中，多鏈路設備具有一個 MAC 地址，即使它包含多個 STA（代表站，意思是筆記本電腦或智能手機等通信設備）。圖片由IEEE提供

QAM 代表正交調(diào)幅。這是一種 I/Q 調(diào)制方案，其中相位和幅度的特定組合對應于不同的二進制序列。我們（理論上）可以通過增加系統(tǒng)“星座”中相位/振幅點的數(shù)量來增加每個符號傳輸?shù)奈粩?shù)（見下圖）。 

這是 16-QAM 的星座圖。復平面上的每個圓圈代表對應于預定義二進制數(shù)的相位/振幅組合。圖片由IEEE提供

Wi-Fi 6 使用 1024-QAM，支持每個符號 10 位（因為 2 10 = 1024）。使用 4096-QAM 調(diào)制，系統(tǒng)可以傳輸每個符號 12 位 - 如果它可以在接收器處實現(xiàn)足夠的 SNR 以實現(xiàn)成功的解調(diào)。

延遲特性：MAC 層和 PHY 層

實時應用程序可靠功能的閾值是壞情況下的 5-10 毫秒延遲；低至 1 毫秒的延遲在某些使用場景中是有益的。在 Wi-Fi 環(huán)境中實現(xiàn)如此低的延遲并非易事。

在 MAC（媒體訪問控制）層和物理層 (PHY) 運行的功能將有助于將 Wi-Fi 7 延遲性能帶入低于 10 毫秒的領域。其中包括多接入點協(xié)調(diào)波束成形、時間敏感網(wǎng)絡和多鏈路操作。

Wi-Fi 7 的主要特性。圖片由IEEE提供

近的研究表明，包含在多鏈路操作總標題中的多鏈路聚合可能有助于使 Wi-Fi 7滿足實時應用程序的延遲要求。