Wi-Fi規格演變與WiFi7的未來挑戰

2022-09-19


WiFi 1: 1970 /802.11 / 2.4G/ 2Mbps

WiFi 2: 1990/ 802.11b/ 2.4G/ 11Mbps

WiFi 3: 2003/ 802.11g/ 2.4G/ 54Mbps

WiFi 4: 2009/ 802.11n/ 2.4G, 5G/ 150Mbps

WiFi 5: 2013/ 802.11ac wave1/ 5G / 450Mbps
           2016/ 802.11ac wave2/ 5G/ 450Mbps

WiFi 6: 2019/ 802.11ax wave1/ 2.4G, 5G/ 600Mbps

WiFi 6E: 2021/ 802.11ax wave2/ 2.4G, 5G, 6G/ 1200Mbps

 

而Wi-Fi 7是新世代的 Wi-Fi 標準,預計2023年正式發布,它也稱為 802.11be,此標準與WiFi6E使用相同的2.4/ 5/ 6G頻段,有更低的延遲,更好的功率效益,以及可降低干擾、更高的容量密度,以因應不斷增加的連結需求,同時確保更有效地利用頻譜提升效率。傳輸速率方面,在後述的Wi-Fi7新技術加持下,理論最高PHY rate 46.6Gbps/ 理想傳輸率值30Gbps, 相較WiFi6最高9.6Gbps而言,有將近5倍的增益:

 

1. 最大使用頻寬 320MHz

11abg使用基本頻寬20MHz, WiFi4可於2.4G/5G選擇20/40 MHz, 由WiFi5/6 開始支援160MHz;而WiFi7在新增6G的頻段,最大使用頻寬進化至320MHz。在無線傳輸中,頻寬即為傳輸的通道,通道越寬,單位時間能承載的資料量越大。由於頻寬是共享的,若無連續頻段可使用,除原本WiFi6的頻寬模式外 (20/ 40/ 80/ 80+80/ 160 MHz),另加入160+80/ 240/ 160+160/ 320MHz模式,增加最大頻帶的使用率。

 

2. 調變技術 4096-QAM

WiFi4採用64-QAM, WiFi5採用256-QAM, WiFi6採用1024 QAM, WiFi7進化至4096 QAM, 可理解它是密度的概念,調變量越大,單位時間所帶資料量也越大,因此設計上相較這部份對RF FEM及PCB trace的阻抗匹配、抗干擾要求相當高。

 

3. 支持Multi-RU機制 (Multiple Resource Unit,MRU)

所謂”資源單位”,是將無線射頻頻道的資源分成一個個小的時頻單位,Wi-Fi 6中,每個client只能在分配到的特定RU接收或發送資料,它限制了频譜資源調度的靈活性。Wi-Fi 7為改善此狀況,定義了允許將多個RU分配給單一用戶的機制,並明定RU合併規則,使組合的複雜度和频譜的利用率能平衡;未來MRU能透由多個WiFi頻段傳輸資料,也可減少訊號干擾問題。

 

4. 引入Multi-Link多重連接機制 (Multi-Link Operation,MLO)

為實現所有可用頻譜資源的高效率,WiFi7定義了多鏈路聚合技術,透由整合MAC、RF通道,在2.4/5/ 6GHz建立頻譜管理/協調/傳輸機制,即使某些頻道受到干擾或出現擁塞的狀況,資料仍可選擇其它較暢通的通道繼續傳送,讓連網更快、更可靠。

 

5. 支援更多數據流

數據流的數目由WiFi6的8個增加到16個,理論上可將物理傳輸速率提升2倍,同時,更多的數據流也可帶來更強的MIMO特性,意即16個數據流可以不是一個AP提供,也可是多個AP協同提供,增加未來發展性。

 

WiFi7實現上的困難及未來的挑戰:

  1. 理論上最大的頻寬30Gbps正是基於16個數據流,但實際上並不會有單一router設計16個天線的配置,即便未來有16天線的路由器,或是2個8天線的Mesh套件路由器,終端手機/筆電等移動設備也不會有16天線配置,因此實際使用場景,幾乎不可能實現WiFi7理論的滿速。
  2. 區網內的所有終端設備,均需支援WiFi7,才能保證彼此溝通/傳遞的封包是同一模式,由於規格普及的難度甚高,如家電/網關等等使用年限長的設備,替換不易,也會影響消費者選用WiFi7的意願。
  3. WiFi7支援320MHz頻寬,但目前的5G頻段幾乎不可能有連續320MHz供單一channel使用,也就是此特點僅能在6G頻段實現,而目前只有少數歐美國家批準此頻段,亞洲國家多數未決定該頻段的用途,因此要利用320MHz頻寬特性來推廣WiFi7, 還有許多待克服的瓶頸。

 

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