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了解 IEEE 802.11be(Wi-Fi 7)的数据速率和主要特性

作者: 金沙990活动大厅 时间:2022-11-28 10:28

Wi-Fi 诞生于 1997 年,对人类生活的影响远远超过任何其他 Z 世代名人。它的稳步增长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接入——这在拨号时代是不可想象的——通常被认为是理所当然的。

我的年纪,让我足以记住 RJ45 插头带来的,令人满意的咔嗒声,这标志着与快速扩展的在线多元宇宙的成功连接。现在我几乎不需要 RJ45,而我认识的技术饱和的青少年甚至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

普通民众对 Wi-Fi 的偏好并不令人惊讶。与无线的巨大便利性相比,以太网电缆看起来几乎是野蛮的。但作为一个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 是否会让 Wi-Fi 更接近于完全取代以太网?

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,得益于 802.11 协议二十多年的累积改进,Wi-Fi 6 是一个强大的标准,似乎不适合快速替代。

高通公司的一篇博文将 Wi-Fi 6 总结为“旨在为尽可能多的设备同时驱动尽可能多的数据的功能和协议的集合”。Wi-Fi 6 引入了各种提高效率和增加吞吐量的高级功能,包括频域复用、上行链路多用户 MIMO 和数据包的动态分片。

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

那么,为什么 802.11 工作组已经在开发新标准的道路上顺利进行呢?为什么我们已经看到有关第一个 Wi-Fi 7 演示的头条新闻?尽管 Wi-Fi 6 收集了最先进的无线电技术,但至少在某些方面,人们认为 Wi-Fi 6 在两个重要方面令人印象深刻: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 的架构师希望提供比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。这在绝对意义上是否“足够好”是一个非常主观的问题。然而,从相对意义上来说,Wi-Fi 6 的数据速率在客观上是低迷的:Wi-Fi 5 的数据速率相比其前身提高了 1000%,而 Wi-Fi 6 的数据与 Wi-Fi 5 相比,速率提高了不到 50%。

理论上的流数据速率绝对不是量化网络连接“速度”的综合手段,但它的重要性足以值得那些负责 Wi-Fi 持续商业成功的人密切关注。

近三代Wi-Fi网络协议对比

延迟作为一般概念是指输入和响应之间的延迟。

在网络连接的情况下,过长的延迟可能会降低用户体验,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程序尤为重要。用户对故障视频、滞后的游戏和拖拉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 的项目授权报告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。

数据速率和正交幅度调制

Wi-Fi 7 的架构师希望看到至少 30 Gbps 的最大吞吐量。我们不知道最终确定的 802.11be 标准中将包含哪些特性和技术,但一些最有希望提高数据速率的候选者是 320 MHz 信道宽度、多链路操作和 4096-QAM 调制。

通过访问 6 GHz 频段的额外频谱资源,Wi-Fi 可以将最大信道宽度增加到 320 MHz。相对于 Wi-Fi 6,320 MHz 的通道宽度将最大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作为“多链路设备”共同发挥作用,它们具有到网络逻辑链路控制层的一个接口。Wi-Fi 7 将可以访问三个频段(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)

QAM 代表正交幅度调制。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。我们可以(理论上)通过增加系统“星座”中相位/幅度点的数量来增加每个符号传输的比特数(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/幅度组合

Wi-Fi 6 使用 1024-QAM,它支持每个符号 10 位(因为 2 10 = 1024)。如果使用 4096-QAM 调制,系统可以在每个符号上传输 12 位,前提是它可以在接收器处实现足够的 SNR 以实现成功解调。

延迟特性:MAC 层和 PHY 层

实时应用可靠功能的阈值是 5-10 毫秒的最坏情况延迟;在某些使用场景中,低至 1 毫秒的延迟是有益的。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) 上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

最近的研究表明,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。

你看好Wi-Fi 7的未来吗?

我们还不知道 Wi-Fi 7 究竟会是什么样子,但它无疑将包含令人印象深刻的新 RF 技术和数据处理技术。所有的研发都值得吗? Wi-Fi 7 是否会彻底改变无线网络并最终抵消以太网电缆仅存的少数优势?

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