WiFi7（802.11BE）技術規範

1  概述

1.1  簡介

當前全球有近200億的Wi-Fi設備正在使用，Wi-Fi已成為生活、工作中不可或缺的一部分。在實際應用中，Wi-Fi協議所傳輸無線流量，已占到無線總流量的90%。海量數據快速、安全傳輸受益於巨量Wi-Fi設備高效、安全、可靠地工作，而Wi-Fi設備高效安全工作的靈魂在於802.11協議的全面支撐。

1.2  產生背景

回顧802.11協議發展歷程，初版802.11協議速率僅為2Mbps。
802.11b使用新的編碼形式，將速率提升到11Mbps。
802.11a利用新的5GHz頻段，引入OFDM技術並採用64-QAM調製將無線速率提升到54Mbps。
802.11g將802.11a的技術同步推廣到2.4GHz頻段，2.4GHz頻段也能到達54Mbps的速率。
802.11n時代，MIMO作為一項重大技術被引入WLAN協議，同時採用更寬的40MHz帶寬，將WLAN速率提升到了600Mbps。
802.11ac繼續技術演進，最大可用256-QAM調製，最大支持160MHz帶寬，將速率提升10餘倍至6.9Gbps，同時為提升多用戶使用體驗，引入了MU-MIMO技術。
802.11ax在前者基礎上，作為一個更高效的網絡，引入OFDMA技術，同步採用1024-QAM調製，傳輸速率達到9.6Gbps，相較於初始版本協議速率已提升近萬倍。

伴隨VR/AR、4K/8K視頻、元宇宙、雲遊戲、雲計算等應用的發展，對於網絡有著更高速率、更低時延、更多並發、更安全、更可靠和更節能的需求，現有協議漸漸已無法滿足需求。為了應對這些新的挑戰，2019年5月，IEEE802.11be EHT工作組正式成立，從網絡吞吐、干擾抑制、頻譜效率和時延優化等多個維度對當前標準進行優化提升，制定了Wi-Fi 7標準。Wi-Fi 7標準即IEEE 802.11be，將分成兩個Release版本進行發布，Release1目前已完成草案Draft1.3，預計在2022年底發布標準；Release2預計在2022年啟動，並且在2024年底完成標準發布。

1.3  技術優點

Wi-Fi 7的關鍵字是EHT（Extremely High Throughput，極高吞吐量），按照工作組立項時目標，對於WLAN網絡的吞吐量，將其提升到30Gbps（大約是Wi-Fi 6的3倍）；對於實時應用，將其時延控制在5ms以內。

為了實現上述驚人的性能提升，通過對物理層和鏈路層的優化，Wi-Fi 7引進或者改進了多項新技術，例如320MHz帶寬、4096-QAM調製、Multi-RU、多鏈路操作、增強MU-MIMO、多AP協作等技術。

• 在傳輸速率方面：通過引入320MHz帶寬、4096-QAM調製、MIMO 16X16等技術，使得單鏈路最大理論速率達到46.1Gbps。
• 頻譜效率提升方面：通過引入Multi-RU、多AP協同等技術，讓頻譜資源利用更合理、更高效。
• 干擾抑制方面：通過引入Preamble Puncturing、協同OFDMA（C-OFDMA）、協同空間重用（CSR）、多鏈路同步信道接入等技術，使得AP間干擾更小，覆蓋更均衡。
• 可保障低時延方面：通過引入多AP聯合傳輸（JXT）、動態鏈路切換等技術，使得低時延接入能夠得到保障。

表1 Wi-Fi 7與Wi-Fi 6主要參數對比

參數描述	Wi-Fi 6(802.11ax)	Wi-Fi 7(802.11be)
頻段	2.4GHz、5GHz、6GHz（僅Wi-Fi 6E）	2.4GHz、5GHz、6GHz
最大帶寬	160MHz	320MHz
調製方式	OFDMA，最高支持1024-QAM	OFDMA，最高支持4096-QAM
最大理論速率	9.6Gbps	46.1Gbps
MIMO	8×8 UL/DL MU-MIMO	16×16 UL/DL MU-MIMO

2  關鍵技術介紹

2.1  物理層提升

2.1.1  320MHz帶寬

2020年4月23日，FCC宣布，考慮允許將6GHz頻段中的1200MHz頻譜開放給免許可應用，最終投票表決通過將6GHz（5925-7125MHz）的新頻段開放給了免許可應用。歐盟隨後也發布將6GHz低頻段的500MHz（5925-6425MHz）帶寬放開授權使用，其它世界各國也已經放開或正在逐步放開中。目前我國計劃將高頻段的700MHz（6425-7125MHz）帶寬放開給5G或6G移動通信，低頻段部分待定。

新的6GHz頻段共有1200MHz帶寬，可以提供59個20MHz、29個40MHz、14個80MHz、7個160MHz或者3個320MHz信道帶寬。6GHz頻段的帶寬比之前2.4GHz+5GHz的總帶寬還寬了一倍，Wi-Fi應用的可使用頻寬變為了之前的三倍，極大地緩解了當前Wi-Fi頻譜資源短缺的問題。Wi-Fi 6E作為Wi-Fi 6新頻段的擴展，工作在6GHz頻段，已批量落地應用。

目前Wi-Fi應用已授權頻譜如下，黃色部分為當前國內授權可用信道。

圖1 Wi-Fi應用授權頻譜

Wi-Fi 7作為新一代的通信標準，將工作在2.4GHz、5GHz和6GHz三個頻段上，最大帶寬為320MHz。同時，為了更加靈活應用頻譜，也支持240MHz帶寬以及160MHz+80MHz、160MHz+160MHz的帶寬綁定。

從頻譜角度，在相同流數和相同編碼的情況下，相比Wi-Fi 6的160MHz帶寬，峰值理論吞吐量直接提升了一倍。

表2 802.11協議帶寬

協議	支持的信道帶寬
802.11	20MHz
802.11a/b/g	20MHz
802.11n	20MHz，40MHz
802.11ac Wave1	20MHz，40MHz，80MHz
802.11ac Wave2	20MHz，40MHz，80MHz，80+80MHz，160MHz
802.11ax	20MHz，40MHz，80MHz，80+80MHz，160MHz
802.11be	20MHz，40MHz，80MHz，80+80MHz，160MHz，160+80MHz，240MHz，160+160MHz，320MHz

2.1.2  4096-QAM調製

Wi-Fi 6採用最高1024-QAM調製，每個符號承載10bit信息；隨著硬體調製解調能力的不斷提升，Wi-Fi 7將採用最高4096-QAM調製，每個符號承載12bit信息，因此相對於Wi-Fi 6來說，Wi-Fi 7的信息承載量會提升20%。

圖2 1024-QAM與4096-QAM星座對比圖

與Wi-Fi 6相同，Wi-Fi 7也支持800ns，1600ns，3200ns三種GI。如下表所示，在800ns GI情況下，結合320MHz的帶寬，單流理論最大傳輸速率從1.2Gbps提升到了2.88Gbps。

表3 單流傳輸速率表

MCS	調製方式	碼率	20MHz (Mbps)	40MHz (Mbps)	80MHz (Mbps)	160MHz (Mbps)	320MHz (Mbps)
0	BPSK	1/2	8.6	17.2	36.0	72.1	144.1
1	QPSK	1/2	17.2	34.4	72.1	144.1	288.2
2		3/4	25.8	51.6	108.1	216.2	432.4
3	16-QAM	1/2	34.4	68.8	144.1	288.2	576.5
4		3/4	51.6	103.2	216.2	432.4	864.7
5	64-QAM	2/3	68.8	137.6	288.2	576.5	1152.9
6		3/4	77.4	154.9	324.3	648.5	1297.1
7		5/6	86.0	172.1	360.3	720.6	1441.2
8	256-QAM	3/4	103.2	206.5	432.4	864.7	1729.4
9		5/6	114.7	229.4	480.4	960.7	1921.5
10	1024-QAM	3/4	129.0	258.1	540.4	1080.9	2161.8
11		5/6	143.4	286.8	600.4	1201.0	2401.9
12	4096-QAM	3/4	154.9	309.7	648.5	1297.1	2594.1
13		5/6	172.1	344.1	720.6	1441.2	2882.4

2.1.3  MIMO 16X16

Wi-Fi 6最多能夠支持MIMO 8×8，Wi-Fi 7將傳輸的空間流數進一步提升，支持MIMO 16×16。提升後，Wi-Fi 7理論傳輸數率相比Wi-Fi 6會直接翻倍，STA接入能力也翻倍。

圖3 MIMO 8×8與MIMO 16×16傳輸示意圖

在物理層，Wi-Fi 7結合320MHz帶寬、4096-QAM調製和MIMO 16×16三個特性，達成了工作組在成立之初30Gbps的速率目標。

將三個提升進行綜合計算，理論速率的最大值達到了46.1Gbps，計算公式如下：

• ：11be協議數據傳輸速率。
• ：子載波比特位數(Number of data bits per subcarrier)，=每個符號位數×碼率×子載波個數
• ：空間流數量
• ：符號間隔

Wi-Fi 7在MCS13、MIMO 16×16和320MHz帶寬下的理論傳輸速率為46.1Gbps：

 

2.2  多鏈路設備(MLD)

隨著技術疊代，Wi-Fi技術可用的頻譜資源也在不斷增加，目前可工作在2.4GHz、5GHz、6GHz三個頻段。實際應用中，同一空口環境下，設備間傳輸很難做到同步，當AP或STA主信道被占用時，將會推遲報文的發送，而不是立刻利用其它閒置的信道資源。同時，不同頻段間的干擾水平，頻譜特徵不一致，部分信道空口資源不佳，一直在該信道上傳輸報文就會出現較多的丟包與重傳。為了更有效地整合利用頻譜資源，Wi-Fi 7直接從協議側定義多鏈路聚合的相關標準，包含多鏈路架構、信道接入、數據傳輸等。

多鏈路設備，典型特徵為一個射頻單元有至少兩個以上的射頻鏈路鏈接到空口，但對於LLC層僅只有一個MAC地址。相比於單鏈路設備，在射頻鏈路上增加了冗餘。設備根據使用場景與空口狀態，進行不同鏈路的切換與協同，來保障數據能夠更高效、更快速、低延遲地進行傳輸。

圖4 多鏈路設備

信道接入可以簡單分為同步模式和異步模式。異步模式下，多個射頻鏈路之間獨立進行信道探測，偵聽與數據收發，實現容易，自由度高，適用於鏈路之間隔離度足夠不會產生設備內相互干擾的情況。如果多個射頻鏈路之間共享天線，或天線之間的距離很小，單板走線隔離不理想，頻譜間隔不是很大的時候，其中一個射頻鏈路的發射信號功率會部分泄漏到其他射頻鏈路上。此時，另一個射頻鏈路接收到的泄漏信號可能強於底噪甚至強於接收信號，接收的效果就會惡化或無法收到有用信號。採用同步模式，多個射頻鏈路同時進行信號的發送與接收，可以規避設備內的干擾。

圖5 多鏈路設備同步/異步模式（Ref.802.11be draft1.3,Fig35-14）

在多鏈路設備上進行數據傳輸的典型模式有複製傳輸和聯合傳輸。複製傳輸，其中一個信道環境存在干擾時，接收端根據先到先得原則，可以有效地降低傳輸時延。聯合傳輸，顧名思義就是將數據報文進行合理地拆分，同時在兩個射頻鏈路上進行數據傳輸，可以有效地提升傳輸效率。此外，多鏈路設備可以通過其中一個鏈路交換其它鏈路的工作狀態和電源管理信息，使其僅在需要的時候進入工作狀態，剩餘時間休眠，更有效地節能。

圖6 多鏈路設備複製傳輸與聯合傳輸

2.3  OFDMA增強

2.3.1  Multi-RU

Wi-Fi 6之前的協議標準主要採用的是正交頻分復用（OFDM）調製方式，將信道切分為多個子載波，提升速率的同時有較強的抗干擾能力，但單一信道同一時間內只能為同一用戶服務。Wi-Fi 6引入了正交頻分多址（OFDMA）這一成熟的4G蜂窩技術，子載波帶寬更窄，增加了RU的概念，單一信道同一時間內可以為多用戶服務。

Wi-Fi 6中單個STA只能使用單個RU資源，缺乏一些靈活性，Wi-Fi 7突破了這一限制，允許單個STA同時占用多RU，並且不同尺寸的RU可以進行組合。基於實現複雜度和頻譜資源利用效率的均衡，也會做一些限制，小型RU（<20MHz）只能與小型RU組合，大型RU(≥20MHz)只能與大型RU組合，不能將小型RU與大型RU進行組合。

圖7 20MHz帶寬Multi-RU舉例

圖8 大帶寬Multi-RU舉例

2.3.2  Preamble Puncturing

除Multi-RU技術外，另一個比較重要的是Preamble Puncturing技術擴展。Preamble Puncturing在Wi-Fi 6中作為可選特性引入，能夠讓寬帶信號利用不連續的頻譜進行數據傳輸，提升頻譜利用效率。在Wi-Fi 6中Preamble Puncturing可用情況僅有較少的幾種，Wi-Fi 7一方面將其擴展到240MHz/320MHz帶寬；另一方面打孔機制更加靈活。

圖9 Preamble Puncturing技術

2.4  多AP協同

在現有已發布的Wi-Fi協議中，更多涉及的都是單個AP本身如何達到更高的吞吐，更多的接入，對於多個AP之間進行組網協同傳輸研究較少。Wi-Fi 7不僅聚焦AP本身性能與可靠性的提升，同時也關注多個AP間進行更合理的資源配置，以達到整個網絡的性能最優。

目前多AP間的協同調度的方式主要有四個，分別為CSR（Coordinated Spatial Reuse，協同空間重用）、JXT（Joint Transmission，聯合傳輸）、C-OFDMA（Coordinated Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，協同正交頻分多址）和CBF（Coordinated Beamforming，協同波束賦形）。

2.4.1  協同空間重用(CSR)

在Wi-Fi 5及之前，對於同頻信道間的干擾，通常是通過動態調整CCA門限進行控制。識別干擾信號強度後，調節CCA門限，忽略同頻弱干擾信號來並發傳輸。Wi-Fi 6引入了BSS Coloring機制，在PHY頭中添加BSS color欄位來對不同BSS進行著色。STA可以及時識別干擾停止傳輸，也能忽略非本BSS干擾進行並發傳輸。以上的方法都屬於針對單AP的操作，Wi-Fi 7更進一步，不局限於單個AP，整體協調多個AP間的發射功率和BSS範圍，從而降低干擾，使得覆蓋更加均衡，提升了整個網絡的總吞吐量。

圖10 協同空間重用(CSR)

2.4.2  聯合傳輸(JXT)

可以視為多個AP和多個STA組成的虛擬MIMO系統，STA可由多個分布式AP聯合服務。以此來實現AP與STA間快速關聯，提升用戶移動時的重連速度。

圖11 聯合傳輸(JXT)

2.4.3  協同正交頻分多址(C-OFDMA)

OFDMA將同一個帶寬下的所有子載波劃分成若干個子載波組，每一個組被稱作一個RU（Resource Unit，資源單元），可以分配給不同的用戶使用。RU的劃分只在單AP上獨立進行，當臨近AP有干擾時，依然會發生衝突。Wi-Fi 7將OFDMA從單AP擴展到多AP，臨近範圍下，多個AP與多個接入STA共享RU資源。通過C-OFDMA調度，同一時刻讓AP與STA建立的RU在頻譜上不會出現干擾，並行工作，有效地提升了頻譜資源利用效率。

圖12 協同正交頻分多址(C-OFDMA)

2.4.4  協同波束賦形(CBF)

以往WLAN系統中波束賦形，是由每個AP獨立進行的，幅相調節僅以與直接傳輸數據的STA信噪比最優為目標，導致了AP間干擾不可控。EHT建議在向傳輸的STA形成波束的同時，消除其對特定領域STA的干擾，避免網絡之間的相互干擾。

圖13 協同波束賦形(CBF)

3  總結

除上述技術外，Wi-Fi 7協議還涉及到非正交多址（NOMA）、混合自動重傳請求HARQ以及更優的信道探測等技術。2022年即將發布的Release1版本重點關注的特性主要集中在物理層，包含320MHz帶寬、4096-QAM調製、多鏈路操作和OFDMA增強等。MIMO 16×16和HARQ等特性將會在Release2版本中進行推出。Wi-Fi 7相比以往的協議，在技術上又進行了一次全面的升級，將大大提升數據傳輸速率並提供更低的時延，相信在以後的應用場景中將會有更好的表現。

3.1  更高吞吐速率

Wi-Fi 7採用了更寬的320MHz帶寬、更高階的4096-QAM調製以及MU-MIMO 16×16傳輸，協議的理論最大速率可以達到46.1Gbps。這意味著Wi-Fi 7能支持更高的吞吐應用，例如8K或者16K視頻實時傳輸、超清超高刷新率VR/AR體驗等。

3.2  更低時延保障

Wi-Fi 7可工作在2.4GHz、5GHz、6GHz三個頻段，同時使用MLO技術靈活調度不同頻帶的資源，自動規避延時大和質量不佳的信道。MRU、多AP協同等技術的引入，極大地提高了信道資源利用率。擁有眾多新特性加持，Wi-Fi 7能夠保障更低時延，即使面對苛刻的高帶寬、低時延應用，也無懼挑戰。

3.3  更強高密能力

Wi-Fi 6設備工作在2.4GHz、5GHz頻段，Wi-Fi 7設備可工作在2.4GHz、5GHz、6GHz三個頻段，比之前增加一個新頻段，相同場景下的接入能力更強。更高階的調製方式、MIMO能力翻倍以及更大帶寬的支持，讓Wi-Fi 7在高密場景下的STA接入數量更多、吞吐量更高、速率也更快。同時，Preamble Puncturing和MRU技術讓頻譜資源利用更加高效，哪怕部分信道被占用，也能及時完成報文傳輸，避免多次空口競爭帶來的資源浪費。多AP協同智能調整AP信道和信號功率，以合適的信號覆蓋確保終端的無線網絡體驗、降低空口衝突和干擾，大幅提升AP在高密場景下的並發能力及性能。