谷歌搜索“Z 世代的著名成員”會出現各種我從未聽說過的名字(不過,我確實認出了 Greta Thunberg)。但又一個名字明顯缺席,那就是IEEE 802.11,也就是我們通常所說的 Wi-Fi。

Wi-Fi 誕生于 1997 年,對人類生活的影響遠遠超過任何其他 Z 世代名人。它的穩步增長和成熟逐漸將網絡連接從電纜和連接器的舊制度中解放出來,以至于無線寬帶互聯網接入——這在撥號時代是不可想象的——通常被認為是理所當然的。

我的年紀,讓我足以記住 RJ45 插頭帶來的,令人滿意的咔嗒聲,這標志著與快速擴展的在線多元宇宙的成功連接?,F在我幾乎不需要 RJ45,而我認識的技術飽和的青少年甚至可能不知道它們的存在。

普通民眾對 Wi-Fi 的偏好并不令人驚訝。與無線的巨大便利性相比,以太網電纜看起來幾乎是野蠻的。但作為一個只關心數據鏈路性能的工程師,我仍然認為 Wi-Fi 不如有線連接。802.11be 是否會讓 Wi-Fi 更接近于完全取代以太網?

Wi-Fi標準簡介:Wi-Fi 6和Wi-Fi 7

Wi-Fi 6 是 IEEE 802.11ax 的公開名稱。Wi-Fi 6 于 2021 年初獲得全面批準,得益于 802.11 協議二十多年的累積改進,Wi-Fi 6 是一個強大的標準,似乎不適合快速替代。

高通公司的一篇博文將 Wi-Fi 6 總結為“旨在為盡可能多的設備同時驅動盡可能多的數據的功能和協議的集合”。Wi-Fi 6 引入了各種提高效率和增加吞吐量的高級功能,包括頻域復用、上行鏈路多用戶 MIMO 和數據包的動態分片。

Wi-Fi 6 采用 OFDMA(正交頻分多址)技術,可提高多用戶環境中的頻譜效率。

圖片由思科提供

那么,為什么 802.11 工作組已經在開發新標準的道路上順利進行呢?為什么我們已經看到有關第一個 Wi-Fi 7 演示的頭條新聞?盡管 Wi-Fi 6 收集了最先進的無線電技術,但至少在某些方面,人們認為 Wi-Fi 6 在兩個重要方面令人印象深刻:數據速率和延遲。

通過提高 Wi-Fi 6 的數據速率和延遲性能,Wi-Fi 7 的架構師希望提供比使用以太網電纜更容易實現的快速、流暢、可靠的用戶體驗。

關于 Wi-Fi 協議的數據速率與延遲

Wi-Fi 6 支持接近 10 Gbps 的數據傳輸速率。這在絕對意義上是否“足夠好”是一個非常主觀的問題。然而,從相對意義上來說,Wi-Fi 6 的數據速率在客觀上是低迷的:Wi-Fi 5 的數據速率相比其前身提高了 1000%,而 Wi-Fi 6 的數據與 Wi-Fi 5 相比,速率提高了不到 50%。

理論上的流數據速率絕對不是量化網絡連接“速度”的綜合手段,但它的重要性足以值得那些負責 Wi-Fi 持續商業成功的人密切關注。

過去三代Wi-Fi網絡協議的比較。圖片由英特爾提供

延遲作為一般概念是指輸入和響應之間的延遲。

在網絡連接的情況下,過長的延遲可能會降低用戶體驗,甚至超過有限的數據速率——如果您必須在網頁前等待五秒鐘,那么極快的比特級傳輸對您沒有多大幫助開始加載。延遲對于視頻會議、虛擬現實、游戲和遠程設備控制等實時應用程序尤為重要。用戶對故障視頻、滯后的游戲和拖拉的機器界面只有這么多的耐心。

Wi-Fi 7 的數據速率和延遲

IEEE 802.11be 的項目授權報告包括提高數據速率和減少延遲作為明確目標。讓我們仔細看看這兩種升級途徑。

數據速率和正交幅度調制

Wi-Fi 7 的架構師希望看到至少 30 Gbps 的最大吞吐量。我們不知道最終確定的 802.11be 標準中將包含哪些特性和技術,但一些最有希望提高數據速率的候選者是 320 MHz 信道寬度、多鏈路操作和 4096-QAM 調制。

通過訪問 6 GHz 頻段的額外頻譜資源,Wi-Fi 可以將最大信道寬度增加到 320 MHz。相對于 Wi-Fi 6,320 MHz 的通道寬度將最大帶寬和理論峰值數據速率提高了兩倍。

在多鏈路操作中,具有自己鏈路的多個客戶站作為“多鏈路設備”共同發揮作用,它們具有到網絡邏輯鏈路控制層的一個接口。Wi-Fi 7 將可以訪問三個頻段(2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz);Wi-Fi 7 多鏈路設備可以在多個頻段同時發送和接收數據。多鏈路操作具有顯著增加吞吐量的潛力,但它帶來了一些重大的實施挑戰。

在多鏈路操作中,多鏈路設備具有一個 MAC 地址,即使它包含多個 STA(代表站,表示筆記本電腦或智能手機等通信設備)。圖片由IEEE提供

QAM 代表正交幅度調制。這是一種 I/Q 調制方案,其中相位和幅度的特定組合對應于不同的二進制序列。我們可以(理論上)通過增加系統“星座”中相位/幅度點的數量來增加每個符號傳輸的比特數(見下圖)。

這是 16-QAM 的星座圖。復平面上的每個圓圈代表對應于預定義二進制數的相位/幅度組合。圖片由IEEE提供

Wi-Fi 6 使用 1024-QAM,它支持每個符號 10 位(因為 2 10 = 1024)。如果使用 4096-QAM 調制,系統可以在每個符號上傳輸 12 位,前提是它可以在接收器處實現足夠的 SNR 以實現成功解調。

延遲特性:MAC 層和 PHY 層

實時應用可靠功能的閾值是 5-10 毫秒的最壞情況延遲;在某些使用場景中,低至 1 毫秒的延遲是有益的。在 Wi-Fi 環境中實現如此低的延遲并非易事。

在 MAC(媒體訪問控制)層和物理層 (PHY) 上運行的功能將有助于將 Wi-Fi 7 延遲性能帶入低于 10 毫秒的領域。其中包括多接入點協調波束成形、時間敏感網絡和多鏈路操作。

Wi-Fi 7 的主要特性。圖片由IEEE提供

最近的研究表明,包含在多鏈路操作總標題中的多鏈路聚合可能有助于使 Wi-Fi 7滿足實時應用程序的延遲要求。

您對 Wi-Fi 7 的未來持樂觀態度嗎?

我們還不知道 Wi-Fi 7 究竟會是什么樣子,但它無疑將包含令人印象深刻的新射頻技術和數據處理技術。這所有的研發都值得嗎?Wi-Fi 7 是否會徹底改變無線網絡并徹底抵消以太網電纜的少數剩余優勢?歡迎在下面的評論部分分享您的想法。

標簽: 多鏈路 延遲