Wi-Fi 7、数据速率和延迟：了解 IEEE 802.11be 标准

Wi-Fi 诞生于 1997 年，对人类生活的影响远超其他任何 Z 世代名人。它的稳步发展和成熟逐渐将网络连接从电缆和连接器的旧制度中解放出来，以至于无线宽带互联网访问——这在拨号时代是不可想象的——通常被认为是理所当然的。 

我年纪大了，还记得RJ45 插头发出的令人满意的咔嗒声，表示成功连接到快速扩展的在线多元宇宙。现在我几乎不需要 RJ45，而且我认识的对技术充满热情的青少年可能不知道它们的存在。

在 60 年代和 70 年代，AT&T 开发了模块化连接器系统来取代笨重的电话连接器。这些系统后来扩展到包括用于计算机网络的 RJ45。图片由CUI Devices提供

普通民众对 Wi-Fi 的偏爱一点也不奇怪。与无线的巨大便利性相比，以太网电缆似乎近乎野蛮。但作为一名只关心数据链路性能的工程师，我仍然认为 Wi-Fi 不如有线连接。802.11be 会让 Wi-Fi 更进一步——甚至可能是飞跃——更接近于完全取代以太网吗？

Wi-Fi标准简介：Wi-Fi 6和Wi-Fi 7

Wi-Fi 6 是 IEEE 802.11ax 的公开名称。Wi-Fi 6 于 2021 年初获得全面批准，受益于 802.11 协议二十多年的累积改进，Wi-Fi 6 是一项令人生畏的标准，似乎并不是快速替代的候选标准。

高通公司的一篇博文将 Wi-Fi 6 总结为“一系列功能和协议，旨在同时将尽可能多的数据驱动到尽可能多的设备。” Wi-Fi 6 引入了各种提高效率和增加吞吐量的功能，包括频域复用、上行链路多用户 MIMO 和数据包动态分段。

Wi-Fi 6 采用 OFDMA（正交频分多址）技术，可提高多用户环境中的频谱效率。图片由思科提供

那么，为什么 802.11 工作组已经开始着手制定新标准呢？为什么我们已经看到有关个 Wi-Fi 7 演示的头条新闻？尽管 Wi-Fi 6 汇集了的无线电技术，但至少在某些方面，人们认为 Wi-Fi 6 在两个重要方面表现平平：数据速率和延迟。

通过提高 Wi-Fi 6 的数据速率和延迟性能，Wi-Fi 7 的架构师希望提供使用以太网电缆更容易实现的快速、流畅、可靠的用户体验。

关于 Wi-Fi 协议的数据速率与延迟

Wi-Fi 6 支持接近 10 Gbps 的数据传输速率。这是否在意义上“足够好”是一个非常主观的问题。然而，相对而言，Wi-Fi 6 的数据速率在客观上是乏善可陈的：Wi-Fi 5 相比其前身实现了千分之一的数据速率提升，而 Wi-Fi 6 的数据速率提升不到百分之五十与 Wi-Fi 5 相比。

理论上的流数据速率不是量化网络连接“速度”的综合方法，但它的重要性足以让那些负责 Wi-Fi 持续取得商业成功的人密切关注。

近三代Wi-Fi网络协议对比。图片由英特尔提供

延迟作为一个通用概念，是指输入和响应之间的延迟。

在网络连接的上下文中，过长的延迟会降低用户体验（甚至超过）有限的数据速率——如果您必须在网页前等待五秒钟，那么极快的比特级传输对您没有多大帮助开始加载。延迟对于视频会议、虚拟现实、游戏和远程设备控制等实时应用尤为重要。用户对有问题的视频、延迟的游戏和拖延的机器界面只有这么多的耐心。

Wi-Fi 7 的数据速率和延迟

IEEE 802.11be 的项目授权包括提高数据速率和减少延迟作为明确目标。让我们仔细看看这两种升级途径。

数据速率和正交调幅

Wi-Fi 7 的架构师希望看到至少 30 Gbps 的吞吐量。我们不知道终确定的 802.11be 标准将包含哪些特性和技术，但提高数据速率的一些有希望的候选方案是 320 MHz 信道宽度、多链路操作和 4096-QAM 调制。

通过从 6 GHz 频段访问额外的频谱资源，Wi-Fi 可以将信道宽度增加到 320 MHz。相对于 Wi-Fi 6，320 MHz 的信道宽度将带宽和理论峰值数据速率提高了两倍。

在多链路操作中，具有自己链路的多个客户站共同充当“多链路设备”，它们具有一个到网络逻辑链路控制层的接口。Wi-Fi 7 将接入三个频段（2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz）；Wi-Fi 7 多链路设备可以在多个频段同时发送和接收数据。多链路操作具有显着增加吞吐量的潜力，但它带来了一些重大的实施挑战。

在多链路操作中，多链路设备具有一个 MAC 地址，即使它包含多个 STA（代表站，意思是笔记本电脑或智能手机等通信设备）。图片由IEEE提供

QAM 代表正交调幅。这是一种 I/Q 调制方案，其中相位和幅度的特定组合对应于不同的二进制序列。我们（理论上）可以通过增加系统“星座”中相位/振幅点的数量来增加每个符号传输的位数（见下图）。 

这是 16-QAM 的星座图。复平面上的每个圆圈代表对应于预定义二进制数的相位/振幅组合。图片由IEEE提供

Wi-Fi 6 使用 1024-QAM，支持每个符号 10 位（因为 2 10 = 1024）。使用 4096-QAM 调制，系统可以传输每个符号 12 位 - 如果它可以在接收器处实现足够的 SNR 以实现成功的解调。

延迟特性：MAC 层和 PHY 层

实时应用程序可靠功能的阈值是坏情况下的 5-10 毫秒延迟；低至 1 毫秒的延迟在某些使用场景中是有益的。在 Wi-Fi 环境中实现如此低的延迟并非易事。

在 MAC（媒体访问控制）层和物理层 (PHY) 运行的功能将有助于将 Wi-Fi 7 延迟性能带入低于 10 毫秒的领域。其中包括多接入点协调波束成形、时间敏感网络和多链路操作。

Wi-Fi 7 的主要特性。图片由IEEE提供

近的研究表明，包含在多链路操作总标题中的多链路聚合可能有助于使 Wi-Fi 7满足实时应用程序的延迟要求。