高通專業聯網平臺助攻　下一代Wi-Fi 7無線技術前瞻

回顧歷代Wi-Fi的命名史

Wi-Fi的歷史最早可以追溯到1997年，當年802.11標準首次登場，擁有最高2Mbps的傳輸速率（約0. 25MB/s）。隨后，802.11b在1999年發布，而該標準也被業內視為“初代Wi-Fi”，并一路迭代到802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac（表1），每一代新的協議標準都大幅提升了Wi-Fi的原始吞吐量和覆蓋范圍，以及更好的用戶體驗（圖1）。

看起來很頭痛？沒錯，早期Wi-Fi協議標準都是依靠后綴的字母區分新舊，b、a、g、n沒有任何順序和關聯性可言，普通用戶很難弄清它們之間誰更先進。這個問題一直持續到2018年，Wi-Fi聯盟為802.11ax設定了“Wi-Fi 6”的全新命名，而且這種基于數字的世代模型還有追溯性，如此802.11ac、802.11n等早期協議標準也就可以用Wi-Fi 5和Wi-Fi 4替代了（圖2），簡單清晰又明了。

表1：歷代Wi-Fi協議標準匯總表

Wi-Fi 7標準仍在制定中

Wi-Fi 7，代表的是IEEE 802.11全新發布的IEEE 802.11be修訂標準。根據IEEE 802.11beEHT工作組披露的標準開發時間表，時至今日（2022年6月）依舊處于Wi-Fi 7研發的中期階段，剛剛進行了第二版草案Draf t 2.0的發布（圖3）。而Wi-Fi 7最終版本的發布日期，需要等到2024年5月。

因此，無論是聯發科在2022年1月進行的全球首個Wi-Fi 7現場演示、高通在2月發布的全球首款Wi-Fi 7芯片FastConnect 7800、博通在4月帶來的BCM4916 SoC和其他Wi-Fi 7生態系統產品（圖4），以及高通剛剛發布多個號稱全球最具擴展性的商用Wi-Fi 7專業網絡解決方案，本質上都屬于Wi-Fi 7 Ready，這些芯片只能說是支持Wi-Fi 7的部分功能和特性（全部的還在定制中），未來能否通過固件更新，從Wi-Fi 7Ready升級到Wi-Fi 7的正式版還不好說。

Wi-Fi 7都哪里變了

在歷代Wi-Fi協議標準中，Wi-Fi 4相較Wi-Fi 3、Wi-Fi 5相較Wi-F 4，在速度層面有了質的跨越，顯著提升了無線設備（如手機、筆記本）的下載速度。然而，到了Wi-Fi 6時代，哪怕是它的衍生版Wi-Fi 6E（圖5），在速度方面的變化卻并不明顯（遠不如前輩的十余倍提升），無線設備的下載速度并沒有因新的無線標準而受益。

Wi-Fi 6E的特色是將Wi-Fi 6的關鍵特性組合擴展至6GHz頻段

實際上，Wi-Fi 6在協議制定之初就沒有主打“提速”，而是專注于“提升接入質量”，也就是可以穩定接入更多設備，降低延遲，更適合IoT設備和智能家居的布網需求，重點關注了高密場景下的用戶體驗。

全新的Wi-Fi 7則充分發揚了“既要，也要”的精神，其無線傳輸速度可以達到30Gbps～46Gbps，媲美當前最先進的雷電4接口的有線傳輸速度（圖6）。同時，Wi-Fi 7還能進一步降低網絡延遲，從而滿足視頻/語音會議、云/邊緣計算、互動遠程醫療、沉浸式AR/VR等場景對吞吐率和時延的苛刻要求。

那么，Wi-Fi 7是如何實現的？

淺析Wi-Fi 7的主要特性

Wi-Fi 7協議的目標是將WL AN網絡的吞吐率提升到3 0Gb ps（實際理論可達46Gbps），并且提供低時延的接入保障。為了滿足這個目標，整個協議在PH Y層和MAC層都做了相應的改變（圖7）。

升級4096 QAM

比如，當前Wi-Fi 6的最高調制方式是1024 QAM，其中調制符號承載10bits。全新的Wi-Fi 7將支持4096 QAM（圖8），調制符號可以承載12bit，大家可以理解為傳輸的信號密度增加了。因此在相同的編碼下，Wi-Fi 7相比Wi-Fi 6可以獲得額外20%的速率提升。

支持320MHz帶寬

我們都知道，傳統2.4GHz和5GHz頻段下的網絡非常擁擠，在Wi-Fi 6之前運行VR /AR等新興應用時很容易遇到QoS低的問題。因此，Wi-Fi 6E才會通過引入對6GHz頻段的支持提升吞吐量。全新的Wi-Fi 7同樣支持6GHz頻段，相較Wi-Fi 6E的160MHz，其最大帶寬提升到了320MHz，理論上傳輸速率可直接翻倍。同時，Wi -F i 7還增加了新的帶寬模式，包括連續240MHz，非連續160MHz+80MHz，連續320MHz和非連續160MHz+160MHz。

增強的MIMO功能

上一代Wi-Fi 6最多支持8根天線發送信號，8根天線接收信號，也就是8×8 MIMO天線陣列。全新的Wi-Fi 7支持的天線數量是上代的2倍，最多支持16×16 MIMO天線陣列，理論上傳輸速率也可翻倍。此外，Wi-Fi 7還支持分布式MIMO，16條數據流可以不由一個接入點提供，而是由多個接入點同時提供。

通過上述改進，我們就能知道Wi-Fi 7的理論傳輸速率是如何計算出來的：9.6Gbps（Wi-Fi 6E的理論最高速率）×1.2（升級409 6 QAM的增益）×2（帶寬翻倍）×2（天線翻倍）=46Gbps。

Wi-Fi 7的其他變化

Wi-Fi 7的改進顯然不止于提速，它還支持Multi-RU機制，允許將多個RU分配給單用戶的機制，較之Wi-Fi 6每個用戶只能在分配到的特定RU上發送或接收幀，大大提升了頻譜資源調度的靈活性。Wi-Fi 7還引入了Multi-Link多鏈路機制，主要包括增強型多鏈路聚合的MAC架構、多鏈路信道接入和多鏈路傳輸等相關技術（圖9）。

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在使用支持Wi-Fi 5或Wi-Fi 6的路由器和手機時，我們可以同時搜索到2個熱點，比如CFa n、CFa n-5G，分別代表2. 4GHz和5GHz兩個頻段。5GHz頻段的網速快，所以很多用戶都會讓手機自動接入這個網絡。但是，5GHz頻段的抗干擾、穿墻能力差，一旦我們距離路由器遠了或是隔了一堵墻，手機就會自動切換到2.4GHz頻段。問題是，在Wi-Fi 6環境下，我們的手機無法從2.4GHz切換回5GHz頻段，必要時還是需要我們手動切換。

到了W i - F i 7時代就沒有這個問題了，Wi-Fi 7可以同時接入2.4GHz、5GHz和6GHz三個頻段，請注意是“同時接入”，可以根據信號強度自動在三個頻段間切換。此外，Wi-Fi 7還優化了對多A P的支持，大家可以理解成未來的手機可以同時接入多個路由器。請注意，這里還是“同時接入”，這意味著當我們從一個路由器（AP）覆蓋范圍走到另一個路由器覆蓋范圍的過程中，不會出現信號的瞬間中斷和重連（切換），系統會根據多個信號強度自動分配不同路由器的網絡資源。

Wi-Fi聯盟曾表示，Wi-Fi 7將減少對時間敏感的網絡應用程序內的信號延遲和抖動，包括AR /V R、4 K 和8 K視頻流、汽車、云計算、游戲和視頻應用程序都能從中收益。電氣和電子工程師協會（IEEE）也曾宣稱，Wi-Fi 7致力于改善用戶體驗，在觀看20Gb ps未壓縮速率的8 K視頻的同時，還能為游戲提供低于5毫秒的實時通信。

需要注意的是，各國對6GHz（5925MHz～7125MHz）頻段的開放態度并不統一（圖10），比如我國暫時就還未對6GHz給出明確的政策。從現有的資料來看，我國似乎更傾向將6GHz頻段作為授權頻段，用于5G和下一代的6G蜂窩網絡。這意味著，Wi-Fi6E和Wi-Fi 7擴展至6GHz頻段的特性可能無法實現，無論是理論傳輸速率還是其他特性功能的體驗都會出現不同程度的縮水。

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高通Wi-Fi 7專業平臺前瞻

本刊曾在2022年第7期《借MWC2022契機 淺析智能手機的近中遠期規劃》一文中介紹過全球首個且速度最快的Wi-Fi 7商用解決方案——高通FastConnect 7800移動連接系統（圖11）。今年5月高通發布的商用Wi-Fi 7專業網絡解決方案將不再局限于手機，而是用于專業聯網平臺，覆蓋企業級無線AP、家用Mesh、運營商網關、游戲路由器、5G FAW網關等等應用場景（圖12）。

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高通商用Wi-Fi 7專業網絡解決方案屬于Networking Pro系列第三代產品，包含Networking Pro 1620、1220、820和620四款產品。官方稱它們均具備強大的網絡加速能力、更低的CPU占用率，也是業界擴展性最佳的，無論是面向企業級、中小企業、運營商網關、專業用戶網狀網絡還是家庭部署，都能獲得最合適的選擇。

Networking Pro x20系列平臺擁有極高的吞吐量、極佳的確定性時延，系統最大物理層（PHY）速率高達33Gbps（距離Wi-F i 7的理論極限還有一定距離），單個信道的無線物理層速率也提升至11.5Gbps，而且單個信道的用戶容量就超過500個（圖13）。

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其中，Networking Pro 1620最為先進，它支持四頻16路數據流連接（4+4+4+4），峰值無線容量達33.1Gbps，主要面向體育場館、大型企業和頂級家庭網狀網絡系統;Networking Pro 1220屬于次旗艦，支持三頻12路數據流連接（4+4+4），峰值無線容量為21.6Gbps，面向企業級、中小企業、產消者和頂級家庭網狀網絡系統;Networking Pro 820支持四頻8路數據流連接，面向企業級、中小企業、產消者和頂級家庭網狀網絡系統;Networking Pro 620支持三頻6路數據流連接，面向企業級、中小企業、游戲應用和家庭網狀網絡系統（圖14）。

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Networking Pro x20系列平臺能與高通自家的FastConnect 7800配合使用。為了在遠距離、戶外等條件下也能最大化利用6GHz頻段，高通還推出了面向硬件和軟件的一站式解決方案“高通自動頻率控制”，可集成在基于高通專業聯網平臺、高通沉浸式家庭聯網平臺的用戶設備中，將在通過正式監管審批后商用（圖15）。

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小結

目前聯發科、博通和高通都已經發布了Wi-Fi 7無線產品，當前理論速度可達33Gbps，較之Wi-Fi 6提升了5倍，最快今年年底或明年年初就能買到量產產品。但是，大家不要指望Wi-Fi 7可以全面開花，未來2年還是Wi-Fi 6的天下，業內普遍認為Wi-Fi 7需要等到2025年才有機會取代Wi-Fi 6成為市場主流。因此，大家不要好高騖遠，還是應該仔細琢磨一下哪款Wi-Fi 6設備更適合自己（圖16）。

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