Wi-Fi 8(802.11bn)1.0草案的發布,極大地明確了旨在實現超高可靠性(UHR)的物理層特性。盡管部分行業人士可能曾期待會有突破性的新型調制方式、超320 MHz的更寬信道或全新的多輸入多輸出(MIMO)方案發布,但這份初始草案展現了一種更為精妙的思路。Wi-Fi 8引入了優化機制,對現有特性進行了完善和微調,以提升其性能表現。
一個現實情況是,即便Wi-Fi 7具備豐富的特性,包括上行正交頻分多址(UL-OFDMA)、多鏈路操作(MLO)和320MHz信道,其在現實世界的廣泛部署仍面臨挑戰。盡管營銷宣傳頗具吸引力,但實際的網絡部署以及讓這些先進特性持續穩定發揮作用,都是復雜的任務。
因此,在Wi-Fi 8中,IEEE似乎有意推出一些特性,旨在從根本上提升不同信道條件下的鏈路韌性,并增強整體可靠性。
新的物理層特性可主要歸為三大類:抗干擾性、可靠性和傳輸距離。首先,讀者務必明確抗干擾性與可靠性的區別,因為這兩個術語常被混用。
抗干擾性指的是信號完整性與抗干擾能力,具體而言,即在復雜的信道環境下,信號保持自身質量、抵御噪聲或干擾造成的信號衰減的能力。而可靠性則指數據傳輸的成功概率,核心是確保數據以最少的重傳次數傳遞至接收端。
這兩項指標相輔相成,對于實現高質量通信至關重要。只有明確二者的差異,才能充分理解Wi-Fi 8新特性所產生的作用,以及這些特性的設計目標。
抗干擾性:新型調制編碼策略組合
這類新型調制編碼策略組合的核心目標是優化速率自適應能力。Wi-Fi 8雖未推出全新的調制方式,但通過采用更低的碼率增加傳輸冗余度,大幅提升了現有調制方式的抗干擾能力。
Wi-Fi 7中的0-15級調制編碼策略被Wi-Fi 8沿用,同時依據版本0.3草案規范,新增了針對四相相移鍵控、16進制正交振幅調制以及256進制正交振幅調制的調制編碼策略參數(參數編號 17、19、20、23)(見圖 1)。
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圖1:針對每條空間流的獨特特性定制調制方式
非均等調制技術
該特性支持在多條空間流中采用非對稱調制方式,其核心作用是提升多輸入多輸出系統的傳輸效率。
在傳統的多輸入多輸出傳輸模式中,無論各條空間流自身的信道條件如何,都會采用相同的調制方式。而不同空間流所處的信噪比環境往往存在差異,這就使得整體傳輸速率常常受限于性能最差的那條空間流。非均等調制技術恰好解決了這一問題,它允許依據每條空間流各自的信道條件,為其匹配不同階數的調制方式,進而實現整體傳輸性能的優化。
需要注意的是,當前規范對非均等調制技術的應用做出了一定限制:僅適用于空間流數量為2-4條的配置場景,不支持二進制相移鍵控調制,且僅可用于單用戶多輸入多輸出場景。
增強型遠距離物理層協議數據單元
在超高可靠性技術架構下,IEEE專門為終端設備推出了增強型遠距離物理層協議數據單元。該數據單元的核心設計目標是緩解上行鏈路與下行鏈路之間顯著的鏈路預算失衡問題。
Wi-Fi網絡普遍面臨一個難題:無線接入點的發射功率通常處于較高水平,終端設備很容易接收到其發出的信號。與之相反,終端設備的發射功率一般較低,這就導致無線接入點往往難以接收到終端設備的信號,且距離越遠,這一問題越突出。這種發射功率上的差異造成了鏈路預算失衡,對遠離無線接入點的終端設備產生了嚴重影響。
為解決這一問題,超高可靠性技術體系引入了增強型遠距離物理層協議數據單元。這類數據單元采用固定20MHz帶寬設計,僅適配單空間流傳輸。在2.4GHz頻段中,它可同時用于上行和下行傳輸;而在5GHz與6GHz頻段中,僅支持上行傳輸場景。
為實現遠距離傳輸與傳輸可靠性的雙重保障,該類數據單元采用了較低等級的調制編碼策略(具體為0級和1級),以此減少信號誤判和數據傳輸錯誤。此外,其在52子載波常規資源單元中加入了四倍頻域復制機制,通過增加傳輸冗余度,大幅提升了傳輸可靠性。
標準的超高可靠性增強型遠距離物理層協議數據單元必須包含標記字段和信號字段。其中,標記字段可提供額外的信令,幫助接收端區分該類型數據單元與其他物理層協議數據單元,該字段通過預設子載波模式,使接收端能夠借助互相關運算提升信號檢測效率;而信號字段則承載著正確解析該類型數據單元所需的核心信息。
可靠性:加長型低密度奇偶校驗碼
在超高可靠性技術體系中,IEEE對前向糾錯技術作出了一項重大改進,即為終端設備配置了長度為3888比特的編碼塊。這一舉措使編碼塊長度較Wi-Fi 7中的最長編碼塊實現了翻倍,大幅提升了系統的糾錯能力。
那么,什么是低密度奇偶校驗碼呢?通俗來講,它是一種向原始數據中添加冗余比特(即奇偶校驗比特)的技術機制。這些額外增加的比特能讓接收端成功修正數據傳輸過程中可能出現的錯誤,使數據在復雜的信道環境中更具抗干擾能力,同時顯著提高數據解碼成功率,進而減少數據重傳情況的發生。
盡管加長編碼塊在保障較高有效吞吐量方面效果顯著,但也會增加時延問題。這是因為發射端的編碼器與接收端的解碼器都需要處理更長的編碼塊,耗時相應增加。不過,這種編碼方式所提升的傳輸穩定性,在噪聲干擾較強的環境(即信噪比差的場景)中優勢明顯,尤其能為處于無線接入點信號覆蓋邊緣的終端設備帶來利好。
根據技術規范,傳輸塊物理層協議數據單元的編碼類型,由用戶信息字段中的上行鏈路前向糾錯編碼類型子字段標識。當該字段設置為 “0” 時,表示采用二進制卷積碼;設置為 “1” 時,則表示采用低密度奇偶校驗碼。此外,若用戶信息字段中的雙倍長度低密度奇偶校驗碼子字段設置為 “1”,代表采用標準長度為3888比特的低密度奇偶校驗碼編碼塊;若設置為 “0”,則表示采用較短的編碼塊,具體可選長度為648比特、1296比特或1944比特。
傳輸距離:分布式資源單元
顧名思義,該技術會將資源單元的子載波分布在更寬的帶寬范圍內(見圖2)。要理解其設計意義,需結合相關技術背景來看:2020年,美國聯邦通信委員會開放6GHz頻段作為免授權頻段供設備使用時,為保護該頻段原有業務的正常運行,專門為無線接入點和終端設備制定了嚴格的發射功率標準。