最近，支援Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax）技術的設備已進入市場，該技術備受關注。 但很少人知道，新一代Wi-Fi技術的開發已經在進行中－Wi-Fi 7（IEEE 802.11be）。 在本文中了解 Wi-Fi 7 是什麼樣子。
底
2020 年 30 月，我們將慶祝 IEEE 802.11 計畫成立 802.11 週年，該計畫對我們的生活產生了重大影響。 目前，IEEE 4系列標準定義的Wi-Fi技術是最受歡迎的用於連接互聯網的無線技術，Wi-Fi承載了一半以上的用戶流量。 雖然蜂窩技術每十年都會重新命名，例如將 5G 替換為 802.11G，但對於 Wi-Fi 用戶來說，數據速度的提高以及新服務和新功能的推出幾乎沒有被注意到。 很少有客戶關心設備包裝盒上“XNUMX”後面的字母“n”、“ac”或“ax”。 但這並不意味著 Wi-Fi 沒有發展。
Wi-Fi 發展的證據之一是額定資料速度的大幅提高：從2 年版本的1997 Mbps 到最新10ax 標準（也稱為Wi-Fi 802.11）的近6 Gbps。現代Wi-Fi 達到了這樣的速度更快的訊號和程式碼設計、更寬的通道和技術的使用帶來效能提升 .
除了主流的高速無線區域網路之外，Wi-Fi 的演進還包括幾個小眾專案。 例如，Wi-Fi HaLow (802.11ah) 就是將 Wi-Fi 引入無線物聯網市場的嘗試。 毫米波 Wi-Fi (802.11ad/ay) 支援高達 275 Gbps 的標稱資料速率，儘管距離非常短。
與高清視訊串流、虛擬和擴增實境、遊戲、遠端辦公和雲端運算相關的新應用和服務，以及支援大量用戶和無線網路流量的需求，都需要高效能。
Wi-Fi 7 目標
2019 年 802.11 月，區域網路和城域網路標準委員會 XNUMX 工作小組的 BE (TGbe) 小組開始製定 Wi-Fi 標準的新補充內容，該標準將增加 標稱吞吐量高達 40 Gbit/s 以上 在「典型」Wi-Fi 範圍 <= 7 GHz 的一個頻道中。 儘管許多文件列出“最大吞吐量至少為 30 Gbps”，但新的實體層協定將提供超過 40 Gbps 的標稱速度。
Wi-Fi 7的另一個重要發展方向是 支援即時應用 （遊戲、虛擬與擴增實境、機器人控制）。 值得注意的是，雖然Wi-Fi以特殊的方式處理音訊和視訊流量，但長期以來人們一直認為在Wi-Fi網路中提供標準級保證的低延遲（毫秒），也稱為時間敏感網絡，從根本上來說是最重要的。不可能的。 2017年802.11月，我們IITP RAS和國立研究大學高等經濟學院的團隊（別以為是PR）在IEEE 2018組提出了相應的提案。 該提案引起了廣泛關注，並於 802.11 年 7 月成立了一個特別小組來進一步研究該問題。 由於支援即時應用程式需要高標稱資料速率和增強的鏈路層功能，因此 XNUMX 工作小組決定開發方法來支援 Wi-Fi XNUMX 內的即時應用程式。
Wi-Fi 7 的一個重要問題是它與 4GPP 開發的蜂窩網路技術 (5G/3G) 共存，並在相同的免許可頻段中運作。 我們談論的是 LTE-LAA/NR-U。 為了研究與 Wi-Fi 和蜂窩網路共存相關的問題，IEEE 802.11 成立了共存常務委員會 (Coex SC)。 儘管 3GPP 和 IEEE 802.11 參與者於 2019 年 802 月在維也納舉行了多次會議甚至聯合研討會，但技術解決方案尚未獲得批准。 對於這種徒勞的一種可能的解釋是，IEEE 3 和 XNUMXGPP 都不願意改變自己的技術以符合對方的要求。 因此， 目前尚不清楚 Coex SC 的討論是否會影響 Wi-Fi 7 標準.
開發流程
儘管 Wi-Fi 7 開發過程還處於早期階段，但迄今為止，已經針對即將推出的 Wi-Fi 500（也稱為 IEEE 7be）提出了近 802.11 個新功能提案。 大多數想法只是在 be 小組中討論，尚未做出決定。 其他想法最近已獲得批准。 以下將清楚顯示哪些提案已獲得批准，哪些提案正在討論中。
原計劃於2021年2024月完成主要新機制的開發。 該標準的最終版本預計將於 2020 年初發布。 11 年 2021 月，1be 對目前的工作進度是否能按計畫進行開發表示擔憂。 為了加快標準開發進程，小組同意選擇一小部分可在 2 年發布的高優先級功能（版本 320），並將其餘的保留在版本 4 中。高優先級功能應提供主要的效能提升並包括對6 MHz、16K-QAM 的支援、Wi-Fi XNUMX 對OFDMA 的明顯改善、具有XNUMX 個流的MU-MIMO。
由於冠狀病毒的影響，該小組目前不舉行面對面會議，而是定期舉行電話會議。 因此，發展速度有所放緩，但並未停止。
技術細節
讓我們來看看Wi-Fi 7的主要創新點。
- 新的實體層協定是Wi-Fi 6協定的發展，增加了兩倍 頻寬高達 320 MHz，空間 MU-MIMO 流數量翻倍，這將標稱吞吐量提高了 2×2 = 4 倍。 Wi-Fi 7 也開始使用調變 4K-QAM，這使得標稱吞吐量又增加了 20%。 因此，Wi-Fi 7 將提供 Wi-Fi 2 額定資料速率的 2x1,2x4,8 = 6 倍：Wi-Fi 7 的最大額定吞吐量為 9,6 Gbps x 4,8 = 46 Gbit/s。 此外，實體層協定將會發生革命性的變化，以確保與未來版本Wi-Fi的兼容性，但對使用者來說仍然是看不見的。
- 變更頻道存取方式 即時應用支援 將考慮有線網路 IEEE 802 TSN 的經驗。 標準委員會正在進行的討論涉及通道存取的隨機退避程序、流量服務類別以及即時流量的單獨佇列以及資料包服務策略。
- 在 Wi-Fi 6 (802.11ax) 中引入 正交頻分多址 – 時分和頻分通道存取方法（類似於4G和5G網路中使用的方法）－為優化資源分配提供了新的機會。 然而在11ax中，OFDMA不夠靈活。 首先，它允許存取點僅向客戶端設備分配一個預定大小的資源區塊。 其次，它不支援客戶端站之間的直接傳輸。 這兩個缺點都會降低頻譜效率。 此外，傳統 Wi-Fi 6 OFDMA 缺乏靈活性，會降低密集網路中的效能並增加延遲，而這對於即時應用程式至關重要。 11be將解決這些OFDMA問題。
- Wi-Fi 7 已確認的革命性變化之一是原生支持 同時使用不同頻率的多個並聯連接，這對於巨大的數據速率和極低的延遲非常有用。 儘管現代晶片組已經可以同時使用多個連接（例如在 2.4 和 5 GHz 頻段），但這些連接是獨立的，這限制了此類操作的有效性。 在 11be 中，將發現通道之間的同步等級允許有效使用通道資源，並且將導致通道存取協定的規則發生重大變更。
- 使用非常寬的通道和大量空間流會導致與 MIMO 和 OFDMA 所需的通道狀態估計過程相關的高開銷問題。 此開銷抵消了提高標稱數據速率帶來的任何收益。 預計 將修訂頻道狀況評估程序.
- 在Wi-Fi 7的背景下，標準委員會正在討論使用一些「高級」資料傳輸方法。 理論上，這些方法在重複傳輸嘗試以及相同或相反方向同時傳輸的情況下提高了頻譜效率。 我們談論的是混合自動重複請求（HARQ），目前用於蜂窩網路、全雙工模式和非正交多址存取（NOMA）。 這些技術在理論上已經在文獻中得到了很好的研究，但尚不清楚它們所帶來的生產力提升是否值得付出努力來實施。
- 使用 混合自動重發請求 由於以下問題而變得複雜。 在 Wi-Fi 中，封包被黏合在一起以減少開銷。 在目前版本的 Wi-Fi 中，會確認黏合資料包內每個資料包的傳送，如果沒有確認，則使用通道存取協定方法重複資料包的傳輸。 HARQ將重試從資料連結移至實體層，實體層不再有資料包，只有碼字，碼字的邊界與資料包的邊界不重合。 這種去同步使得 Wi-Fi 中 HARQ 的實作變得複雜。
- 至於 全雙工，那麼目前無論是在蜂窩網路還是在 Wi-Fi 網路中，都無法在同一頻道中同時向接入點（基地台）傳輸數據或從接入點（基地台）傳輸數據。 從技術角度來看，這是由於發射和接收訊號的功率差異較大所造成的。 儘管有一些原型結合了從接收訊號中減去發送訊號的數位和模擬，能夠在傳輸過程中接收 Wi-Fi 訊號，但它們在實踐中提供的增益可能可以忽略不計，因為在任何給定時間下游不等於上升（平均而言，“在醫院”，下降明顯更大）。 此外，這種雙向傳輸將使協定顯著複雜化。
- 雖然使用 MIMO 傳輸多個串流需要發送者和接收者使用多個天線，但透過非正交接入，接入點可以從單一天線同時向兩個接收者發送資料。 最新的 5G 規範包含各種非正交存取選項。 原型 諾瑪 Wi-Fi 於 2018 年在 IITP RAS 首次創建（再次強調，不要將其視為公關）。 結果顯示性能提高了 30-40%。 所開發技術的優點在於其向後相容性：兩個接收者之一可能是不支援Wi-Fi 7的過時設備。一般來說，向後相容性問題非常重要，因為不同代的設備可以同時運行在Wi-Fi 網路上。 目前，世界各地的多個團隊正在分析NOMA和MU-MIMO結合使用的有效性，其結果將決定該方法的未來命運。 我們也正在繼續開發原型：其下一版本將於 2020 年 XNUMX 月的 IEEE INFOCOM 會議上發布。
- 最後，另一個重要的創新，但命運尚不明朗，是 接入點的協調操作。 儘管許多供應商都有自己的企業Wi-Fi網路集中控制器，但此類控制器的功能通常僅限於長期參數配置和通道選擇。 標準委員會正在討論相鄰接入點之間更緊密的合作，其中包括協調傳輸調度、波束成形，甚至分散式 MIMO 系統。 正在考慮的一些方法使用順序幹擾消除（與 NOMA 中的大致相同）。 儘管 11be 協調方法尚未開發出來，但毫無疑問，該標準將允許不同製造商的接入點相互協調傳輸調度，以減少相互幹擾。 其他更複雜的方法（例如分散式 MU-MIMO）將更難在標準中實現，儘管該小組的一些成員決心在第 2 版中這樣做。無論結果如何，接入點協調方法的命運尚不清楚。 即使納入標準，也可能無法進入市場。 之前，當嘗試使用 HCCA (11e) 和 HCCA TXOP Negotiation (11be) 等解決方案使 Wi-Fi 傳輸有序時，也發生類似的情況。
總之，與前五組相關的大多數提案似乎將成為 Wi-Fi 7 的一部分，而與後兩組相關的提案則需要大量的額外研究來證明其有效性。
更多技術細節
有關 Wi-Fi 7 的技術細節可讀 （用英語）
來源： www.habr.com