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醞釀中的WiFi-7
隨着2020年1月，802.11ax標準草案的6.0版本(Draft6.0)通過IEEE標準工作組的投票，WiFi-6的技術標準可以說是塵埃落定了。而作爲向下一代過渡產品的WiFi-6E也已經有原型產品出現。出於技術演進的正常節奏，以及與其他無線通信方案競爭的需要，WiFi聯盟需要制定下一代的wifi7的技術標準。而目前，最有可能成爲WiFi-7的協議主體的，就是802.11be標準。它於2018年5月開始建立小組進行預研，並在2019年正式立項（PAR Approved，項目授權請求被批准）。
802.11be的項目授權需求爲Extremely High Throughput（極高吞吐量）。在項目的預研階段，人們以802.11ax爲基準，進行了旨在提高技術指標的各種討論，並且達成了一些共識，作爲後續研究的基礎。當然，802.11be十分年輕，如果一切照常第一版標準草案至少要等到2022年；正式商用產品則會在2023年底出現。因此，本文不確保準確，僅以知識普及爲目的供以後參考，並且大概率會被打臉。
WiFi-7提升在哪裏?
相比於WiFi-6，WiFi-7的提升之一就是在2.4Ghz，5Ghz之外延續了WiFi-6E引入的6GHZ頻段。出於移動通信發展的需要，這一頻段將被劃分出來，向運營商開放使用，同時也不會限制小功率的類似路由器這樣的設備使用這一頻段。當然，這一頻段並不是BE獨有，除了wifi6E，5G+或者6G大概率也會使用這一頻段。無論如何，根據香農公式：
頻率的提升對於傳輸速度的提高線性相關。
區別於WiFi-6E，WiFi-7還有一項直接的升級，也就是支持最高 16x16的CMU-MIMO。相比於AX的最高8x8MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，多用戶多輸入多輸出），WiFi-7最高支持16根天線分別傳輸數據，路由器的吞吐量直接翻倍，單臺路由器支持的設備更多，可以同時讓更多的終端設備高速運行。而C指的是Coordinated協同。這意味着一臺雙天線的，支持2x2mumimo的終端可以兩根天線分別連接兩個路由器的某一根天線。這樣提高了穩定性，也方便無線AP（接入點）的部署。
還有更寬的頻寬。在2.4Ghz，或者準確地來說是（2412Mhz-2484Mhz），這個頻段的總頻寬只有80Mhz左右，並且密集排布了14個互相重疊的信道。只有1，6，11這3個信道互不干擾。5Ghz的情況稍微好一些，視地區不同規定，會有連續的200Mhz到800Mhz的頻譜可供使用，因此WiFi-6最高支持160Mhz的頻寬。此外，802.11ac已經實現了把兩段不連續的80Mhz頻帶聚合成80+80Mhz，等效爲160Mhz頻寬。802.11be不僅會進一步支持320Mhz的頻寬，不連續頻帶的聚合能力也會進一步提高。這樣可以進一步利用6Ghz頻段附近奢侈的，最高1.2Ghz的總頻寬（歐洲是500Mhz）。如果使用了320Mhz頻寬，單臺終端的極限速度可以翻倍；CMU-MIMO的效率也會提高。
協議層的技術進步也很重要。傳聞中802.11be有可能會使用最高4096階QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調製）調製，用12個相位和12個幅值對信號進行編碼，對應子載波信號表示12bit的數據量。相比WiFi-6的最高1024QAM(10bit)，在相同的80Mhz頻寬下，速度至少會從600Mbit/s提高到720Mbit/s。
除此以外，802.11be會進行Multi-band operation（多信道操作優化），其實這一個技術已經有很多應用了。目前已經在WiFi協議中的，是無線AP或Mesh組網時，無線AP的2.4Ghz頻段給終端使用，5Ghz頻段則用於AP和交換機之間數據的回傳；而在手機上，各家都開始支持同時連接5G,2.4Ghz,5Ghz。WiFi-7自然會在終端上支持2.4Ghz,5Ghz,6Ghz的三頻併發。當然在Wi-Fi-7協議中會對各類數據包在不同頻段的分配做更加細緻的規定。
當然協議還包括考慮採用增強的鏈路自適應和傳輸協議（enhanced linkadaptation and transmission protocols），比如HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自動重傳請求）。Wifi採用幀聚合，將以太網（ethernet）格式的幾段數據聚集在一起，打包成WiFi格式。接收端則會返回每一段數據是否解碼成功。HARQ允許把第一次解碼失敗的某段數據打包進隨後的第二個WiFi格式數據包裏，提高了傳輸效率。
802.11be的協議層還將會很大概率支持多信道、多頻段的鏈路聚合。舉一個理想化的例子。兩臺終端設備，分別運行在5990-6010Mhz，6010-6030Mhz，那麼對於路由器的某一根天線來說，這兩條信道就可以聚合成一條5990-6030Mhz的，頻寬40Mhz的信道。這樣一來，路由器能夠負載的終端數量會有很大的提升。
802.11be(EHT)在正式立項的時候，也吸收了另一個預研究階段的任務組,Real Time Application.而這個項目組的目標是把Wifi的延遲降低到5ms。這相比802.11ax的大約20ms又前進了一大步。
至少現在看起來，WIFi7十分美好。然而，畢竟我只是在做出預測，實際上，wifi7，尤其是現在宣傳的，極限速率30Gbps的wifi7還有很多問題。
WiFi-7和其他下一代通訊技術面臨的不確定性
頻段問題，是所有下一代無線通訊技術的關鍵。還是根據香農公式，相比對數增長的信噪比、逼近極限的編碼效率，提高頻率必然是最簡單直接的提高傳輸速率的方式。目前，根據一些會議的信息，我國確定（5925-7125Mhz）供6G使用，並且大概率允許WiFi使用這一頻段，美國確定同樣的頻段供WiFi使用，並且也可能支持6G使用這一頻段，而歐洲和非洲國家則有可能會使用6425-7125Mhz作爲6G的首要頻段。日本開放對應頻段的時間則可能稍微延後。顯然，能否有足夠寬的頻寬以支持320Mhz信道，成爲影響WiFi-7進展的因素之一。除此以外，能否達到最大頻寬也受到了信號衰減的影響。在無線傳輸功率受到政策限制的前提下，更大的信道頻寬意味着每一條子信道能夠使用的功率會下降，導致信噪比降低。爲了保證穩定性，信號較弱的時候頻寬會衰落回較窄的狀態，以確保數據傳輸完整。這也就意味着，穿牆能力本就更弱的6Ghz頻段在穿牆後難以發揮其物理優勢。
調製方式同樣也受到信號強度的制約。根據WiFi標準，只有當信號的誤差矢量幅度小到一定程度時，才能夠處理特定調製方式所需要的誤差限制。舉例來說，根據802.11ac(WiFi-5),如果需要達到協議編碼效率最高的256QAM，5/6碼率（每5個有效信息帶1個校驗碼），那麼誤差幅度矢量必須小於-32dB（對比參考矢量），或者信噪比必須大於64dB。
至於路由器最大16天線，和大多數普通用戶無關。目前只有旗艦手機可能支持4x4mimo；能夠達到WiFi-6極限的8根天線的家用路由器，價格也都十分打擾。這些提升顯然是針對工業和企業應用的。而在MU-MIMO這一方面，遺留問題依然存在，由於後發優勢，WiFi-7的體驗會略好於WiFi-6。根據實測，如果MU-MIMO路由器連接2臺設備，這幾臺設備和路由器交換的總速率通常是達不到單臺設備數據傳輸速率的2倍的。（見下圖）採用802.11ac協議時，4根有效天線的旗艦路由器的總傳輸速率對比單臺的倍數隨設備數增多而減少。顯然這是由於路由器芯片性能、電磁波傳播規律的導致的。WiFi-7的後發優勢或許能讓芯片的吞吐能力有一定的提高，但效果並不顯著。此外，MU-MIMO還有一大問題。如果連接MU-MIMO路由器的某一臺設備只支持SU-MIMO（單用戶），那麼就無法享受到MU-MIMO帶來的優勢，而是其他的MU-MIMO設備要和這臺SU-MIMO設備在時域互相爭搶。解決這個問題只能靠有意識地更換新設備來解決。
WiFi的未來
前文已經提到，WiFi-7的6Ghz頻段將會和下一代移動通信技術（比如6G）共享，並且WiFi也在越來越多地採用已經在4G、5G中使用過的同類型技術。並且，由於5G的覆蓋範圍較小，室內應用中WiFi和5G、6G的部署成本都是需要考慮的問題。對於大型商場、智能工廠這類應用來說，5G、6G和WiFi的融合是一種可能發生的情況。而對於移動終端來說，天線的數量也已經到達了瓶頸。如果只考慮速率，60Ghz的802.11ay已經出現數年，可以在室內應用吊打USB3.0。
WiFi的未來將會如何?我們拭目以待。
參考文獻：
IEEE 802.11n真聚合機制的研究
Wi-Fi 7(802.11be)前瞻1：展望下一代的Wi-Fi技術
如何形象的理解什麼是QAM，8QAM，16QAM，和載波對應關係如何？
關於wifi 6技術，這篇說得最詳細
OFFICIAL IEEE 802.11 WORKING GROUP PROJECT TIMELINES
我的華碩AX89X 160頻寬和MU-MIMO問題
配圖來自互聯網，圖源見水印。
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