【短距离通信】【WiFi】WiFi7关键技术之4096-QAM、MRU
目录
3. 4096-QAM
3.1 4096-QAM
3.2 QAM 的阶数越高越好吗？
4. MRU
4.1 OFDMA 和 RU
4.2 MRU 资源分配
3. 4096-QAM
摘要
本章主要介绍了Wi-Fi 7引入的4096-QAM对数据传输速率的提升。
3.1 4096-QAM
对速率的提升 Wi-Fi 标准一直致力于提升数据传输速率，一种思路是提升单位符号（Symbol）携带 数据的能力。如图 3-1 所示，如果我们把承载数据的符号比作车，把携带的数据比作 待运输的货物。原本一辆车只能携带 8bit 数据，如果能增加携带数据量，那么同样 的一辆车，比原先携带的内容多了，数据传输速率自然快了。
图3-1 不同协议下的QAM 携带数据量
在 Wi-Fi 标准中，提升单位符号携带数据的能力就是提高 QAM 的阶数。如图 3-2 所 示，Wi-Fi 5 采用的 256-QAM 正交幅度调制，每个符号传输 8bit 数据，Wi-Fi 6 采 用 1024-QAM 正交幅度调制，每个符号位传输 10bit 数据，而 Wi-Fi 7 将会采 4096- QAM 正交幅度调制，每个符号位传输 12bit 数据。 从 8bit 到 10bit 再到 12bit，就单条空间流数据吞吐量而言，Wi-Fi 6 较 Wi-Fi 5 提高 了 25%，Wi-Fi 7 较 Wi-Fi 6 提高了 20%。
图3-2 Wi-Fi 5、Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 7 的QAM 星座图
3.2 QAM 的阶数越高越好吗？
需要注意的是，QAM 的阶数并非越高越好。因为发送一个符号所用的载波频宽是固 定的，发送时长也是一定的，阶数越高意味着两个符号之间差异就越小。这不仅对收 发两方的器件要求很高，而且对环境的要求也很高。 如果环境很嘈杂（SNR 较小），则符号很容易因为命中星座图中相邻的其他点导致解 调错误。这就意味着，如果环境过于恶劣，终端将无法使用高阶的 QAM 模式通信， 只能使用较低阶次的调制模式。 举个日常生活中的例子，两个人对话，如果彼此讲话速度很快，这就要求周围环境不 能太吵，要是背景太嘈杂，显然也是听不清的。
4. MRU
摘要
本章主要介绍了Wi-Fi 7引入MRU的原因、MRU资源分配组合。
4.1 OFDMA 和 RU
在介绍 MRU 之前，我们需要先简单了解下什么是 RU，以及引入 RU 概念的 OFDMA。
什么是 OFDMA
为了实现多用户共享信道资源，从而提升了频谱利用率，从 Wi-Fi 6 开始引入了多用 户传输技术 OFDMA，这和 Wi-Fi 5 标准使用的 OFDM 很不一样。对 OFDM 而言， 在每个周期内，AP 与每个用户都是单点通信的，如果 AP 需要跟 3 个用户进行通 信，那就得 3 个周期。OFDM 下通信都是基于单用户的，即每次发送数据，不管用 户数据量大小，一个用户要占用整个信道。举个例子，大家可以把信道看成一辆送货的小车，如果用户的数据包很小，例如即时消息、浏览网页，数据包用不了整个信 道，那么小车是装不满的，剩下车厢空间就浪费了，如图 4-1 所示。
图4-1 OFDM 下的多用户传输
如何把这一部分闲置的空间利用起来呢？这就是 Wi-Fi 6 引入 OFDMA 的原因。 OFDMA 的做法是将信道划分成不同资源单元 RU（Resource Unit）。在发送数据 时，不同的用户只会占用某一个资源单元而非整个信道，这样就能实现一次向多个用 户发送数据，如图 4-2 所示。
图4-2 OFDMA 下的多用户传输
由于 OFDMA 则是点对多点通信的，一个周期就完成了 OFDM 在 3 个周期的通信， 效率自然就高了。
RU 和子载波
前文介绍了 OFDMA 的基本原理，其中提到了 RU。为了简化 OFDMA 的调度，WiFi 6 只定义了 7 种 RU 类型，分别是：26-tone RU、52-tone RU、106-tone RU、 242-tone RU、484-tone RU、996-tone RU 和 2x 996-tone RU。Wi-Fi 7 由于引入 了 320MHz 信道，则会多一种 RU 类型。不同信道带宽下，不同类型 RU 的数量如表 4-1 所示。如果将 320MHz 信道都划分成 26-tone 的 RU，那么理论上可同时跟 148 个终端同时通信。
表4-1 不同信道带宽下RU 的数量
其中，XX-tone RU 中，XX 代表该 RU 包含的子载波数量，例如 26-tone RU 代表着 该 RU 包含 26 个子载波。
这里提到了一个概念——子载波。大家都知道，无线信号是加载在某个固定频率上进 行传输的，这个频率被称为载波。802.11 标准中，对传输频率有更细化的划分，而 这些划分出的频率被称为子载波。以 20MHz 信道为例，从 Wi-Fi 6 标准开始，可划 分成的 RU 类型如图 4-3 所示。20MHz 信道被划分成 256 个子载波，子载波间隔从 Wi-Fi 5 的 312.5kHz 减小到 78.125kHz，其中用于数据传输的数据子载波（DataTones）数量为 234，也就是前文提到的有效子载波为 234。对 Wi-Fi 7 引入的 320MHz 信道带宽，子载波总数就是 4096，有效子载波为 4x 980。
图4-3 20MHz 信道带宽的 RU 划分
4.2 MRU 资源分配
实际使用的时候，Wi-Fi 6 的做法是将不同类型的 RU 分配给不同的用户。如图 4-4 所示，20MHz 信道可以分配给用户 1~6，用户 1 使用 106-tone RU，用户 2~6 使用 26-tone RU。
图4-4 多用户的RU 资源分配
但 Wi-Fi 6 标准下，同一个周期内一个用户仅可分配到 1 个 RU 资源。这样，必然有 部分 RU 资源被闲置，缺乏灵活性，如图 4-5 所示。Wi-Fi 7 突破了这一限制，Wi-Fi 7 引入了 MRU，允许单个用户同时占用多 RU，并且不同大小的 RU 之间可以进行组 合。
图4-5 Wi-Fi 5、Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 7 的对比
当然基于实现复杂度和频谱资源利用效率的均衡，这种组合也有一些限制，例如小型 RU（）只能与小型 RU 组合，大型 RU（≥20MHz）只能与大型 RU 组合， 如表 4-2 所示。
表4-2 MRU 分类表