一文带你了解WIFI7及其测试

2024-01-29

WIFI关键技术及最新WIFI7的优势

前言

无线通信技术蓬勃发展,如5GNR、卫星通信、蓝牙传输、物联网通信等。随着WiFi协议发展，最新一代WiFi7性能进一步突破。Wi-Fi技术是在多种无线通信技术中应用最广泛，受众最多的技术之一。如今的无线网络可以适应更加复杂的生产环境和业务场景，融合物联网和移动通信，助力核心业务转型增效。

WIFI通信关键技术

Wi-Fi，一个基于IEEE802.11 标准的无线局域网技术。从1997年第一代IEEE802.11标准发布至今，802.11标准已经经历了多个版本的演进。

正交频分复用技术OFDM

正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI) 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易

WIFI能够进行高速数据传输，正交频分复用技术OFDM是其最关键的技术之一，能够在规划的频段资源内更充分的做载波调制，充分调用频率资源做数据传输。802.11g/n/a/ac，数据传输采用的是 OFDM 模式，用户是通过不同时间片段区分出来的。每一个时间片段，一个用户完整占据所有的子载波，并且发送一个完整的数据包。

WIFI6引入了一种更高效的数据传输模式，称为OFDMA，它通过将子载波分配给不同用户并在OFDM 系统中添加多址的方法来实现多用户复用信道资源。从总的时频资源上来看，每一个时间片上，有可能有多个用户同时发送。OFDMA支持每个信道或子载波功率，而OFDM需要为所有子载波保持相同功率

在OFDMA中，通过将把Wi-Fi信道划分为更小的专用子信道-RU资源单位，可以在多个OFDMA用户之间共享Wi-Fi信道。在WiFi 6中，每个用户只能在分配到的特定RU上发送或接收帧，大大限制了频谱资源调度的灵活性。为解决该问题，进一步提升频谱效率，WiFi 7中定义了允许将多个RU分配给单用户的机制

正交振幅调制QAM

模拟信号的3中基本调制方式AM、FM、PM，称为幅度调制、频率调制、相位调制。

BPSK调制 QPSK调制

PSK的星座图可以看作所有的信号点分布在同一圆周上，如上图，圆周信号的半径等于信号幅度，如果在相位调制这基础上加入幅度调制呢？

随着技术的发展加入了调幅参数，调相调幅一起进行QAM调制。QAM就是正交幅度调制。在通信这个学科里面，正交是指这两个信号有90°的相位差。也就是在QAM里面，既有相位调制，又有幅度调制。因此在同一功率下，随着幅度的增大，同样的相位因为幅度不同，又引入新的坐标点，例如16QAM。星座图如下，每一个蓝点代表一个调制信号，用4个bit数据表示，即一个信号包含4个比特位。

16QAM星座示意图

同时扩展开来有64-QAM、256-QAM、1024-QAM。。。最新的WIFI7最高调制方式即用到了4096-QAM，即一个信号携带了12个比特信息。

WIFI6最高调制方式 WIFI7最高调制方式

N-QAM调制及其所带的bit信息

MIMO技术

MIMO，是指多个传送与接收天线，让传输器与接收器之间可以连续传输信号，以提高整体传输质量。这项技术充分利用空间资源，在不增加频谱资源和天线传送功率的情况下，让系统通道容量加倍。它被认为是下一代移动通信的核心技术。

如果路由器Wi-Fi有2根天线支持5GHz，那一般会说这台路由器支持2×2 MIMO，以此类推，3根天线就是3×3 MIMO; MIMO 的数量越多，网络吞吐量就越大。通道的吞吐量是单个通道容量的 n 倍。例如，80MHz Wi-Fi 6的单个通道（天线）速率约600Mbps; 2×2 约 1200Mbps; 3×3 约 1800 Mbps，以此类推，Wi-Fi 7路由器可以支持到16×16 MIMO。

在MIMO系统中，同一时间AP仅能和1个终端通信，所以也称为SU-MIMO，即单用户MIMO。当终端的天线数和AP的天线数相同时，可以充分使用AP的空间资源。

但在实际应用中，通常AP和终端的收发天线数是不对等的，AP多是3根或者4根天线，甚至更多，但是终端（比如手机）通常只有1-2根天线，这会造成AP一部分空间资源的浪费。

不同配置天线收发适配图例

MU-MIMO多用户多入多出技术，即允许路由器同时与多个设备通信，而不是依次进行通信，提升了整个系统容量。MU-MIMO使用信道的空间分集来在相同带宽上发送独立的数据流，所有用户都使用全部带宽，从而带来多路复用增益。Wi-Fi7支持双向的MU-MIMO，且终端数扩大到16个，即支持16X16MU-MIMO。

更高频率更大带宽：2.4GHz和5GHz频段免授权频谱有限且拥挤。为了实现最大吞吐量不低于30Gbps的目标，WiFi 7将继续引入6GHz频段，并增加新的带宽模式，包括连续240MHz，非连续160+80MHz，连续320 MHz和非连续160+160MHz。
MLO频段聚合，大幅提升吞吐量：Wi-Fi6仅允许设备同一时间连接2.4GHz/5GHz其中一个频段，而Wi-Fi7支持MLO（Multi-Link Operation）技术，可以实现两个频段聚合使用，即让终端设备同时连接2.4GHz和5GHz两个频段，数据传输的有效吞吐量大幅提升。同时，遇到某个频段干扰或负载较大时，可以自动切换到其它频段，提升抗干扰能力，降低延时，优化上网体验

MLO频段聚合与单频段区别

更多的多发多收天线支持、更多的数据流：：WiFi 7中定义了允许将多个RU分配给单用户的机制。为了平衡实现的复杂度和频谱的利用率，协议中对RU的组合做了一定的限制，不允许小规格RU和大规格RU混合使用。
引入更高阶的4096-QAM调制技术：WiFi 6的最高调制方式是1024-QAM，其中调制符号承载10bits。为了进一步提升速率，WiFi 7将会引入4096-QAM，使得调制符号承载12bit。在相同的编码下，WiFi 7的4096-QAM比WiFi 6的1024-QAM可以获得20%的速率提升。

	WIFI 1-3	Wi-Fi 4	Wi-Fi 5	Wi-Fi 6	Wi-Fi 6E	Wi-Fi7
建立时间	1999-2003	2007	2013	2019	2021	2024
IEEE 标准	802.11b/g	802.11n	802.11ac	802.11ax		802.11be
最大速率	11-54Mbps	1.2Gbps	3.5Gbps	9.6Gbps		46Gbps
支持频段	2.4GHz	2.4GHz, 5GHZ	5GHz	2.4GHz, 5GHz	6GHz	2.4GHz,5GHz and 6GHz
信道带宽	20MHz	20.40MHz	20,40,80,80+ 80,160MHz	20,40,80,80+80,160MHz		320MHz
调制方式	64-QAM CCK/OFDM	64-QAM OFDM	256-QAM OFDM	1024 QAM OFDMA		4096-QAM OFDMA
MIMO	/	4X4 MIMO	4X4 MIMO, DLMU-MIMO	8X8 UL/DL MU-MIMO		16X16MU- MIMO