憑藉802.11be標準(亦稱Wi-Fi 7)，Wi-Fi進入極速(Plaid)模式。顧名思義，IEEE 802.11be「極高吞吐量」(EHT)標準的主要目標是讓下一代Wi-Fi 7設備實現超快的資料速率。
IEEE的專案授權u要求[1](PAR)檔設定了令人印象深刻的目標，計畫支援至少30Gbps的最大流通量(Throughput)，同時改善最壞情況下的延遲和抖動，旨在滿足高解析度影片、工業自動化、沉浸式體驗和遊戲等下一代應用的需求。
為推動此一無線區域網路(WLAN)演進(革新)並解決未來的創新用例需求，802.11be標準將採用經過關鍵升級並搭載全新功能(如通道寬度加倍、調變提升)的物理層(PHY)。
以下將探討推動下一代Wi-Fi發展的主要應用及其性能要求，以及滿足802.11be標準設定的目標性能所需的關鍵PHY更改。
更高的速度需求從何而來？
有人可能會問，Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E高性能存取點和客戶端裝置不是才剛剛推出，為什麼還要追求更高的性能？雖然現有標準已具備優秀的性能，但可以預見的是，到Wi-Fi 7成熟時，延展實境(XR)領域的新興應用將會對流通量有更高的需求。
擴增實境(AR)、混合實境(MR)和虛擬實境(VR)的用例均可納入XR的範疇，其應用範圍涵蓋遊戲、工業、醫療保健和企業建設等多種領域。對於這些新應用來說，需要高流通量的內容呈現，才能確保出色的用戶體驗並提高採用率。但更重要的是延遲、抖動和可靠性等關鍵性能指標，這些是提升真實感和交互性、保證最佳用戶體驗的關鍵所在。
高解析度影片是沉浸式用戶體驗不可或缺的一環。如今的4K影片(4,096×2,160像素)需要20到40Mbps的流通量，而8K影片(7,680×4,320像素，解析度是4K影片的四倍)將需要80到100Mbps以上的流通量。
影片解析度並非追求高流通量的唯一驅動因素，幀速率的提升(>90FPS)、高動態範圍(HDR)、立體影片(左右眼互相獨立的影片串流)和六自由度(DoF)運動等因素也進一步推動了對流通量的需求。據估計，流通量需要達到200Mbps至5Gbps[2]，才能提供真正沉浸式的影片體驗。
未壓縮/原始影片或輕度壓縮影片對於資料速率的要求甚至更高(>30Gbps)，未壓縮或輕度壓縮的內容可減少端點的處理延遲(圖1)，但代價是傳輸所需的資料速率更高。
圖1 端到端延遲
無論是遊戲期間的互動，還是工業機器人的操作或醫療程式等任務關鍵型應用，降低延遲都至關重要。這類應用需要即時進行資料交換，必須立即提供資料以回應使用者的操作。系統需要根據具體人體感官的反應時間優化回饋。例如，為保證用戶舒適度，頭部運動和畫面顯示之間運動的光子(MTP)延遲應保持在20毫秒(ms)以下[2]。空中介面的延遲只是端到端延遲的一部分，具體需求依舊取決於應用類型。
Wi-Fi速度的變化歷程
IEEE 802.11be的目標性能是至少30Gbps的流通量，這看起來似乎難以企及，但回顧過去20年來Wi-Fi更新換代的歷程，最引人注目的變化便是最高資料速率的大幅提升。得益於技術的進步和突破性新功能不斷湧現，每一代Wi-Fi都能提供比前代更高的性能(圖2)。
圖2 Wi-Fi速度演進
當前Wi-Fi 6設備基於802.11ax標準。高效率無線標準(HEW)802.11ax始於2014年，在研發之初，該標準便旨在提高密集網路的頻譜效率和性能。這一目標不同於注重提高流通量的前幾代Wi-Fi。透過在上行鏈路和下行鏈路中應用正交分頻多重接取(OFDMA)和多用戶多重輸入多重輸出(MU-MIMO)等創新功能，Wi-Fi 6設備將密集環境中的使用者平均流通量提升至Wi-Fi 5的4倍。
此外，隨著Wi-Fi在6GHz頻段的擴展，Wi-Fi 6E設備現在可以擁有高達1,200MHz的非壅塞頻譜。這些額外的頻譜能夠提供許多新的通道和充足的連續頻譜，為創建320MHz超寬通道提供支援。因此，802.11be標準的關注點仍是為Wi-Fi使用者提供更高的流通量，力求將最高速度提升至Wi-Fi 6/6E的4.8倍(圖3)。
圖3 對2個空間流設備進行Wi-Fi6/6E和Wi-Fi 7的速度對比
Wi-Fi 7可以透過16條空間流和320MHz的最大通道頻寬實現46Gbps的最高鏈路速度。對於使用2條空間流的典型用戶端，單一鏈路上的最高資料速率約為5.8Gbps，是同類802.11ax用戶端的2.5倍。
哪些因素推動Wi-Fi速度提升？
Wi-Fi鏈路速度的提升主要來源於PHY技術在調變(QAM)、通道大小、空間流數量三個維度的進步，如圖4所示。
圖4 Wi-Fi PHY演進
調變
Wi-Fi採用正交振幅調變(QAM)實現高效的資料編碼。每一代新的Wi-Fi透過為每個符號編碼更多位元來提高資料速率。更高階的QAM能夠在相同的頻譜範圍下傳輸更多資料位元，進而實現更高的效率。
802.11ac(Wi-Fi 5)最高支援256-QAM，每個符號編碼8位元資料，而802.11ax(Wi-Fi 6/6E)最高支援1,024-QAM，每個符號編碼10位元資料，至於802.11be引入了4,096-QAM調變，每個符號編碼12位元資料。這當中，4,096-QAM的資料速率比1,024-QAM高20%。
通道大小
將Wi-Fi的通道頻寬加倍後，單次傳輸的資料量可以提升將近兩倍。802.11be標準定義了6GHz的運行頻段，目前已規畫多達6個重疊的320MHz通道。6GHz頻段提供1,200MHz的連續頻譜，將通道頻寬從160MHz(802.11ax中的最大頻寬)翻倍至320MHz，相應地，最大流通量也提升一倍。
然而，6GHz頻段的可用性需要獲得監管部門的批准，而且並非全球所有地區都可以享用相同數量的頻譜。5GHz和2.4GHz頻段不支援320MHz通道，因此只有部分使用者可以使用此Wi-Fi 7功能。
空間流
空間流可透過同時在多個天線上傳輸獨立的資料流來提高系統的流通量。因此，對於具有8條空間流的系統，其最大流通量是單天線系統的8倍。802.11ax標準定義的多重輸入多重輸出(MIMO)最多支援8條空間流，目前某些AP晶片組已搭載該功能。未來的802.11be標準最高可支援16×16 MIMO，因此，與802.11ax相比，其最大流通量將翻一倍。
由於只有具有相同天線數量的設備之間才能實現理論上的最大流通量，用戶端網站的MIMO流數量通常限制為2路或3路。增加空間流數量也是實現多使用者MIMO(MU-MIMO)的要素之一，MU-MIMO是802.11be標準支援的另一項重要功能，能夠提升頻譜效率。
多鏈路操作 減少延遲和抖動
多鏈路操作(MLO)是802.11be標準中定義的一項突破性功能，可作為Wi-Fi鏈路速度演進圖中的另一個新維度(圖5)。
圖5 802.11be多鏈路運行
借助共用的媒體存取控制(MAC)層和單獨的物理層，Wi-Fi 7存取點和用戶端節點能夠在多個鏈路上同時執行發送和接收操作。 假設連接到雙無線MLD用戶端(2×2+2×2)的AP多鏈路設備(MLD)在6GHz頻段中以320MHz通道運行，在5GHz頻段中以160MHz通道運行，則設備可以透過在兩條鏈路上同時傳輸資料來達到高達8.6Gbps的流通量，進而降低延遲。
此外，借助智慧流量調度和優先順序設置，MLO可以優先在具有最佳射頻(RF)條件的鏈路上傳輸資料以減少延遲和抖動，或者在多個鏈路上傳輸相同資料以提高可靠性。
802.11be滿足應用需求 Wi-Fi 7成為主流連接技術
雖然Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E高階設備已足夠滿足當今應用的需求，但可以預見的是，當Wi-Fi 7成熟時，消費者、企業和工業領域的新應用將需要具備極高流通量、低延遲、低抖動和高可靠性的內容交付。802.11be標準旨在滿足這些應用的需求，使Wi-Fi 7成為主流的連接技術，為用戶帶來最佳體驗。Wi-Fi設備的RF PHY性能是釋放Wi-Fi 7潛力的重要基礎。
(本文作者為LitePoint資深產品行銷經理)