带MLO的Wi-Fi 7(IEEE 802.11be)对比Wi-Fi 6/6E(IEEE 802.11ax) ：寻求最佳设计考虑因素时需要考虑什么

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简介

自 1999 年 Wi-Fi 联盟成立以来，Wi-Fi 技术不断进步，以满足对更快速度和支持更多设备的日益增长的需求。这种技术广受欢迎，促使 Wi-Fi 成为了词典中的常用术语。如今，从笔记本电脑、智能手机、电视和机顶盒等对数据要求极高的设备，到偶尔发送数据更新的物联网设备（如家用电器和办公设备），Wi-Fi 已成为各种客户无处不在的互联网连接。市场研究公司 ABI 的数据显示，Wi-Fi 设备年出货量持续攀升，预计到 2028 年将超过 50 亿台，未来增长的主要驱动力预计将来自智能/互联家居、可穿戴设备及物联网细分市场。 rj9ednc

如今，Wi-Fi 技术有多种类型和配置，支持数百种不同复杂程度的功能。对于设备制造商来说，选择符合功能、性能、成本和功耗限制的正确规格可能具有挑战性。本文将深入介绍确定最佳选择时需要考虑的重要参数。rj9ednc

各代产品差异和喜好

什么是 Wi-Fi 6？

它源自 IEEE 802.11ax 标准，是目前市场上最流行的一代产品。市场研究公司 ABI 的数据显示，2023 年出货的 Wi-Fi 设备中将有近一半的 Wi-Fi 设备采用 Wi-Fi 6，到 2026 年，这一比例将上升到三分之二。rj9ednc

与 Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac) 相比，Wi-Fi 6 具有双倍的最大 MIMO 配置、双倍的最大信道带宽和更高调制方案。这意味着 PHY 层级的最大数据速率提高 4 倍以上。尽管最大数据速率提升显著，但这并不是使 Wi-Fi 6 变得炙手可热并实现最快一代渗透率的原因。rj9ednc

Wi-Fi 6 的主要优势是提高网络效率，尤其是在密集区域，可以将更多设备连接到同一接入点，吞吐量更高，延迟更低，用户体验更好。Wi-Fi 6 之所以效率更高，是因为以下两个主要特性：rj9ednc

• 多用户 MIMO (MU-MIMO)：将接入点 (AP) 的 MIMO 操作划分给多个用户（或多个站点）。例如，单个 8x8 AP 可以同时处理多达 8 个 1x1 用户，每个空间流一个。AP 通过无线（下行链路）发送单个 8x8 MIMO 数据包，其中包含分配给各个用户的空间流数据。每个用户可在各自的空间流中同时回复（上行链路）。Wi-Fi 5 Wave 2 已支持 MU-MIMO 下行链路，但不支持 MU-MIMO 上行链路。
• 多用户 OFDMA (MU-OFDMA)：允许将总可用带宽以资源单元 (RU) 的形式划分给多个用户。这样，就可以有更多用户连接至 AP 了。举例来说，多达 37 个并发用户可以共享 80MHz 信道，每个用户仅使用约 2MHz 的带宽。值得一提的是，此类窄带可更好地与蓝牙和 802.15.4（即 Thread、ZigBee）之类的其他窄带技术共存。

MU-MIMO 和 MU-OFDMA 支持 AP 更好地安排用户之间的流量，使得粒度得当，更好的控制服务质量。数百甚至数千台设备可以连接至存在拥塞限制的 AP。而且，较慢的 Wi-Fi 6 物联网设备还可以与高要求的 Wi-Fi 6 设备无缝共存，且不会影响其吞吐量和延迟。rj9ednc

Wi-Fi 6 的另一个重要特色是目标唤醒时间 (TWT)。这一点对于低功耗物联网设备尤为重要：每个连接到 AP 的 Wi-Fi 6 设备都可以在 AP 预先确定的相应计划时间进入深度睡眠和唤醒。如此一来，将能最大程度地减少冲突并显著降低功耗。rj9ednc

什么是 Wi-Fi 6E？

Wi-Fi 6 在 2.4GHz 和 5GHz 频段运行。2.4GHz 频段因蓝牙、Zigbee 及 Thread 等其他无线技术而拥挤不堪。因此，5GHz 频段可谓是避免这种拥塞的“高速公路”。 rj9ednc

尽管如此，大家对数据带宽的需求也从未得到满足。现在，有更多的视频流媒体服务可提供更高分辨率的视频。城市中的许多地方都在推行光纤入户，让在家庭/办公室内提供超快互联网成为可能。最近，在新冠肺炎疫情期间，居家办公人数激增也增加了对可靠、高速 Wi-Fi 的需求。就连 Wi-Fi 6 的 5GHz 高速公路的容量也在不断扩展。因此，Wi-Fi 6E（仍然源自 IEEE 802.11ax 标准）被发布，以使用 6GHz 频段（更准确地说，从 5.925GHz 到 7.125 GHz）扩展容量。这个额外的 1.2GHz 带宽可增加多达 7 个信道，每个信道 160MHz 带宽（5GHz 频段仅能提供 2 个这样的宽信道），或增加多达 14 个信道，每个信道 80MHz 带宽（5GHz 频段仅能提供 5 个这样的信道）。尽管 6GHz 频段在地理位置上存在挑战（如 Wi-Fi 联盟网站所述，并非所有 6GHz 带宽都可在全球范围内使用），但 Wi-Fi 6E 已被证明炙手可热，在不断增长的数据带宽需求中，创造了一些亟需的喘息空间。这个额外的 6 GHz 频段拥塞程度较低，因此可以提供更好的服务质量和更低的延迟。这对于游戏和 AR/VR 耳机应用尤其重要。不过，它的范围比较有限，穿墙和穿顶能力较弱。rj9ednc

什么是 Wi-Fi 7？

虽然 Wi-Fi 7 仍有待在 2024 年晚些时候获得批准，但我们已经开始在市场上寻找“预”Wi-Fi 7 芯片和设备。Wi-Fi 7 源自 IEEE 802.11be 规范，优势更强：rj9ednc

• 与 Wi-Fi 6/6E (802.11ax) 160MHz 的信道带宽相比，Wi-Fi 7 的信道带宽高达 320MHz。而这只在 6GHz 频段实现。
• 与 Wi-Fi 6/6E (802.11ax) 支持 8x8 MIMO 相比，Wi-Fi 7 7 可支持高达 16x16 MIMO
• 与 Wi-Fi 6/6E (802.11ax) 支持 1K 正交调幅 (QAM) 相比，Wi-Fi 7 支持最高 4K 正交调幅 (QAM)

Wi-Fi 7 的速度几乎比 Wi-Fi 6/6E 快 5 倍。但这并不是 Wi-Fi 7 突然受欢迎的唯一原因。以下两个非常重要的特色才是促使大家关注这个下一代 Wi-Fi 的原因：rj9ednc

• 多链路操作 (MLO)：能够从相同或不同频段聚合两个信道，提高吞吐量，绕过干扰并减少延迟。比如说，干扰导致这 3 个可用信道可能极难甚至不可能在 6GHz 频段上获取空闲的 320MHz 信道。为了克服这种困难，Wi-Fi 7 (802.11be) 连接借助 MLO 在 6GHz 频段的 7 个可用信道中聚合两个不相交的 160Mz 信道，或者聚合 6GHz 频段上的一个信道与 5GHz 频段上的另一个信道。从理论上讲，任何组合都是可能的。例如，聚合 5/6GHz 频段上 160MHz + 80MHz 带宽。

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MLO 还可用于平衡负载，通过在信道之间快速无缝切换，最大程度地减少争抢/重试次数。这也意味着延迟将得到减少。rj9ednc

• 多资源单位 (MRU)：当用户的吞吐量促使需要“大”的资源单位时，这种大带宽可能无法在整个信道带宽中自由使用。  可以说，MRU 使用与 MLO 相似的概念，但区别在于 MRU 可以在同一信道上为单个用户聚合两个连续或不相交的资源单位，满足吞吐量要求。

Wi-Fi 7 (802.11be) 凭借 MLO 和 MRU，非常具有吸引力，尤其是在要求高吞吐量、低延迟和高链路可靠性的应用中。信道聚合方式、时机、对象将是区分 Wi-Fi 7 基础设施提供商的重要分水岭。 rj9ednc

需要考虑的其他设计配置参数

了解每一代技术带来的好处，什么是最适合我的应用的？除了每一代技术和相关功能集之外，还需要考虑支持的最大配置参数，例如：rj9ednc

• 支持的无线电频段：默认为 2.4GHz，所有类型均支持。由于 2.4 GHz 频段非常拥挤，许多技术（Wi-Fi、蓝牙、Zigbee 及其他专有技术）都在竞相争夺媒介，因此支持 5 GHz 频段甚至 6 GHz 频段（在 Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 上）也很有意义。这虽然会增加成本，增加 5/6 GHz 无线芯片的芯片尺寸，但由于拥塞程度较低和重传次数较少，将有助于实现更高的吞吐量和更低的延迟。 
• 最大信号带宽：信号带宽可以为 20MHz、40MHz、80MHz（从 Wi-Fi 5/802.11ac 开始）、160MHz（从 Wi-Fi 6/802.11ax 开始）或 320MHz（在 Wi-Fi 7/802.11be 上，仅限 6GHz 频段）。信号带宽越大，数据吞吐量越高。如果高吞吐量不是一个重要参数，那么支持更大的带宽仍然是有益的。对于给定的吞吐量，更大的带宽会导致空中花费的时间更少，从而降低功耗。此外，在空中花费的时间更少，可以为其他人留下更多的空闲空间，因此更多的设备可以共存。这就是为什么许多低功耗物联网设备支持高达 40 MHz 的带宽，而不是仅 20 MHz，即使这会带来少量额外成本。
• 最大 MIMO 配置：Wi-Fi 系统可以具有单个收发器链（SISO，又名单输入单输出）或多个收发器链（MIMO，又名多输入多输出）。实际上，发射链和接收链的数量可以任意组合，最多可达标准授权的最大数量。例如，使用 Wi-Fi 6 时高达 8x8，使用 Wi-Fi 7 时高达 16x16。1x1 是指 SISO 配置，而 2x2 是具有 2 个发射链和 2 个接收链的 MIMO 系统。还存在不对称配置，例如具有 2 个发送链和 3 个接收链的 2x3。更多的链意味着更高的吞吐量。这就像有几根平行的管道。例如，2x2 比 1x1 快两倍。但有时增加链的数量并不是为了增加吞吐量，而是为了通过额外的多样性来达到更高的灵敏度。例如，2x3 配置可能仅在接收侧支持 2 个（而不是 3 个）空间流，第三条链用于获得额外的信号分集，从而获得更高 dB 的灵敏度。总而言之，更多的链意味着更高的吞吐量或更高的灵敏度，但由于无线电链的重复而带来了额外的芯片尺寸和成本。
• 最大调制编码方案 (MCS)：收发器链上可实现的最大吞吐量还取决于支持的最高调制编码方案 (MCS)。但更高的 MCS 会导致调制解调器中的信号处理更复杂，并对模拟/无线电架构提出更严格的要求，这意味着更大的芯片尺寸和更高的功耗。这就是为什么有时 Wi-Fi 6 低功耗物联网解决方案为了节省成本和功耗仅支持 MCS8/9 (256QAM)，而 Wi-Fi 6 标准最高可支持 MCS10/11 (1024QAM)。
• 多无线电/多链路配置：当设备支持多个频段（2.4 GHz、5 GHz，有时是 6 GHz）时，可以通过 Wi-Fi 系统的单个实例或多个实例来处理各个频段上的链接：
  • 单个实例化允许同时处理每个频段，但需要分时处理。从用户/应用的角度来看，这是透明的，只是总吞吐量在每个频段之间共享。无论如何，单个实例化都可以支持 Wi-Fi 7 多链路单无线电 (MLSR) 功能，该功能允许立即从一个通道切换到另一个通道，以获得更高的可靠性和更短的延迟。
  • 多个实例化使其能够完全同时支持多个频段，从而支持更高的聚合吞吐量。由于芯片尺寸较大，因此成本较高，但可以通过其带来的附加价值来补偿。

那么，最适合您应用的版本和配置是什么？

选择最新最好的口味和配置并不总是合适的，因为这可能会导致昂贵的过度杀伤力。面临的挑战是选择在性能、成本和功耗之间提供最佳折衷的风格和配置。让我们看几个例子。rj9ednc

低功耗物联网设备

低功耗物联网中普遍存在的问题是成本，然后是功耗。这就是为什么 Wi-Fi 4（源自 IEEE 802.11n 规范）单频段 2.4 GHz 仍然占主导地位的原因，因为人们可以找到远低于 1 美元且足够好的芯片。但随着产量的增加，Wi-Fi 6 芯片的成本很快非常接近 Wi-Fi 4 芯片。并且还带来了额外的好处：rj9ednc

• 如果需要更高的数据吞吐量：使用 MCS7（64QAM 调制）时，Wi-Fi 4 1x1 40 MHz 带宽可高达 150 Mbps PHY 数据速率，而 Wi-Fi 6 1x1 40 MHz 带宽
• 由于 TWT 功能，功耗更低。冲突越少，重传次数越少，空中花费的时间也就越少。
• 更高的数据速率使得功耗更低。对于给定的数据吞吐量，更高的数据速率意味着在空中花费的时间更少，因此在更短的时间内启用无线电时功耗更低。
• 更多 Wi-Fi 6 设备可以连接到 Wi-Fi 6 接入点。
• 低功耗物联网设备通常速度缓慢。与前几代不同，Wi-Fi 6 慢速设备不会减慢 Wi-Fi 网络速度，因此可以更好地与快速设备共存。

如果可靠性是一个关键参数，那么至少支持双频段就很重要。在某些工业应用中通常会出现这种情况。rj9ednc

如果延迟很关键，则必须支持具有两个或三个频段的 Wi-Fi 7。在某些工业和医疗应用中可能就是这种情况。rj9ednc

高端设备

支持 Wi-Fi 的高端设备通常处理大量数据传输，例如视频流和文件共享。这些设备包括智能手机、平板电脑、PC/笔记本电脑、电视、机顶盒、相机、AR/VR 耳机等。它们主要具有 MIMO 2x2 多频段配置。虽然我们仍然在市场上看到大量 Wi-Fi 5 芯片，但新设计至少主要是 Wi-Fi 6 (802.11ax)，以便获得吞吐量效率的优势，特别是随着连接到 Wi-Fi 5 的设备数量的增加接入点正在增长。其中一些产品（例如智能手机、游戏机和 AR/VR 耳机）将在迁移到 Wi-Fi 6E 甚至 Wi-Fi 7 (802.11be) 时获得巨大优势，从而享受更高的可靠性和更低的延迟。  rj9ednc

接入点

在设计/部署/升级基础设施时，建议使用 Wi-Fi 7 (802.11be) 接入点，特别是在机场、体育场、购物中心和办公室等密集环境中，这些地方有多达数千个用户连接、移动且具有动态 Wi-Fi 要求，定期在电子邮件、浏览、聊天、文件传输和视频会议之间切换。这些接入点通常具有 4x4 MIMO 配置或以上配置。rj9ednc

对于家庭或小型办公室等较小的环境，具有 2x2 MIMO 配置的接入点通常就足够了。据 ABI 称，2x2 配置占网络和接入点 Wi-Fi 芯片组总出货量的 40% 以上。如果没有很强的延迟要求，从技术角度来看，Wi-Fi 6 或 6E 就足够了，但必须考虑 Wi-Fi 7 相对于同类竞品的营销价值。rj9ednc

CEVA 无线连接解决方案

CEVA 是可集成到 SoC 的 Wi-Fi 平台 IP 解决方案的领先提供商，为数以百亿计台 Wi-Fi 设备提供支持。CEVA 的解决方案包括一系列经过市场验证的 MAC 和调制解调器，迎合各代 Wi-Fi 标准 (Wi-Fi 4/5/6/6E/7)，支持 SISO 和 MIMO 2x2 配置中的站/客户端 (STA) 和接入点 (AP) 模式，带宽从 20MHz 到高达 160MHz。 rj9ednc

CEVA RivieraWaves Wi-Fi 平台 IP 与 CEVA RivieraWaves 蓝牙连接平台 IP 和/或 CEVA RivieraWaves UWB 平台 IP 相辅相成，形成了无线组合解决方案。rj9ednc