最近，支持Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax）技术的设备已进入市场，该技术备受关注。 但很少有人知道，新一代Wi-Fi技术的开发已经在进行中——Wi-Fi 7（IEEE 802.11be）。 在本文中了解 Wi-Fi 7 是什么样子。
史前
2020 年 30 月，我们将庆祝 IEEE 802.11 项目成立 802.11 周年，该项目对我们的生活产生了重大影响。 目前，IEEE 4系列标准定义的Wi-Fi技术是最流行的用于连接互联网的无线技术，Wi-Fi承载了一半以上的用户流量。 虽然蜂窝技术每十年都会重新命名，例如将 5G 替换为 802.11G，但对于 Wi-Fi 用户来说，数据速度的提高以及新服务和新功能的推出几乎没有被注意到。 很少有客户关心设备包装盒上“XNUMX”后面的字母“n”、“ac”或“ax”。 但这并不意味着 Wi-Fi 没有发展。
Wi-Fi 发展的证据之一是额定数据速度的大幅提高：从 2 年版本的 1997 Mbps 到最新 10ax 标准（也称为 Wi-Fi 802.11）的近 6 Gbps。现代 Wi-Fi 达到了这样的速度更快的信号和代码设计、更宽的通道和技术的使用带来性能提升 .
除了主流的高速无线局域网之外，Wi-Fi 的演进还包括几个小众项目。 例如，Wi-Fi HaLow (802.11ah) 就是将 Wi-Fi 引入无线物联网市场的一次尝试。 毫米波 Wi-Fi (802.11ad/ay) 支持高达 275 Gbps 的标称数据速率，尽管距离非常短。
与高清视频流、虚拟和增强现实、游戏、远程办公和云计算相关的新应用和服务，以及支持大量用户和无线网络流量的需求，都需要高性能。
Wi-Fi 7 目标
2019 年 802.11 月，局域网和城域网标准委员会 XNUMX 工作组的 BE (TGbe) 小组开始制定 Wi-Fi 标准的新补充内容，该标准将增加 标称吞吐量高达 40 Gbit/s 以上 在“典型”Wi-Fi 范围 <= 7 GHz 的一个频道中。 尽管许多文档列出“最大吞吐量至少为 30 Gbps”，但新的物理层协议将提供超过 40 Gbps 的标称速度。
Wi-Fi 7的另一个重要发展方向是 支持实时应用程序 （游戏、虚拟和增强现实、机器人控制）。 值得注意的是，虽然Wi-Fi以特殊的方式处理音频和视频流量，但长期以来人们一直认为在Wi-Fi网络中提供标准级保证的低延迟（毫秒），也称为时间敏感网络，从根本上来说是最重要的。不可能的。 2017年802.11月，我们IITP RAS和国立研究大学高等经济学院的团队（别以为是PR）在IEEE 2018组提出了相应的提案。 该提案引起了广泛关注，并于 802.11 年 7 月成立了一个特别小组来进一步研究该问题。 由于支持实时应用程序需要高标称数据速率和增强的链路层功能，因此 XNUMX 工作组决定开发方法来支持 Wi-Fi XNUMX 内的实时应用程序。
Wi-Fi 7 的一个重要问题是它与 4GPP 开发的蜂窝网络技术 (5G/3G) 共存，并在相同的免许可频段中运行。 我们谈论的是 LTE-LAA/NR-U。 为了研究与 Wi-Fi 和蜂窝网络共存相关的问题，IEEE 802.11 成立了共存常务委员会 (Coex SC)。 尽管 3GPP 和 IEEE 802.11 参与者于 2019 年 802 月在维也纳举行了多次会议甚至联合研讨会，但技术解决方案尚未获得批准。 对于这种徒劳的一种可能的解释是，IEEE 3 和 XNUMXGPP 都不愿意改变自己的技术以符合对方的要求。 因此， 目前尚不清楚 Coex SC 的讨论是否会影响 Wi-Fi 7 标准.
开发过程
尽管 Wi-Fi 7 开发过程还处于早期阶段，但迄今为止，已经针对即将推出的 Wi-Fi 500（也称为 IEEE 7be）提出了近 802.11 个新功能提案。 大多数想法只是在 be 小组中进行讨论，尚未做出决定。 其他想法最近已获得批准。 下面将清楚地表明哪些提案已获得批准，哪些提案正在讨论中。
原计划于2021年2024月完成主要新机制的开发。 该标准的最终版本预计将于 2020 年初发布。 11 年 2021 月，1be 对当前的工作进度是否能按计划进行开发表示担忧。 为了加快标准开发进程，小组同意选择一小部分可在 2 年发布的高优先级功能（版本 320），并将其余的保留在版本 4 中。高优先级功能应提供主要的性能提升并包括对 6 MHz、16K-QAM 的支持、Wi-Fi XNUMX 对 OFDMA 的明显改进、具有 XNUMX 个流的 MU-MIMO。
由于冠状病毒的影响，该小组目前不举行面对面会议，而是定期举行电话会议。 因此，发展速度有所放缓，但并未停止。
技术细节
我们来看看Wi-Fi 7的主要创新点。
- 新的物理层协议是Wi-Fi 6协议的发展，增加了两倍 带宽高达 320 MHz，空间 MU-MIMO 流数量翻倍，这将标称吞吐量提高了 2×2 = 4 倍。 Wi-Fi 7 也开始使用调制 4K-QAM，这使得标称吞吐量又增加了 20%。 因此，Wi-Fi 7 将提供 Wi-Fi 2 额定数据速率的 2x1,2x4,8 = 6 倍：Wi-Fi 7 的最大额定吞吐量为 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s。 此外，物理层协议将会发生革命性的变化，以确保与未来版本Wi-Fi的兼容性，但对用户来说仍然是不可见的。
- 更改频道访问方式 实时应用支持 将考虑有线网络 IEEE 802 TSN 的经验。 标准委员会正在进行的讨论涉及信道访问的随机退避程序、流量服务类别以及实时流量的单独队列以及数据包服务策略。
- 在 Wi-Fi 6 (802.11ax) 中引入 OFDMA – 时分和频分信道接入方法（类似于4G和5G网络中使用的方法）——为优化资源分配提供了新的机会。 然而，在11ax中，OFDMA不够灵活。 首先，它允许接入点仅向客户端设备分配一个预定大小的资源块。 其次，它不支持客户端站之间的直接传输。 这两个缺点都会降低频谱效率。 此外，传统 Wi-Fi 6 OFDMA 缺乏灵活性，会降低密集网络中的性能并增加延迟，而这对于实时应用程序至关重要。 11be 将解决这些 OFDMA 问题。
- Wi-Fi 7 已确认的革命性变化之一是原生支持 同时使用不同频率的多个并联连接，这对于巨大的数据速率和极低的延迟非常有用。 尽管现代芯片组已经可以同时使用多个连接（例如在 2.4 和 5 GHz 频段），但这些连接是独立的，这限制了此类操作的有效性。 在 11be 中，将发现信道之间的同步级别允许有效使用信道资源，并且将导致信道访问协议的规则发生重大变化。
- 使用非常宽的信道和大量空间流会导致与 MIMO 和 OFDMA 所需的信道状态估计过程相关的高开销问题。 此开销抵消了提高标称数据速率带来的任何收益。 预计 将修订信道状况评估程序.
- 在Wi-Fi 7的背景下，标准委员会正在讨论一些“高级”数据传输方法的使用。 理论上，这些方法在重复传输尝试以及相同或相反方向同时传输的情况下提高了频谱效率。 其中包括当前在蜂窝网络中使用的混合自动重传请求 (HARQ)、全双工模式和非正交多址接入 (NOMA)。 这些技术在理论上已经在文献中得到了很好的研究，但尚不清楚它们所带来的生产力提升是否值得付出努力来实施。
- 使用 自动重传 由于以下问题而变得复杂。 在 Wi-Fi 中，数据包被粘合在一起以减少开销。 在当前版本的 Wi-Fi 中，会确认粘合数据包内每个数据包的传送，如果没有确认，则使用通道访问协议方法重复数据包的传输。 HARQ将重试从数据链路移至物理层，物理层不再有数据包，只有码字，并且码字的边界与数据包的边界不重合。 这种去同步使得 Wi-Fi 中 HARQ 的实施变得复杂。
- 至于 全双工，那么目前无论是在蜂窝网络还是在 Wi-Fi 网络中，都无法在同一频道中同时向接入点（基站）传输数据或从接入点（基站）传输数据。 从技术角度来看，这是由于发射和接收信号的功率差异较大造成的。 尽管有一些原型结合了从接收信号中减去发送信号的数字和模拟，能够在传输过程中接收 Wi-Fi 信号，但它们在实践中提供的增益可能可以忽略不计，因为在任何给定时间下游不等于上升（平均而言，“在医院”，下降明显更大）。 此外，这种双向传输将使协议显着复杂化。
- 虽然使用 MIMO 传输多个流需要发送者和接收者使用多个天线，但通过非正交接入，接入点可以从单个天线同时向两个接收者发送数据。 最新的 5G 规范中包含各种非正交接入选项。 原型 诺玛 Wi-Fi 于 2018 年在 IITP RAS 首次创建（再次强调，不要将其视为公关）。 结果显示性能提高了 30-40%。 所开发技术的优势在于其向后兼容性：两个接收者之一可能是不支持Wi-Fi 7的过时设备。一般来说，向后兼容性问题非常重要，因为不同代的设备可以同时运行在 Wi-Fi 网络上。 目前，世界各地的多个团队正在分析NOMA和MU-MIMO结合使用的有效性，其结果将决定该方法的未来命运。 我们还在继续开发原型：其下一版本将于 2020 年 XNUMX 月的 IEEE INFOCOM 会议上发布。
- 最后，另一项重要的创新，但命运尚不明朗，是 接入点的协调操作。 尽管许多供应商都有自己的企业Wi-Fi网络集中控制器，但此类控制器的功能通常仅限于长期参数配置和通道选择。 标准委员会正在讨论相邻接入点之间更紧密的合作，其中包括协调传输调度、波束成形，甚至分布式 MIMO 系统。 正在考虑的一些方法使用顺序干扰消除（与 NOMA 中的大致相同）。 尽管 11be 协调方法尚未开发出来，但毫无疑问，该标准将允许不同制造商的接入点相互协调传输调度，以减少相互干扰。 其他更复杂的方法（例如分布式 MU-MIMO）将更难以在标准中实现，尽管该小组的一些成员决心在第 2 版中这样做。无论结果如何，接入点协调方法的命运尚不清楚。 即使纳入标准，也可能无法进入市场。 之前，当尝试使用 HCCA (11e) 和 HCCA TXOP Negotiation (11be) 等解决方案使 Wi-Fi 传输有序时，也发生过类似的情况。
总之，与前五组相关的大多数提案似乎将成为 Wi-Fi 7 的一部分，而与后两组相关的提案则需要大量的额外研究来证明其有效性。
更多技术细节
有关 Wi-Fi 7 的技术细节可阅读 （用英语）
来源： habr.com