Wi-Fi 7(802.11be)前瞻1:展望下一代的Wi-Fi技术

2020-03-20 14:42:08 65

序言

Wi-Fi 6 (802.11ax)技术已经落地了,所以之前的802.11ax前瞻已经改成了Wi-Fi 6(802.11ax)解析了。下一代Wi-Fi技术(802.11be)也已经被纳入到时间主轴,其将会作为Wi-Fi 7技术迅速发展。


本文开始,笔者会在自己的研究过程中,整理一些关于Wi-Fi 7的相关新技术放在专栏中。由于协议还没有正式制定,目前连draft都还是没有的情况下,本系列所述的内容仅仅是可见的一些资料整理,不是对应到最终的协议内容。如果有不对的地方,还请见谅。


本文的内容参考自:Future Indoor Networks: The role of Wi-Fi and its evolution - nokia bell lab。

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谈一谈Wi-Fi 6到Wi-Fi 7

在前瞻Wi-Fi 7之前,我们回顾下正在进行时的Wi-Fi 6技术。在Wi-Fi 6的时代,5G技术和Wi-Fi 6已经呈现竞争白热化。我们说虽然5G已经推出了,但是其不会造成Wi-Fi技术的消亡。一项技术会不会被消亡不仅仅是看他的竞争对手,还是看其协议本身的发展。


Wi-Fi 6技术关注的是Dense模式下,也就是密集AP场景下,网络的性能和优化,以及最核心的技术亮点就是OFDMA和MU-MIMO技术。讲简单点,还有单个AP(通俗点就是单个路由)下的优化。我想要体验Wi-Fi 6的新功能,只要换一个路由器就可以了。


然而,从Wi-Fi 7开始,Wi-Fi的场景开始逐渐从单AP转向多AP。目前从协议指定过程中,我们已经看到这个引子了。其实从Wi-Fi 7开始,我们确实要考虑下Wi-Fi技术会不会最终和通信技术融合了,比如说6G时代开始,逐渐Wi-Fi 7和6G融合。因为在多AP场景下,意味着想要体验Wi-Fi 7技术,需要一次性更换多台Wi-Fi 7的路由,并且这些Wi-Fi 7路由要有线互联。这意味用户需要承担更多的成本,虽然已经有很多用户家里面部署了NAS,进而一直都有追求更高的Wi-Fi速率,但是更多的市场用户是没有这样需求的。


我们可以预见一种Wi-Fi将来部署场景,就类似中央空调一样,在买房子的时候就作为一种基础设置被部署,因为人们对于网络的需求其实甚于空调了,只是因为当下商业Wi-Fi部署价格贵,而且没有特别大的需求。但是从Wi-Fi 7开始,我逐渐感觉到有这样的开端。这一点是会让Wi-Fi发展越来越好,还是开始往下坡走,就还拭目以待了。至少,在家用场景下,Wi-Fi 7开始有变化了(在Wi-Fi 6以前,家用场景实际上变化不大)。其实Wi-Fi 6本身就是对于商用场景的优化,所以Wi-Fi 7也是按照这个路线走的。


当然,如果AP间的协作是通过无线手段完成的,那么就不存在以上的问题了。目前协议关于Wi-Fi 7协作如何互联,还在设计中。协议组也关注到了这个问题,不过关于如何用无线实现,并且保证成本和效率,还是比较专业的技术问题,我们可以继续关注。


另外Wi-Fi 7也会针对于单AP场景做优化,比如更高的带宽,更高的物理层效率。不过目前还是期待有一些更显著的改进,如MIMO,OFDMA级别的。目前还有待关注。


Wi-Fi 7(802.11be)概略

我们现在基于nokia bell lab的一份资料做一个大致的前瞻


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Wi-Fi 7,即802.11be,协议组的现在命名是IEEE 802.11 EHT,EHT的意思是Extremely High Throughput(对比802.11ax为HEW,High Efficiency WLAN )。其实在2018年5月开始初始建组的,立项组是在2019年初。

其中协议有五个主要特性,分别为Single-band operation(单信道的操作优化),Multi-band operation(多信道的操作优化),Spatial multiplexing(空间复用优化),Multi-AP coordination(多AP协作优化)以及Link adaption(链路自适应机制)。

从上面我们除了看到有华为参与以外(Huawei),还可以关注下不同课题参与的公司数,其中Multi-AP coordination是参与单位最多的,除了broad和LGE,剩余的公司都有参加,也说明这点可能会成为Wi-Fi 7的主要亮点。


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第一个特点是Single-band operation(单信道的操作优化),这个优化比较直接,一方面是进一步引入6GHz信道(在Wi-Fi 6中,6GHz信道已经允许使用了,只是产品还没跟上),以及提供更高的信道带宽(如上图320MHz)。


另外还有对于MAC层连接机制的优化,这点可能要结合到16SS技术(图上没画出来),虽然Wi-Fi 7目前没有明确说要引入Massive MIMO技术,但是对于天线数目的确会从802.11ax时代的8SS,8个波束增加到16个波束,初步已经迈入Massive MIMO的范畴。所以在Wi-Fi时代,天线数会有更多的增加。剩余的还需要设计协议间的互兼容性,不过这一块都属于协议细节,一般研究协议才关注。

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第二个是Multi-band operation(多信道的操作优化),其实这一个技术我们已经可以看到引子了,也就是我们前面提到过的RSDB技术,无线新技术1:同步双频 RSDB(Real Simultaneous Dual Band)。RSDB技术实际上是允许终端同时使用分离的信道,比如同时使用2.4GHz,5GHz,6GHz信道,在传统802.11中仅仅是AP可以并行使用,而RSDB中是终端可以并行使用。当然在Wi-Fi 7中不会沿用这个名字,但是技术本质是差不多的。目前的RSDB仅仅是硬件支持,很多功能都是厂家自行设置的。在Wi-Fi 7中可能会进一步规定这些信道如何同时使用,以及解决一些相关的问题。


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第三个是Spatial multiplexing(空间复用优化),首先是前面已经说过的16SS,也就是最高支持16个波束,可以提供16*16的MU-MIMO传输,算是初步迈入Massive MIMO的范畴。另外就是优化了NDP过程,在目前的802.11协议中,NDP过程是用来测量信道技术,进而计算出MIMO所需要的预编码矩阵的。该测量过程是AP发送了一个NDP-A和NDP帧后,采用类似轮询的方式,一个一个节点逐个反馈的。在Wi-Fi 7(即802.11be)中,允许多个节点同时反馈编码矩阵(即beamforming feedback),这点采用的技术应该和802.11ax中发送MU-RTS,然后节点并发反馈CTS的技术差不多,也是基于MU-MIMO技术的一个扩展了。这点可以提高MU-MIMO的工作效率。


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第四个是Multi-AP coordination(多AP协作优化),这点可能是Wi-Fi 7中的一个重点。关于多AP的协作问题。目前在802.11的工作模式下,AP与AP之间实际上是没有协作的。存在的一些厂家定义的协作也仅仅是优化信道的选择,从而避免AP间的冲突。而AP协作所带来的最大的好处就是AP间构成的分布式MIMO,可以由两个不同的AP针对于一个节点提供MIMO的传输功能,这可以大大提高空间复用的工作效率。不过该技术下,AP与AP间的协作沟通通道是一个需要谨慎设计的内容,目前AP协作的方式都是通过CAPWAP隧道,有线连接到WLC,进一步协作的。然而这种方式需要AP间都有线连接到一个公共的控制器,然而,我们在一开始就讨论了,如果这样做,那么Wi-Fi 7的使用需要换多台Wi-Fi 7路由才可以生效。所以能不能通过无线手段来做AP间沟通,进而协作产生分布式MIMO,是Wi-Fi 7中需要重点设计的内容。


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最后一点是Link adaption(链路自适应机制),实际上这里讨论的是HARQ了。HARQ技术实际上是在LTE里面已经引入过了,在那里我们可以称为软合并技术。利用HARQ,我们可以结合两个错误的数据帧,合并成一个正确的数据帧。从而提升链路传输效率。HARQ从理论上可以通过编码手段(比如rateless编码)来实现,也可以用别的形式,目前还有待关注协议的设计方案。