Wi-Fi 7 核心技术及其应用前景分析*

雷祖华

（中国电信股份有限公司 重庆客户服务调度中心，重庆 400900）

0 引言

Wi-Fi（Wireless Fidelity）作为一种重要的无线网络技术，可为无线局域网用户提供便捷的宽带数据业务，对移动数据业务的发展起到非常重要的推动作用。据统计，目前全球使用Wi-Fi 的设备有上百亿[1]。而随着5G 技术的落地应用，5G 高频段和宽带扩展为Wi-Fi 发展提供了更多的频谱资源，若Wi-Fi 与5G 网络协同工作可实现更广泛的覆盖和更高的传输速率，在进一步促进5G 业务发展的同时，也必将推动Wi-Fi 技术的发展及其在社会生活中的应用，更好地满足用户的各种无线业务需求，因此Wi-Fi 7 技术应运而生[2]。

1 Wi-Fi 技术及其发展

Wi-Fi 作为高速有线接入和蜂窝移动通信的补充，主要通过无线访问节点（Access Point，AP）以低廉的价格支持无线局域网用户的宽带接入业务，为办公楼宇、会场、商场及机场等多种场景下用户的移动数据业务提供了很大的便利，也因此得到了不断发展。

Wi-Fi 遵从IEEE 802.11x 协议规范，伴随着移动通信技术及其业务的发展，Wi-Fi 技术使用的频段和可支持的传输速率也不断更新。Wi-Fi 协议版本及其对应的频段、传输速率等信息如表1 所示。

表1 Wi-Fi 协议版本信息

2 Wi-Fi 7 关键技术

为了协同支持5G 技术应用中越来越多用户对低时延、超高带宽业务的需求，IEEE 802.11be 新引入6 GHz 频段，使得Wi-Fi 7 可工作在2.4 GHz、5 GHz、6 GHz 频段。而6 GHz 频段的1 200 MHz 带宽可提供59 个20 MHz、29 个40 MHz、14 个80 MHz、7 个160 MHz 或者3 个320 MHz 的信道带宽，最大带宽达到了320 MHz，在相同数据流和相同编码情况下，比最大160 MHz 带宽的Wi-Fi 6 提升了一倍。这意味基于Wi-Fi 7 的网络可以在相同条件下传输更多的数据，支持更多样的无线业务。同时Wi-Fi 7 能够支持高达30 Gbit/s 的吞吐量[3]，大约是Wi-Fi 6的3 倍。

作为Wi-Fi 的新版本，Wi-Fi 7 引入协同多用户多输入多输出（Coordinated Multi-User Multiple-Input Multiple-Output，CMU-MIMO）、4 096-QAM、多链路协作、Multi-RU、多AP 协作等多项创新技术，使得Wi-Fi 7 相较Wi-Fi 6 能够实现更高的数据传输速率和更低的时延，同时对于大量连接设备带来的更多并行处理需求，具有极大的应对潜力。下面针对Wi-Fi 7 的核心关键技术进行介绍。

2.1 CMU-MIMO 技术

Wi-Fi 7 通过引入先进的CMU-MIMO 数据流技术，最大可支持MIMO 16×16，较Wi-Fi 6 的8 条数据流增加了一倍。同时，通过协同技术，可将16条数据流分流到不同的接入点并支持其同时工作，这不仅使得Wi-Fi 7 可支持8K 高清视频、虚拟现实等新兴高带宽业务，以满足用户对高质量视听业务体验的需求，同时也扩大了网络的覆盖范围。

2.2 4 096-QAM 调制

采用M-QAM 对无线通信系统信号进行调制时，M值越大意味着无线通信系统的数据速率和频谱效率越高。Wi-Fi 6 版本中支持的最高阶调制为1 024-QAM，每个调制符号可携带10 bit 信息。为了进一步提高速率，Wi-Fi 7 采用4 096-QAM 调制，每个调制符号可以携带12 bit 信息。因此，在相同的编码条件下，Wi-Fi 7 中的4 096-QAM 相较于Wi-Fi 6 中的1 024-QAM 可以实现约20%的速率提升。这意味着通过更高阶的调制，Wi-Fi 7 能够在相同的带宽下传输更多的数据，使得无线网络连接速度更快、吞吐量更大，从而提供更出色的网络性能和用户体验。

2.3 多链路传输技术

Wi-Fi 7 协议标准设定了2.4 GHz、5 GHz 和6 GHz 这3 个频段，随着使用频段的增加，可使用的信道资源也得到了很大的提升。通常，在多链路的情况下，如果链路之间的隔离度不够，相互间会出现干扰，导致传输质量受到影响。另外，也存在某链路质量虽然差但仍被选中进行通信传输，而其他好的信道资源却被闲置等问题，这不仅可能导致信道利用率较低，而且会影响网络性能。为了提高信道的利用率，克服链路之间的传输干扰，Wi-Fi 7使用了多链路设备及链路聚合技术等手段。

如图1 所示，支持Wi-Fi 7 协议的AP 中有支持3 个频段的射频芯片，可支持热点模式（AP）与无线终端模式（Station，STA）之间建立多频段的链路。通过在链路层（Medium Access Control，MAC）采用多链路操作技术（Multi-Link Operation，MLO），以及定义多链路架构、信道接入、数据传输等标准，可以将跨频段的多条链路聚合成一个虚拟链路，在虚拟链路中，可以根据使用场景和空口状态实现不同链路之间的切换和协同。相较于Wi-Fi 6 中信道链路独立工作的方式，多链路协同方式在数据高效传输、快速、低延迟方面可提供更好的保障。

图1 多链路工作方式

多链路协同传输的模式主要有联合传输和复制传输。联合传输是将进行合理拆分的数据报文同时放到两个射频链路上进行传输，可以明显提升传输速率。而复制传输是一个数据报文同时通过不同的链路进行传输，接收端按照先到先得的原则进行接收，在保证传输可靠性的同时，可有效降低时延。

2.4 OFDMA 的改进

2.4.1 MRU 技术

Wi-Fi 7 提出了多资源单元（Multiple Resource Unit，MRU）概念，该技术的目的是提高频谱资源利用率。对于Wi-Fi 6 在正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）工 作模式引入的资源单元（Resource unit，RU）技术，虽然可以在同一时刻向多个用户发送信息，但对每个用户只能分配一个RU，而且不能跨RU 分配。Wi-Fi 7 则允许单个设备同时占用多个无线资源单元（RU），并且可以组合不同尺寸的RU。为了保持实现复杂度和频谱资源利用的平衡，Wi-Fi 7 协议把RU 分为小部RU（26-tone RU，52-tone RU，106-tone RU）和大部RU（242-tone RU，484-tone RU、996-tone RU、1992-tone RU）两大类，且规定只有相同类型的RU 才能组合成一个MRU，即必须同为小部RU，或同为大部RU 才能形成一个MRU，该限制有助于提高Wi-Fi 7 的性能和资源利用效率。

如图2 所示，320 MHz 内同时有3 名用户使用，一名用户分配到996-tone RU，另外两名用户分别分配到484-tone RU 和484-tone RU+996 tone RU，剩余的996-tone RU 可以再分配给第一个用户，从而提升了资源利用率，提高了信息传输速度。

图2 大带宽MRU 示例

2.4.2 前导码打孔技术

前导码打孔（Preamble Puncturing）技术与MRU一样具有提升资源利用率的功能，只不过前导码打孔是在受到干扰的情况下恢复信道利用时使用[4]。在Wi-Fi 6 标准中，前导码打孔只是一项可选技术，但技术成本较高，一般的产品功能中并没有包含这个功能。而在Wi-Fi 7 标准中，前导码打孔一项已成为强制标准。

从802.11n 开始引入的信道捆绑，可将多个20 MHz 信道进行捆绑以实现更大的带宽，提供更高的传输速率；但若其中一个捆绑信道出现问题则可能会使信道捆绑失败，从而导致网络中断或性能下降。而Wi-Fi 7 通过引入前导码打孔技术，对某受到干扰的辅信道直接打孔、屏蔽，保证其余信道继续捆绑起来传输信息，从而提升了非连续信道的利用率。前导码打孔技术应用示例如图3 所示。

图3 前导码打孔效果对比

如图3（a）所示，若将4 个20 MHz 信道捆绑成一个80 MHz 的信道，如果某次信道受到干扰，那么信道捆绑失效，只能在主信道进行20 MHz 带宽的传输。但若引入前导码打孔技术，如图3（b）所示，则可直接将受干扰的信道置于Null 状态予以屏蔽，并对剩余信道继续进行捆绑以60 MHz 信道带宽传输信息，以提高传输效率。

2.5 多AP 协作技术

在其他已发布的Wi-Fi 协议中，各个接入点（AP）之间通常采用全分布式工作模式，评估吞吐量和可接入用户数量时更倾向于以单个AP 为主。而Wi-Fi 7 协议除了关注单个AP 本身的性能和可靠性的提升，还注重多个AP 之间通过协作方式进行资源配置[5]，以提高网络性能。Wi-Fi 7中主要定义了4 种协同调度方式，即协同空间重用（Coordinated Spatial Reuse，CSR）、联合传输（Joint Transmission，JXT）、协同正交频分多址（Coordinated Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，C-OFDMA）和协同波束赋形（Coordinated Beamforming，CBF）。通过这些技术可实现更合理的资源分配和协同传输，进一步优化整个Wi-Fi 网络的性能。

3 主要应用

相较于其他同类型技术，Wi-Fi 7 在数据传输速率、时延和效率方面表现更为优异。这将对消费市场和工业领域带来深远影响。下文将对Wi-Fi 7技术在高清视频流媒体、云游戏、工业应用等领域的应用优势进行探讨。

3.1 高清视频流媒体

随着音视频行业的发展，4K、8K 视频流不断增加，对网络流量和带宽提出新的需求，不同分辨率视频资源对网络负载的需求见表2。面对用户对视频画质清晰度、播放流畅度、互动低延迟等越来越高[6]的要求，Wi-Fi 7 高达40 Gbit/s 的峰值数据速率和增强的MU-MIMO 功能可很好地支持高分辨率视频流，确保流畅播放而不会出现缓冲或质量下降，可促进4K、8K 视频内容在家庭娱乐和视频专业应用中的广泛采用。

表2 不同分辨率下需要的网络负载

3.2 云游戏

云游戏（Cloud Gaming）是建立在云计算基础上的一种游戏方式，游戏在云端服务器上运行并经过渲染，随后通过网络传送至玩家的游戏终端。由于云游戏使得玩家无须拥有高端硬件设备，因此它得到了极大的发展。

通常，游戏玩家不仅关注游戏内容和运营手段，而且关注画质、流畅度、低延迟等游戏体验，而Wi-Fi 7 多链路操作特性能根据流量要求在MAC层跨不同链路执行链路聚合和频带切换，有助于支持更高的频率范围和更大的信道宽度，从而更有效地使用频谱资源，并可根据场景需求以更灵活的方式分配频谱资源，使吞吐量、延迟或可靠性得以优化。此外，如果将时间敏感网络（Time-Sensitive Network，TSN）的准入控制和调度操作等功能集成应用，则可以更好地减少延迟和支持高分辨率图像，提升玩家的体验[7]。

3.3 工业应用

Wi-Fi 7 的多链路操作特性，使其可在2.4 GHz、5 GHz 和6 GHz 频段上同时进行数据传输，从而可以增加峰值吞吐量，减少延迟和抖动，增强了网络可靠性，也确保了即使存在某些连接失败，仍能传输重要数据，大大提高了Wi-Fi 7 网络的容错率。同时，链路聚合可以显著提高网络吞吐量，可支持大量终端设备的实时通信需求。此外，Wi-Fi 7 利用4K-QAM 的OFDM 调制技术，在给定带宽内可高速传输数据，且可有效支持小数据包的超低延迟传输。这些特性可支持Wi-Fi 7 在工业自动化、机器人技术、远程医疗和实时监控中的应用。比如在医疗保健领域，Wi-Fi 7 可实现医疗数据的实时无缝传输，支持远程患者监护、远程医疗和机器人手术等。Wi-Fi 7 的低延迟和高网络容量特性还可促进物联网设备的集成，优化工业领域各种应用程序的性能，助力智能工厂和工业4.0 建设[8]。

3.4 交互式博物馆应用案例

目前，博物馆多依赖无线通信技术和物联网技术向参观者提供展品相关信息。随着增强现实技术（Augmented Reality，AR）的发展，将其应用于博物馆展品中可支持添加更多信息[9]，并通过互动方式使人们获得更多直观感受。对此，博物馆可根据参观者数量、分布和动态行为，按需部署大量Wi-Fi 7 AP，并在多AP 间采用协同工作模式，以支持更多设备的接入和AR 交互业务的交付。

如图4 所示，博物馆展厅顶部中心某AP 需通过下行链路向用户下发相关展品附加的音视频解说、可交互式音视频指南及博物馆提供的各类实时信息，同时也为用户提供部分沉浸式体验的AR 业务。由于沉浸式体验AR 业务流量对带宽要求高，可容忍延迟为5 ms。为了优先保证对时延敏感的沉浸式体验AR 业务，可将其定义为最高优先级业务，而其他音视频解说、指南及实时通知等信息提供为普通业务。AP 处理队列中数据包时可根据其优先级，优先处理队列中优先级高的数据包。对时延特别敏感的业务数据包，甚至可以采用强占优先方式，强制中断现有较低优先级数据包处理，最大限度保证业务的实时性需求。

图4 博物馆AP 服务环境

另外，结合TSN 的调度控制及路由策略等，根据不同数据包对时延和带宽的需求进行路由选择和流分配，可更充分地应用Wi-Fi 7 通道资源来满足交互式博物馆多样性的、增强现实体验的业务需求。

4 结语

经过多年的发展，Wi-Fi 作为蜂窝移动通信的补充一直紧跟移动通信技术的发展，在无线局域网应用中发挥了重要作用。随着5G 业务应用的不断推进，业内预估，Wi-Fi 7 将在2024—2025 年获得Wi-Fi 联盟认证。

目前，TP-Link 公司已发布了支持Wi-Fi 7 的路由器，华为推出了支持Wi-Fi 7 的新一代AP，高通发布了支持Wi-Fi 7 的芯片，联发科在2022 年推出了用于路由器、中继器、网关等的Wi-Fi 7 平台旗舰芯片。随着更多产品的出现，相信Wi-Fi 7 通过集成TSN 等其他技术，将为用户提供更快、更稳定的无线网络体验，为更多5G 新业务应用的落地提供强大的支持。