通信算法之一百：WI-FI 7物理层新特性

Posted 2022-12-23 leeshao12

Wi-Fi 7新增特性概述

部分仿真链路已开发。

 

PHY层方面的主要特性如下：

• 最大带宽提升至320MHz，在Wi-Fi 6E中引入了更加干净的6GHz频段，Wi-Fi7沿用，目前我国计划将高频段的700MHz(6425~7125MHz)带宽给5G或6G使用，低频段的部分仍在讨论中。

   

• 调制方式采用4096-QAM，每个符号携带12bit信息。随着调制率的提高，增加调制速率MCS12-13，同时使用4K调制方式使得波束成形(Beam forming)必不可少，且对发送EVM(Error Vector Magnitude)要达到-38dB才能在发射功率和信号畸变中平衡。

   

• 最大空间流提升至16x16，实际上对AP而言这么多的空间流是针对MU-MIMO而非纯MIMO，因为终端考虑实用性和成本是不会增加那么多路天线。

   

• OFDMA的改进包括MRU(Multi Resource unit)的分配和前导穿刺。

   

• 其他的如前导码新增字段U-SIG，EHT-SIG等。

 

MAC层的主要特性为：

 

➢ 多AP协同涉及AP间的互相感知包括协同OFDMA，协同TDMA，协同空间流复用，协同波束成形，协同互补发送等技术。当前协议未明确详细方案，本文不做讨论。

 

➢ MLO(Multi-Link Operation)，该特性需要MLD(Multi-Link Device)硬件的支持，该特性是本文的重点。

 

 

 

2 OFDMA改进

正交分频多址OFDMA是Wi-Fi 6引入的新技术，可有效提高频谱资源利用率来提高WLAN性能。之前的Wi-Fi技术，用户是通过不同的时间片来使用信道，每个时间片内用户完整占用全部子载波来进行一次完整收发。为了复用信道，802.11ax标准仿效LTE将信道资源划分，将最小的子信道称为-资源单元RU(Resource Unit)，每个RU至少包括26个子载波，用户的使用根据RU资源来分配。该模式下用户的数据承载在每个RU上，从总的时空域上看，每个时间片上允许多个用户使用不同的RU收发数据，如图2所示，其中不同的颜色代表不同的用户。

 

在Wi-Fi 6中，每个终端只能被分配一个RU，这种分配方式虽然简化了分配机制，但带来如下几个使用限制：

 

• 当用户数比较少的时候，限制了频谱资源使用率。

• 当出现前导穿刺(Preamble Puncturing)时，如雷达信号检测，因为使用了信道捆绑，只有主信道20MHz带宽能被使用，其他带宽资源被浪费。

• 每个用户只能分配到特定的RU上，大大限制频谱资源的调度。

 

Wi-Fi 7在此基础上引入多RU分配机制，对单个终端的RU资源分配更加灵活，可在不同带宽下组合分配给终端使用，如图3所示，在160MHz带宽下，对不同的40MHz信道下的信道穿刺，MRU分配机制能重新分配996+484子载波RU资源组合（部分子载波用于DC保护），图4展示了802.11ax和802.11be的RU分配方式对比。

 

在上文中我们提到了前导穿刺的概念，该技术在Wi-Fi 6中被引入，其基于OFDMA传输方式，能够有效优化信道捆绑接入，Wi-Fi 7中由于频谱的扩展，该技术被用于辅助MRU分配，我们用图5来简单示例该技术细节。图5中四个信道52，56，60，64捆绑成一个80MHz信道，52信道为主信道其他为次信道。Wi-Fi 5(802.11ac)中，如果信道56检查到雷达信号，终端只可以在主信道52中传输，Wi-Fi 6中AP和终端可以将56信道频闭，利用剩余的三个信道通信，即便仍然工作在80MHz信道模式下，但实际传输时把52信道置为NULL，和52信道的其他无线电互不干扰。需要注意的是802.11ax中规定主信道不能被屏蔽，能屏蔽的信道802.11ax协议已做规范，802.11be对该规范有改动。