Född 1997, Wi-Fi har påverkat människors liv mycket mer än någon annan Gen Z-kändis. Dess stadiga tillväxt och mognad har gradvis befriat nätverksanslutning från den uråldriga regimen av kablar och kontakter i den utsträckningen att trådlös bredbandsanslutning till Internet – något otänkbart i uppringningstidens dagar – ofta tas för givet.
Jag är gammal nog att minnas det tillfredsställande klicket som en RJ45-kontakt betecknade en framgångsrik anslutning till det snabbt växande online-multiversumet. Nuförtiden har jag lite behov av RJ45:or, och teknikmättade tonåringar till min bekanta kanske är omedvetna om deras existens.
På 60- och 70-talen utvecklade AT&T modulära kontaktsystem för att ersätta skrymmande telefonkontakter. Dessa system utökades senare till att omfatta RJ45 för datornätverk
Föredraget för Wi-Fi bland allmänheten är inte alls förvånande; Ethernet-kablar verkar nästan barbariska jämfört med den fantastiska bekvämligheten med trådlöst. Men som ingenjör helt enkelt oroad över datalänkprestanda ser jag fortfarande Wi-Fi som sämre än en trådbunden anslutning. Kommer 802.11be att ta Wi-Fi ett steg – eller kanske till och med ett steg – närmare att helt förskjuta Ethernet?
En kort introduktion till Wi-Fi-standarder: Wi-Fi 6 och Wi-Fi 7
Wi-Fi 6 är det publicerade namnet för IEEE 802.11ax. Fullt godkänd i början av 2021, och dra nytta av över tjugo år av ackumulerade förbättringar i 802.11-protokollet, är Wi-Fi 6 en formidabel standard som inte verkar vara en kandidat för snabb ersättning.
Ett blogginlägg från Qualcomm sammanfattar Wi-Fi 6 som "en samling funktioner och protokoll som syftar till att driva så mycket data som möjligt till så många enheter som möjligt samtidigt." Wi-Fi 6 introducerade olika avancerade funktioner som förbättrar effektiviteten och ökar genomströmningen, inklusive multiplexering av frekvensdomän, upplänks-MIMO för flera användare och dynamisk fragmentering av datapaket.
Wi-Fi 6 innehåller OFDMA (ortogonal frequency division multiple access)-teknik, som ökar spektral effektivitet i fleranvändarmiljöer
Varför är då arbetsgruppen 802.11 redan på god väg att ta fram en ny standard? Varför ser vi redan rubriker om den första Wi-Fi 7-demon? Trots sin samling av toppmodern radioteknik upplevs Wi-Fi 6, åtminstone på vissa håll, som underväldigande i två viktiga avseenden: datahastighet och latens.
Genom att förbättra datahastigheten och latensprestandan för Wi-Fi 6 hoppas arkitekterna för Wi-Fi 7 kunna leverera den snabba, smidiga och pålitliga användarupplevelsen som fortfarande är lättare att uppnå med Ethernet-kablar.
Datahastigheter kontra fördröjningar gällande Wi-Fi-protokoll
Wi-Fi 6 stöder dataöverföringshastigheter som närmar sig 10 Gbps. Huruvida detta är "tillräckligt bra" i absolut mening är en högst subjektiv fråga. Men i en relativ mening är Wi-Fi 6-datahastigheterna objektivt sett svaga: Wi-Fi 5 uppnådde en tusenprocentsökning i datahastighet jämfört med sin föregångare, medan Wi-Fi 6 ökade datahastigheten med mindre än femtio procent jämfört med Wi-Fi 5.
Den teoretiska strömdatahastigheten är definitivt inte ett heltäckande sätt att kvantifiera "hastigheten" för en nätverksanslutning, men det är tillräckligt viktigt för att förtjäna noggrann uppmärksamhet från de som är ansvariga för Wi-Fis pågående kommersiella framgång.
Jämförelse av de senaste tre generationerna av Wi-Fi-nätverksprotokoll
Latens som ett allmänt begrepp avser fördröjningar mellan inmatning och svar.
I samband med nätverksanslutningar kan överdriven latens försämra användarupplevelsen så mycket som (eller till och med mer än) begränsad datahastighet – blixtsnabb överföring på bitnivå hjälper dig inte mycket om du måste vänta fem sekunder innan en webbsida börjar ladda. Latens är särskilt viktigt för realtidsapplikationer som videokonferenser, virtuell verklighet, spel och fjärrstyrning av utrustning. Användare har bara så mycket tålamod för glitchy videor, laggy spel och dilatatoriska maskingränssnitt.
Wi-Fi 7:s datahastighet och latens
Projektauktoriseringsrapporten för IEEE 802.11be inkluderar både ökad datahastighet och minskad latens som uttryckliga mål. Låt oss ta en närmare titt på dessa två uppgraderingsvägar.
Datahastighet och kvadraturamplitudmodulering
Arkitekterna bakom Wi-Fi 7 vill se en maximal genomströmning på minst 30 Gbps. Vi vet inte vilka funktioner och tekniker som kommer att införlivas i den färdiga 802.11be-standarden, men några av de mest lovande kandidaterna för att öka datahastigheten är 320 MHz kanalbredd, multilänkdrift och 4096-QAM-modulering.
Med tillgång till ytterligare spektrumresurser från 6 GHz-bandet kan Wi-Fi lätt öka den maximala kanalbredden till 320 MHz. En kanalbredd på 320 MHz ökar maximal bandbredd och teoretisk toppdatahastighet med en faktor två i förhållande till Wi-Fi 6.
I flerlänksdrift fungerar flera klientstationer med sina egna länkar kollektivt som "flerlänksenheter" som har ett gränssnitt till nätverkets logiska länkkontrollskikt. Wi-Fi 7 kommer att ha tillgång till tre band (2.4 GHz, 5 GHz och 6 GHz); en Wi-Fi 7 multilänksenhet kan skicka och ta emot data samtidigt i flera band. Flerlänksoperationen har potential för stora genomströmningsökningar, men den medför några betydande implementeringsutmaningar.
Vid multilänkdrift har en multilänkenhet en MAC-adress även om den innehåller mer än en STA (vilket står för station, vilket betyder en kommunicerande enhet som en bärbar dator eller smartphone)
QAM står för kvadraturamplitudmodulering. Detta är ett I/Q-moduleringsschema där specifika kombinationer av fas och amplitud motsvarar olika binära sekvenser. Vi kan (i teorin) öka antalet bitar som sänds per symbol genom att öka antalet fas/amplitudpunkter i systemets ”konstellation” (se diagrammet nedan).
Detta är ett konstellationsdiagram för 16-QAM. Varje cirkel på det komplexa planet representerar en fas/amplitudkombination som motsvarar ett fördefinierat binärt tal
Wi-Fi 6 använder 1024-QAM, som stöder 10 bitar per symbol (eftersom 2^10 = 1024). Med 4096-QAM-modulering kan ett system sända 12 bitar per symbol – om det kan uppnå tillräckligt med SNR vid mottagaren för att möjliggöra framgångsrik demodulering.
Wi-Fi 7 Latensfunktioner:
MAC Layer och PHY Layer
Tröskeln för tillförlitlig funktionalitet för realtidsapplikationer är värsta tänkbara latens på 5–10 ms; latenser så låga som 1 ms är fördelaktiga i vissa användningsscenarier. Att uppnå så låga latenser i en Wi-Fi-miljö är ingen lätt uppgift.
Funktioner som fungerar på både MAC-lagret (medium åtkomstkontroll) och det fysiska lagret (PHY) kommer att hjälpa till att föra in Wi-Fi 7-latensprestanda i sfären under 10 ms. Dessa inkluderar koordinerad strålformning med flera åtkomstpunkter, tidskänsligt nätverk och multilänksdrift.
Viktiga funktioner i Wi-Fi 7
Ny forskning tyder på att aggregering av flera länkar, som ingår i den allmänna rubriken för drift av flera länkar, kan vara avgörande för att göra det möjligt för Wi-Fi 7 att tillfredsställa latenskraven för realtidsapplikationer.
Framtiden för Wi-Fi 7?
Vi vet ännu inte exakt hur Wi-Fi 7 kommer att se ut, men det kommer utan tvekan att omfatta imponerande ny RF-teknik och databehandlingstekniker. Kommer all FoU att vara värt det? Kommer Wi-Fi 7 att revolutionera trådlösa nätverk och definitivt neutralisera de få återstående fördelarna med Ethernet-kablar? Dela gärna med dig av dina tankar i kommentarsfältet nedan.
