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WiFi6用上了吗？WiFi7已经蓄势待发了
2022-12-16 01:06:00
（文/程文智）如今WiFi已经成为了人们最常用的无线连接技术，从桌面终端、移动终端、家用电器，到汽车，随处都可以见到WiFi的身影。WiFi在为数十亿的设备提供着接入互联网的服务。据WiFi联盟估计，到2024年，每年将会有近40亿台WiFi设备出货。
自从IEEE在20世纪90年代初成立专门的802.11工作组，专门研究和定制WLAN(无线局域网)的标准协议，并在1997年6月推出的第一代WLAN协议---IEEE 802.11-1997开始，经历了802.11a/b、802.11g、WiFi4（802.11n）、WiFi5（802.11ac）、WiFi6（802.11ax），以及WiFi6E，如今WiFi7的芯片和终端产品也开始进入市场。
WiFi7有哪些新特性？
虽然WiFi7的正式标准需要到2024年才会确定，但WiFi7（802.11be）EHT（Extremely High Throughput，极高吞吐量）工作组在2019年5月就已经成立，其开发工作仍在进行当中，整个协议标准将会按照两个Release发布，其中Release1在2021年发布第一版草案Draft1.0，预期会在2022年底发布标准；Release2则预计是在2022年初启动，2024年底完成标准发布。
根据目前公布的信息，WiFi7在Wi-Fi 6的基础上引入了320MHz带宽、4096-QAM、Multi-RU、多链路操作（Multi-Link Operation，简称MLO）、增强MU-MIMO、多AP协作等技术，使得Wi-Fi 7与Wi-Fi 6相比，可将提供更高的数据传输速率和更低的时延。据悉，Wi-Fi 7能够支持高达46Gbps的最高吞吐量，速度比WiFi6快4.8倍。
图：中频段的WiFi信道化（来源：WiFi联盟）
相比WiFi6，WiFi7的主要新特性有以下几点：
首先是支持最大320MHz带宽。众所周知，2.4GHz和5GHz频段免授权频谱有限且拥挤，现有WiFi在运行VR/AR等新兴应用时，不可避免地会遇到QoS低的问题。为了实现最大吞吐量不低于46Gbps的目标，WiFi 7将继续引入6GHz频段，并增加新的带宽模式，包括连续240MHz，非连续160+80MHz，连续320 MHz和非连续160+160MHz。
二是支持Multi-RU机制。在WiFi 6中，每个用户只能在分配到的特定RU上发送或接收帧，大大限制了频谱资源调度的灵活性。为解决该问题，进一步提升频谱效率，WiFi 7中定义了允许将多个RU分配给单用户的机制。当然，为了平衡实现的复杂度和频谱的利用率，协议中对RU的组合做了一定的限制，即：小规格RU（小于242-Tone的RU）只能与小规格RU合并，大规格RU（大于等于242-Tone的RU）只能与大规格RU合并，不允许小规格RU和大规格RU混合使用。
三是引入更高阶的4096-QAM调制技术。WiFi 6的最高调制方式是1024-QAM，其中调制符号承载10bit。为了进一步提升速率，WiFi 7将会引入4096-QAM，使得调制符号承载12bit。在相同的编码下，WiFi 7的4096-QAM比WiFi 6的1024-QAM可以获得20%的速率提升。
四是支持更多数据流，MIMO功能增强。在WiFi 7中，空间流的数从WiFi 6的8个增加到16个，理论上可以将物理传输速率提升两倍以上。支持更多的数据流也将会带来更强大的特性——分布式MIMO，意为16条数据流可以不由一个接入点提供，而是由多个接入点同时提供，这意味着多个AP之间需要相互协同进行工作。
五是支持多AP之间的协同调度。目前在802.11的协议框架内，AP之间实际上是没有太多协作的关系。自动调优、智能漫游等常见的WLAN功能都属于厂商自定义的特性。AP间协作的目的也仅是优化信道选择，调整AP间负载等，以实现射频资源高效利用、均衡分配的目的。WiFi 7中的多AP间的协同调度，包括小区间的在时域和频域的协调规划，小区间的干扰协调，以及分布式MIMO，可以有效降低AP之间的干扰，极大的提升空口资源的利用率。多AP间的协同调度的方式有很多，包括C-OFDMA（Coordinated Orthogonal Frequency-Division Multiple Access）、CSR（Coordinated Spatial Reuse）、CBF（Coordinated Beamforming）和JXT（Joint Transmission）等。
六是引入了MLO机制。为了实现所有可用频谱资源的高效利用，迫切需要在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz上建立新的频谱管理、协调和传输机制。工作组定义了多链路聚合相关的技术，主要包括增强型多链路聚合的MAC架构、多链路信道接入和多链路传输等相关技术。MLO技术的引入，如果做得好将会极大提升WiFi的使用体验。
因为MLO机制的引入，将会带来两大好处，一是聚合频段，以往我们的手机连接路由器时只能是2.4GHz或5GHz频段中的一个，有了MLO之后，这两个频段可以同时连上路由器，这样网速将会更高；另一个就是分流，比如用户的手机和路由器都支持MLO，如果手机的2.4GHz和5GHz频段同时连上了路由器，我们就可以将让那些需要低时延的数据包，比如游戏数据包，走5GHz或6GHz频段，而边玩游戏边语音聊天的的那些语音数据包则可以走2.4GHz频段。
也就是说，MLO如果真正做好，能够让所有厂商都支持，对用户使用WiFi的体验会有一个大幅的提升。
WiFi7芯片玩家
据Global Market Insights的数据显示，2021年全球WiFi芯片市场规模超过了200亿美元，其中博通、高通、联发科技、英特尔和TI是市场的主导者，这5家企业加起来占了80%的市场份额。
目前在WiFi6/6E主芯片市场领先的博通、高通和联发科技等厂商，已经开始了WiFi7芯片的研发，并且已经有先期的芯片问市。另外，无线射频前端模组供应商Skyworks和Qorvo等也在积极布局WiFi7的研发。
博通在今年4月份时发布了WiFi7无线解决方案，包括六款不同的产品，其中包括一款WiFi7 SoC BCM4916，以及五款WiFi7芯片组。其中BCM4916基于ARMv8架构，四核心，集成64KB一级缓存、1MB二级缓存，可提供最高24K DMIPS的算力。与目前大多数路由器SoC相比，BCM4916支持320MHz 6GHz、320MHz 5GHz、2.4GHz等频段和带宽，同时支持四个PCIe接口、两个10G、两个2.5G共计8个网口。不仅如此，还支持DDR3和DDR4缓存。
WiFi 7 芯片组方面，博通发布了五种型号，分别是用于消费产品的 BCM6726 和 BCM67263，用于企业产品的 BCM43740 和 BCM73720，以及用于移动设备的 BCM4398。其中 BCM6726 支持 2.4、5 和 6 GHz 频段，BCM67263 仅支持 6 GHz 频段。但 BCM67263 提供 320 MHz 的信道带宽，这是达到 WiFi 7 将达到的 40 Gbps 以上带宽所必需的。
据悉，博通新款WiFi7芯片已经向华硕、Netgear 和 TP-Link，以及 OEM / ODM 和网络运营商合作伙伴出样。至于量产时间，目前还不确定。
高通在WiFi方面紧跟博通的步伐，特别是在WiFi5时，高通推出的Mesh解决方案受到了市场的追捧，成为市场热点，Netgear 的Orbi与Google WiFi采用的都是高通的解决方案。如今在WiFi7市场，高通也早早布局了，2022年3月就发布了WiFi7 SoC产品FastConnect 7800。12月份又推出了新产品“Wi-Fi 7沉浸式家庭联网平台”家族，其中包括两个具体型号，一是高通326沉浸式家庭联网平台，另一个则是高通3210沉浸式家庭联网平台。
这两个平台均支持最新的WiFi7标准，这也就意味着它们能够支持包括6GHz频段的320MHz超宽频段、高频多连接（即同时连接两个5GHz、或5GHz+6GHz频段）、以及低延迟连接等一系列WiFi7的标志性技术。
在性能指标上，高通3210沉浸式家庭联网平台具备最大10条并发数据流，也就是2+4+4三频配置，具备高达20Gbps的数据吞吐量，也就是两万兆。而高通326沉浸式家庭联网平台则更偏入门级配置，是2+2+2的三频段6数据流并发设计，最大吞吐量是10Gbps、也达到了万兆水准。
联发科技的WiFi芯片在很多人眼里属于低端产品，但事实上这几年他们已经慢慢开始想要进军高端芯片市场，比如这两年发布的天玑系列芯片其实性能表现还不错。可以明显看到联发科技想在手机SoC芯片领域与高通掰一掰手腕。其实在802.11ac时期，联发科技的762x系列WiFi芯片的市场表现还不错。
如今在WiFi7领域，联发科技在今年5月份时推出了针对路由器的Filogic 880和用于手机/平板/笔记本等的Filogic 380芯片。
具体来说，Filogic 880采用6nm工艺，集成四核A73 CPU单元，网路方面支持五频4×4 MIMO，单频最高10Gbps，五频并发最高36Gbps。
Filogic 380同样采用6nm工艺，还集成对蓝牙5.3和低功耗音频的支持，网络方面支持三频段，2×2 MIMO，速率最高6.5Gbps。
另外，在路由器产品方面，H3C有发布一款WiFi 7路由器，不久前TP-Link也发布了多款WiFi7路由器，比如Archer BE900，该款路由器售价699.99美元，预计12月31日开始预购，明年Q1发货，换算成人民币的话，这款WiFi7路由器的价格超过了5000元。
结语
WiFi7的到来，将会满足用户对于高清4K/8K视频、VR/AR、低时延优势，以及远程协同办公的需求。但WiFi7的普及可能还要一阵子，毕竟WiFi7跟WiFi6E一样都用到了6GHz，向下兼容性比较差，WiFi7的产品一定要配备2.4GHz和5GHz，再加上6GHz的话，就需要三频起跳，这样终端产品售价就会比较高，想要普及难度不小。
自从IEEE在20世纪90年代初成立专门的802.11工作组，专门研究和定制WLAN(无线局域网)的标准协议，并在1997年6月推出的第一代WLAN协议---IEEE 802.11-1997开始，经历了802.11a/b、802.11g、WiFi4（802.11n）、WiFi5（802.11ac）、WiFi6（802.11ax），以及WiFi6E，如今WiFi7的芯片和终端产品也开始进入市场。
WiFi7有哪些新特性？
虽然WiFi7的正式标准需要到2024年才会确定，但WiFi7（802.11be）EHT（Extremely High Throughput，极高吞吐量）工作组在2019年5月就已经成立，其开发工作仍在进行当中，整个协议标准将会按照两个Release发布，其中Release1在2021年发布第一版草案Draft1.0，预期会在2022年底发布标准；Release2则预计是在2022年初启动，2024年底完成标准发布。
根据目前公布的信息，WiFi7在Wi-Fi 6的基础上引入了320MHz带宽、4096-QAM、Multi-RU、多链路操作（Multi-Link Operation，简称MLO）、增强MU-MIMO、多AP协作等技术，使得Wi-Fi 7与Wi-Fi 6相比，可将提供更高的数据传输速率和更低的时延。据悉，Wi-Fi 7能够支持高达46Gbps的最高吞吐量，速度比WiFi6快4.8倍。
图：中频段的WiFi信道化（来源：WiFi联盟）
相比WiFi6，WiFi7的主要新特性有以下几点：
首先是支持最大320MHz带宽。众所周知，2.4GHz和5GHz频段免授权频谱有限且拥挤，现有WiFi在运行VR/AR等新兴应用时，不可避免地会遇到QoS低的问题。为了实现最大吞吐量不低于46Gbps的目标，WiFi 7将继续引入6GHz频段，并增加新的带宽模式，包括连续240MHz，非连续160+80MHz，连续320 MHz和非连续160+160MHz。
二是支持Multi-RU机制。在WiFi 6中，每个用户只能在分配到的特定RU上发送或接收帧，大大限制了频谱资源调度的灵活性。为解决该问题，进一步提升频谱效率，WiFi 7中定义了允许将多个RU分配给单用户的机制。当然，为了平衡实现的复杂度和频谱的利用率，协议中对RU的组合做了一定的限制，即：小规格RU（小于242-Tone的RU）只能与小规格RU合并，大规格RU（大于等于242-Tone的RU）只能与大规格RU合并，不允许小规格RU和大规格RU混合使用。
三是引入更高阶的4096-QAM调制技术。WiFi 6的最高调制方式是1024-QAM，其中调制符号承载10bit。为了进一步提升速率，WiFi 7将会引入4096-QAM，使得调制符号承载12bit。在相同的编码下，WiFi 7的4096-QAM比WiFi 6的1024-QAM可以获得20%的速率提升。
四是支持更多数据流，MIMO功能增强。在WiFi 7中，空间流的数从WiFi 6的8个增加到16个，理论上可以将物理传输速率提升两倍以上。支持更多的数据流也将会带来更强大的特性——分布式MIMO，意为16条数据流可以不由一个接入点提供，而是由多个接入点同时提供，这意味着多个AP之间需要相互协同进行工作。
五是支持多AP之间的协同调度。目前在802.11的协议框架内，AP之间实际上是没有太多协作的关系。自动调优、智能漫游等常见的WLAN功能都属于厂商自定义的特性。AP间协作的目的也仅是优化信道选择，调整AP间负载等，以实现射频资源高效利用、均衡分配的目的。WiFi 7中的多AP间的协同调度，包括小区间的在时域和频域的协调规划，小区间的干扰协调，以及分布式MIMO，可以有效降低AP之间的干扰，极大的提升空口资源的利用率。多AP间的协同调度的方式有很多，包括C-OFDMA（Coordinated Orthogonal Frequency-Division Multiple Access）、CSR（Coordinated Spatial Reuse）、CBF（Coordinated Beamforming）和JXT（Joint Transmission）等。
六是引入了MLO机制。为了实现所有可用频谱资源的高效利用，迫切需要在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz上建立新的频谱管理、协调和传输机制。工作组定义了多链路聚合相关的技术，主要包括增强型多链路聚合的MAC架构、多链路信道接入和多链路传输等相关技术。MLO技术的引入，如果做得好将会极大提升WiFi的使用体验。
因为MLO机制的引入，将会带来两大好处，一是聚合频段，以往我们的手机连接路由器时只能是2.4GHz或5GHz频段中的一个，有了MLO之后，这两个频段可以同时连上路由器，这样网速将会更高；另一个就是分流，比如用户的手机和路由器都支持MLO，如果手机的2.4GHz和5GHz频段同时连上了路由器，我们就可以将让那些需要低时延的数据包，比如游戏数据包，走5GHz或6GHz频段，而边玩游戏边语音聊天的的那些语音数据包则可以走2.4GHz频段。
也就是说，MLO如果真正做好，能够让所有厂商都支持，对用户使用WiFi的体验会有一个大幅的提升。
WiFi7芯片玩家
据Global Market Insights的数据显示，2021年全球WiFi芯片市场规模超过了200亿美元，其中博通、高通、联发科技、英特尔和TI是市场的主导者，这5家企业加起来占了80%的市场份额。
目前在WiFi6/6E主芯片市场领先的博通、高通和联发科技等厂商，已经开始了WiFi7芯片的研发，并且已经有先期的芯片问市。另外，无线射频前端模组供应商Skyworks和Qorvo等也在积极布局WiFi7的研发。
博通在今年4月份时发布了WiFi7无线解决方案，包括六款不同的产品，其中包括一款WiFi7 SoC BCM4916，以及五款WiFi7芯片组。其中BCM4916基于ARMv8架构，四核心，集成64KB一级缓存、1MB二级缓存，可提供最高24K DMIPS的算力。与目前大多数路由器SoC相比，BCM4916支持320MHz 6GHz、320MHz 5GHz、2.4GHz等频段和带宽，同时支持四个PCIe接口、两个10G、两个2.5G共计8个网口。不仅如此，还支持DDR3和DDR4缓存。
WiFi 7 芯片组方面，博通发布了五种型号，分别是用于消费产品的 BCM6726 和 BCM67263，用于企业产品的 BCM43740 和 BCM73720，以及用于移动设备的 BCM4398。其中 BCM6726 支持 2.4、5 和 6 GHz 频段，BCM67263 仅支持 6 GHz 频段。但 BCM67263 提供 320 MHz 的信道带宽，这是达到 WiFi 7 将达到的 40 Gbps 以上带宽所必需的。
据悉，博通新款WiFi7芯片已经向华硕、Netgear 和 TP-Link，以及 OEM / ODM 和网络运营商合作伙伴出样。至于量产时间，目前还不确定。
高通在WiFi方面紧跟博通的步伐，特别是在WiFi5时，高通推出的Mesh解决方案受到了市场的追捧，成为市场热点，Netgear 的Orbi与Google WiFi采用的都是高通的解决方案。如今在WiFi7市场，高通也早早布局了，2022年3月就发布了WiFi7 SoC产品FastConnect 7800。12月份又推出了新产品“Wi-Fi 7沉浸式家庭联网平台”家族，其中包括两个具体型号，一是高通326沉浸式家庭联网平台，另一个则是高通3210沉浸式家庭联网平台。
这两个平台均支持最新的WiFi7标准，这也就意味着它们能够支持包括6GHz频段的320MHz超宽频段、高频多连接（即同时连接两个5GHz、或5GHz+6GHz频段）、以及低延迟连接等一系列WiFi7的标志性技术。
在性能指标上，高通3210沉浸式家庭联网平台具备最大10条并发数据流，也就是2+4+4三频配置，具备高达20Gbps的数据吞吐量，也就是两万兆。而高通326沉浸式家庭联网平台则更偏入门级配置，是2+2+2的三频段6数据流并发设计，最大吞吐量是10Gbps、也达到了万兆水准。
联发科技的WiFi芯片在很多人眼里属于低端产品，但事实上这几年他们已经慢慢开始想要进军高端芯片市场，比如这两年发布的天玑系列芯片其实性能表现还不错。可以明显看到联发科技想在手机SoC芯片领域与高通掰一掰手腕。其实在802.11ac时期，联发科技的762x系列WiFi芯片的市场表现还不错。
如今在WiFi7领域，联发科技在今年5月份时推出了针对路由器的Filogic 880和用于手机/平板/笔记本等的Filogic 380芯片。
具体来说，Filogic 880采用6nm工艺，集成四核A73 CPU单元，网路方面支持五频4×4 MIMO，单频最高10Gbps，五频并发最高36Gbps。
Filogic 380同样采用6nm工艺，还集成对蓝牙5.3和低功耗音频的支持，网络方面支持三频段，2×2 MIMO，速率最高6.5Gbps。
另外，在路由器产品方面，H3C有发布一款WiFi 7路由器，不久前TP-Link也发布了多款WiFi7路由器，比如Archer BE900，该款路由器售价699.99美元，预计12月31日开始预购，明年Q1发货，换算成人民币的话，这款WiFi7路由器的价格超过了5000元。
结语
WiFi7的到来，将会满足用户对于高清4K/8K视频、VR/AR、低时延优势，以及远程协同办公的需求。但WiFi7的普及可能还要一阵子，毕竟WiFi7跟WiFi6E一样都用到了6GHz，向下兼容性比较差，WiFi7的产品一定要配备2.4GHz和5GHz，再加上6GHz的话，就需要三频起跳，这样终端产品售价就会比较高，想要普及难度不小。
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