比有線還快 - Wi-Fi 7標準技術原理應用指南

前言

在網際網路廣泛普及的今天，Wi-Fi 早已是家喻戶曉的室內無線連接技術。因為Wi-Fi 的商業化程度很高，所以很多人認為 Wi-Fi 技術已經很成熟。即使是通訊或電腦行業的專業人員，可能也會覺得 Wi-Fi 技術沒有什麼潛力可以挖掘。但實際上 Wi-Fi技術以比行動通訊幾乎快一倍的迭代速度不斷演進，而每一代 Wi-Fi 技術的新產品都會給使用者帶來新的業務體驗。

從 1999 年 Wi-Fi 系列標準正式起步，每隔四五年就有一個新的 Wi-Fi 標準被制定，對應的速率從開始的 1Mb/s，到 54Mb/s，再到 600Mb/s，今天使用者的上網速率已經可以超過 1Gb/s。在辦公室，無處不在的 Wi-Fi 是公司必備的基礎設施；在家裡，Wi-Fi 就像水、電、瓦斯一樣，成為人們日常生活必不可少的基本需求。在疫情流行階段，人們在家遠端辦公和線上學習，短距離通訊技術 Wi-Fi 所發揮的作用顯得格外突出。

根據 Wi-Fi 聯盟的報告，2021 年，估計 Wi-Fi 的全球經濟價值為 3.3 兆美金，而到 2025 年，這一數字預計將增長到 4.9 兆美金，經濟價值估算的時候考慮了消費者和企業的通訊需求、技術發展、可用頻譜增加等經濟影響。在經過了二十多年的技術發展和標準更迭後，Wi-Fi 已經成為當今數位經濟的主要經濟引擎之一。

當前被廣泛使用的 Wi-Fi 標準是 Wi-Fi 6。2019 年 Wi-Fi 聯盟建立了 Wi-Fi 6 認證的測試標準之後，緊接著，不管是寬頻連線的電信營運商，還是各種品牌的無線路由器的裝置商，或是各種智慧終端機的廠商，很快就把基於 Wi-Fi 6 技術的裝置作為自己的主流產品，在市場中不遺餘力地大力推廣。

而作為 Wi-Fi 6 之後的下一代 Wi-Fi 7 技術，它以超高頻寬和超高性能為目標，技術上有更多創新和突破。Wi-Fi 7 的理論速率可以達到 30Gb/s，超出目前 Wi-Fi 6 速率的 3 倍多，也超出了 5G 行動通訊的峰值速率。

Wi-Fi 7 技術在 2023 年發佈第一版本的標準，各個廠商在 2023 年已陸續開始研發產品和逐漸在市場中推廣。從通訊技術發展及應用來看，Wi-Fi 7 標準發佈後的四五年內都將是無線資料通信技術的性能標桿，是各種高頻寬和低延遲業務的關鍵支撐，Wi-Fi 7 必然會給家用網路、企業無線上網辦公、城市公共場所 Wi-Fi 應用等帶來高度關注，成為短距離通訊或家庭上網的熱點話題，它的超高性能將進一步促進超高畫質視訊、網路遊戲、虛擬現實等各種高頻寬業務的發展。Wi-Fi 7 也將在物聯網、工業網際網路等行業中造成核心連線作用，對數位化經濟發展有顯著的效益支援。

市面上關於 Wi-Fi 技術原理和開發應用的圖書還比較少，關於 Wi-Fi 7 的探討還只是聚焦在行業內標準規範的演進。我們選擇撰寫 Wi-Fi 7 技術的圖書，希望為不同行業提供無線產品開發和新業務應用的專業參考，推動行業升級和應用最新無線通訊技術，支援新Wi-Fi 技術與5G 行動的網路融合，支撐更多的行業應用場景或業務服務，同時也讓大眾對遠端辦公學習、家庭影音娛樂等生活體驗背後的技術概念和原理有更多的了解。

本書以 Wi-Fi 7 技術原理為主要內容，圍繞 Wi-Fi 技術分為 8 章展開描述。

第 1 ∼ 3 章首先從 Wi-Fi 的基本概念和原理入手，介紹 Wi-Fi 演進發展到 Wi-Fi6 的核心技術，然後重點介紹 Wi-Fi 7 給關鍵技術和標準規範帶來的主要變化、Wi-Fi7 對 Wi-Fi 安全和無線網路拓樸技術帶來的影響，讓讀者對 Wi-Fi 7 各方面技術有比較深入的理解。

第 4 ∼ 8 章介紹基於 Wi-Fi 7 的產品開發和測試方法，行業聯盟對 Wi-Fi 技術的支援以及尤其對 Wi-Fi 7 商業化的推動，接著繼續介紹 Wi-Fi 7 在行業或家庭不同場景下的應用、Wi-Fi 7 與行動5G 技術融合，最後展望 Wi-Fi 的技術發展趨勢和社會影響。

本書的特點是以 Wi-Fi 7 專業技術介紹為主，同時介紹 Wi-Fi 7 技術的新產品開發方案和測試方法，以及在行業及室內場景中的應用，並且介紹 Wi-Fi 7 技術與其他最新通訊或電腦技術的融合和整合，本書的目的是相容技術原理和應用，使理論和實踐能被條理清晰和專業地介紹給讀者。

Wi-Fi 技術已經從嶄露頭角到全面發展，成為短距離通訊技術的旗艦技術。按照Wi-Fi 標準的演進規律，到 2030 年左右，Wi-Fi 8 就會出現。它會帶來什麼驚奇，現在肯定還說不上來。行動 6G 與 Wi-Fi 8 搭配，組成室內室外全場景的應用，預計將是10 年以後被關注的技術里程碑。

本書共 3 位作者，成剛負責統稿，其中第 1 章由成剛、蔣一名、楊志傑共同撰寫，第 2 章、第 3 章、第 8 章由楊志傑和成剛撰寫，第 4 章由蔣一名和成剛撰寫，第 5 ∼ 7 章由成剛撰寫。

在書稿完成過程中，感謝上海諾基亞貝爾寬頻終端部門系統組專家張西利和韓永利、Wi-Fi 軟體專家何定軍、Wi-Fi 硬體設計專家尹小林等認真審閱和建議。同時感謝編輯王中英對書稿的寶貴意見，使得本書最終能順利完成。這兩年 Wi-Fi 技術發展很快，一本書很難涵蓋所有最新基礎知識，如讀者發現有不足之處，也敬請見諒。

作者

前言

在網際網路廣泛普及的今天，Wi-Fi 早已是家喻戶曉的室內無線連接技術。因為Wi-Fi 的商業化程度很高，所以很多人認為 Wi-Fi 技術已經很成熟。即使是通訊或電腦行業的專業人員，可能也會覺得 Wi-Fi 技術沒有什麼潛力可以挖掘。但實際上 Wi-Fi技術以比行動通訊幾乎快一倍的迭代速度不斷演進，而每一代 Wi-Fi 技術的新產品都會給使用者帶來新的業務體驗。

從 1999 年 Wi-Fi 系列標準正式起步，每隔四五年就有一個新的 Wi-Fi 標準被制定，對應的速率從開始的 1Mb/s，到 54Mb/s，再到 600Mb/s，今天使用者的上網速率已經可以超過 1Gb...

第1章 Wi-Fi 技術概述
1.1 Wi-Fi 技術標準和演進
1.1.1 無線區域網傳輸技術
1.1.2 IEEE 關於 Wi-Fi 的標準演進
1.2 Wi-Fi 關鍵技術介紹
1.2.1 Wi-Fi 基本概念和原理
1.2.2 Wi-Fi 物理層技術
1.2.3 Wi-Fi 物理層標準
1.2.4 Wi-Fi MAC 層標準
1.2.5 Wi-Fi 的無線媒介連線原理
1.2.6 Wi-Fi 裝置的發現、連接和認證過程
1.2.7 Wi-Fi 省電模式管理機制
本章小結

第2章 Wi-Fi 6 技術的性能轉型
2.1 Wi-Fi 6 技術概述
2.1.1 傳統 Wi-Fi 技術上的侷限
2.1.2 Wi-Fi 6 標準的新變化與技術規格
2.2 Wi-Fi 6 主要的核心技術
2.2.1 核心技術概述
2.2.2 OFDMA 連線技術
2.2.3 多輸入多輸出技術
2.2.4 Wi-Fi 6 的低功耗技術
2.2.5 空間重複使用技術
2.2.6 多 BSSID 技術
2.2.7 非連續通道捆綁技術
2.3 Wi-Fi 6 物理層技術與標準更新
2.3.1 Wi-Fi 6 物理層技術的特點
2.3.2 Wi-Fi 6 新的 PPDU 幀格式
2.4 Wi-Fi 6 支援 6GHz 頻段的技術
2.4.1 6GHz 頻段的需求和定義
2.4.2 6GHz 頻段上的發現和連接過程
2.4.3 雙載波調變技術
本章小結

第3章 Wi-Fi 7 技術原理和創新
3.1 Wi-Fi 7 技術概述
3.1.1 Wi-Fi 7 技術特點
3.1.2 Wi-Fi 7 標準的演進
3.2 Wi-Fi 7 主要的核心技術
3.2.1 Wi-Fi 7 關鍵技術概述
3.2.2 Wi-Fi 7 新增的多鏈路裝置
3.2.3 Wi-Fi 7 多鏈路同傳技術
3.2.4 Wi-Fi 7 多鏈路下的發現、連接和認證過程
3.2.5 Wi-Fi 7 的多資源單位捆綁技術
3.2.6 Wi-Fi 7 的多使用者輸入輸出技術
3.2.7 Wi-Fi 7 支援低延遲業務的技術
3.2.8 Wi-Fi 7 增強點對點業務的技術
3.3 Wi-Fi 7 支援的應急通訊服務技術
3.4 Wi-Fi 7 物理層標準更新
3.5 Wi-Fi 7 技術的安全性
3.5.1 Wi-Fi 安全標準的演進和發展
3.5.2 Wi-Fi 網路安全的關鍵技術
3.5.3 Wi-Fi 的 WPA3 安全技術
3.5.4 Wi-Fi 7 的安全技術
3.6 支援 Wi-Fi 7 的 Mesh 網路技術
3.6.1 Wi-Fi EasyMesh 網路技術
3.6.2 Wi-Fi 7 下的 EasyMesh 網路技術
本章小結

第4章 Wi-Fi 7 產品開發和測試方法
4.1 Wi-Fi 7 產品開發概述
4.1.1 Wi-Fi 7 產品定義與規格
4.1.2 Wi-Fi 7 產品開發流程
4.2 Wi-Fi 7 AP 產品軟體開發
4.2.1 Wi-Fi 7 AP 產品的軟體架構
4.2.2 Wi-Fi 7 連接管理
4.2.3 Wi-Fi 7 資料轉發
4.2.4 Wi-Fi 7 性能最佳化
4.2.5 Wi-Fi 7 無線通道管理
4.2.6 Wi-Fi 7 EasyMesh 網路
4.2.7 Wi-Fi 7 網路管理
4.3 Wi-Fi 7 AP 產品測試
4.3.1 Wi-Fi 7 性能測試
4.3.2 Wi-Fi 7 關鍵技術測試
本章小結

第5章 Wi-Fi 行業聯盟對技術和產品的推動
5.1 Wi-Fi 聯盟在技術時代的成功
5.1.1 Wi-Fi 聯盟的測試認證方式
5.1.2 Wi-Fi 聯盟制定的測試認證規範
5.1.3 Wi-Fi 聯盟關於 QoS 管理的測試認證
5.2 無線寬頻聯盟在 Wi-Fi 行業中的助力
5.2.1 無線寬頻聯盟工作組和任務組
5.2.2 無線寬頻聯盟推動 Wi-Fi 感知技術發展
5.3 寬頻討論區對 Wi-Fi 管理的貢獻

第6章 Wi-Fi 7 技術應用和體驗升級
6.1 居家辦公學習和娛樂的新體驗
6.1.1 AR/VR 使用者體驗與 Wi-Fi 技術發展
6.1.2 Wi-Fi 7 技術支援超高畫質視訊業務
6.1.3 升級家庭 Wi-Fi 技術和改進體驗
6.2 Wi-Fi 7 在行業中的應用
6.2.1 學校多媒體教室的 Wi-Fi 應用
6.2.2 體育館高密度連接下的 Wi-Fi 部署
6.2.3 飯店公寓的 Wi-Fi 應用場景
6.2.4 企業辦公的 Wi-Fi 應用場景

第7章 Wi-Fi 7 與行動5G 技術的融合
7.1 Wi-Fi 7 與 5G 技術的比較
7.2 Wi-Fi 連線網路與行動 5G 的不斷融合
7.2.1 融合標準演進和 Wi-Fi 技術支援
7.2.2 支援網路融合的 5G 網路切片
7.3 Wi-Fi 與行動 5G 技術融合的應用場景
7.3.1 5G 與 Wi-Fi 連線網路融合的場景類型
7.3.2 5G 與 Wi-Fi 連線網路融合的範例
7.3.3 5G 與 Wi-Fi 連線網路融合的演進方向

第8章 Wi-Fi 技術發展的展望
8.1 超高寬頻網路的開啟
8.2 展望新一代 Wi-Fi 關鍵技術
8.3 結語

附錄A 術語表

第1章 Wi-Fi 技術概述
1.1 Wi-Fi 技術標準和演進
1.1.1 無線區域網傳輸技術
1.1.2 IEEE 關於 Wi-Fi 的標準演進
1.2 Wi-Fi 關鍵技術介紹
1.2.1 Wi-Fi 基本概念和原理
1.2.2 Wi-Fi 物理層技術
1.2.3 Wi-Fi 物理層標準
1.2.4 Wi-Fi MAC 層標準
1.2.5 Wi-Fi 的無線媒介連線原理
1.2.6 Wi-Fi 裝置的發現、連接和認證過程
1.2.7 Wi-Fi 省電模式管理機制
本章小結

第2章 Wi-Fi 6 技術的性能轉型
2.1 Wi-Fi 6 技術概述
2.1.1 傳統 Wi-Fi 技術上的侷限
2.1.2 Wi-Fi 6 標準的新變化與技術規格
2.2 Wi-Fi 6 主要的核心技術
2.2.1...