來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，謝謝

編輯：感知芯視界 Link

最近，WiFi 7終于開(kāi)始認(rèn)證了，這也讓W(xué)iFi 8提上了日程。那么，Wi-Fi 8 會(huì)是什么？在新興應(yīng)用嚴(yán)格要求的推動(dòng)下，下一代 Wi-Fi 將優(yōu)先考慮超高可靠性 (UHR：Ultra High Reliability)。

在本文中，我們探討了 IEEE 8021.1 bn UHR 的發(fā)展歷程，該修正案將構(gòu)成 Wi-Fi 8 的基礎(chǔ)。我們首先提出新的用例，要求進(jìn)一步發(fā)展 Wi-Fi 以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化、認(rèn)證和頻譜分配工作。然后，我們根據(jù) UHR 研究小組的成果介紹了 Wi-Fi 8 設(shè)想的一系列主要顛覆性功能及其相關(guān)的研究挑戰(zhàn)。其中，我們重點(diǎn)關(guān)注多接入點(diǎn)協(xié)調(diào)（multi access point coordination），并證明它可以建立在 802.11be 多鏈路操作的基礎(chǔ)上，使 UHR 在 Wi-Fi 8 中成為現(xiàn)實(shí)。

簡(jiǎn)介

您無(wú)需精通技術(shù)即可了解 Wi-Fi。Wi-Fi 技術(shù)的設(shè)備數(shù)量是人口數(shù)量的兩倍，承載著全球三分之二的移動(dòng)流量，支撐著我們的數(shù)字經(jīng)濟(jì)。從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和安全的角度來(lái)看，這一代人不會(huì)輕易忘記，在沒(méi)有 Wi-Fi 的情況下經(jīng)歷新冠疫情封鎖意味著什么。即使現(xiàn)在再次可以外出旅行，我們中的許多人在抵達(dá)后第一件事就是獲取 Wi-Fi 密碼，因?yàn)檫@通常是訂餐和向家里發(fā)送新聞的方式。

自上世紀(jì)九十年代末推出以來(lái)，Wi-Fi 已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。欣賞該技術(shù)改進(jìn)的最簡(jiǎn)單方法是閱讀商用 Wi-Fi 接入點(diǎn) (AP：access point) 盒上的峰值數(shù)據(jù)速率規(guī)格。這些速率在兩年半的時(shí)間里增長(zhǎng)了大約四個(gè)數(shù)量級(jí)，從最初 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的僅僅 1 Mbps 到最新 802.11be 產(chǎn)品（別名 Wi Fi 7）的近 30 Gbps。早在 2024 年，這一巨大飛躍讓 Wi-Fi 超越了電子郵件和網(wǎng)頁(yè)瀏覽，逐漸征服了擁擠的聯(lián)合辦公空間、機(jī)場(chǎng)，甚至贏得了許多父母的心，他們現(xiàn)在可以與孩子進(jìn)行視頻通話(huà)，而無(wú)需擔(dān)心電話(huà)費(fèi)。但我們中有多少人至少抱怨過(guò)一次 Wi-Fi 在我們最需要的時(shí)候卻無(wú)法使用呢？對(duì)于任何旨在負(fù)擔(dān)得起、普及且在免許可頻段運(yùn)行、受到不受控制干擾的技術(shù)來(lái)說(shuō)，不可靠性將是其致命弱點(diǎn)，Wi-Fi 也不例外。

雖然只需要耐心來(lái)處理緩沖視頻或在語(yǔ)音通話(huà)中重復(fù)我們的最后一句話(huà)，但新用戶(hù)（機(jī)器）將無(wú)法容忍缺乏 Wi-Fi 可靠性。在未來(lái)的制造環(huán)境中，機(jī)器人、傳感器和工業(yè)機(jī)械之間的 Gbps 通信將在數(shù)據(jù)傳輸和最大延遲方面要求至少三個(gè)（但有時(shí)更多）“9”的可靠性。請(qǐng)放心，對(duì)于涉及人類(lèi)的用例，這些要求不會(huì)變得更寬松。我們中的許多人甚至可能不想考慮在不可靠的 Wi-Fi 連接下進(jìn)行機(jī)器人輔助手術(shù)。但即使只是對(duì)于全息通信（即將到來(lái)的 Metaverse 的關(guān)鍵組成部分），僅 0.01% 的數(shù)據(jù)包經(jīng)歷的過(guò)度延遲也可能會(huì)引發(fā)惡心和用戶(hù)痛苦。隨著工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字孿生和遠(yuǎn)程呈現(xiàn)的發(fā)展，下一代 Wi-Fi 勢(shì)必會(huì)走出舒適區(qū)，將可靠性作為首要任務(wù)，從而承擔(dān)起更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

在本文中，我們踏上了邁向 802.11 bn超高可靠性 (UHR:Ultra High Reliability ) 的旅程，這一修正案將構(gòu)成 Wi-Fi 8 的基礎(chǔ)。在介紹了推動(dòng) Wi-Fi 進(jìn)一步發(fā)展的新興應(yīng)用之后，我們審查當(dāng)前在標(biāo)準(zhǔn)化、認(rèn)證和頻譜分配方面的活動(dòng)，并提供 UHR 研究組主要成果的摘要。隨著研究社區(qū)轉(zhuǎn)向瞄準(zhǔn)新的用例和要求，我們介紹了 Wi-Fi 8 可能帶來(lái)的一些新功能及其相關(guān)的研究挑戰(zhàn)。在這些功能中，我們強(qiáng)調(diào)多 AP 協(xié)調(diào)框架(multi-AP coordination framework)是 Wi-Fi 游戲規(guī)則的改變者，可提高頻譜利用效率并接近性能決定論。我們還展示了新穎的結(jié)果，展示了如何在 802.11be 多鏈路操作 (MLO:multi-link operation ) 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)此類(lèi)顛覆性增強(qiáng)功能，以最大限度地發(fā)揮其影響，使 Wi-Fi 8 及其超可靠性目標(biāo)更進(jìn)一步。

新興用例推動(dòng)新穎的標(biāo)準(zhǔn)化工作

隨著 Wi-Fi 的不斷發(fā)展，新的用例和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，它們不僅需要 Wi-Fi 7 所目標(biāo)的更高的吞吐量和更少的延遲，而且還需要更高的可靠性。在本節(jié)中，我們將探討 Wi-Fi 8 的一些新興用例，以及影響其發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化和監(jiān)管活動(dòng)。

新興應(yīng)用和用例

預(yù)計(jì) 2030 年及以后室內(nèi)連接的關(guān)鍵用例包括以下內(nèi)容：

沉浸式通信：從增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí) (AR/VR) 眼鏡轉(zhuǎn)向全息遠(yuǎn)程呈現(xiàn);

用于制造的數(shù)字孿生：在復(fù)雜系統(tǒng)或環(huán)境的數(shù)字表示與其現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng)物之間建立虛擬連接;

全民電子醫(yī)療：在缺乏醫(yī)生和基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)提供遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù);

協(xié)作移動(dòng)機(jī)器人：需要確定性通信來(lái)處理關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)控制信息;

表 I 量化了上述用例的性能要求。為了滿(mǎn)足這些延遲和可靠性要求，Wi-Fi 正在考慮進(jìn)行范式轉(zhuǎn)變，引入更多的性能確定性。這不是一件容易的事，因?yàn)榕c在許可頻段運(yùn)行的 5G 等 3GPP 技術(shù)不同，Wi-Fi 在非許可頻段運(yùn)行，容易受到信道訪問(wèn)爭(zhēng)用和不受控制的干擾。為了應(yīng)對(duì)未授權(quán)頻譜中的不協(xié)調(diào)使用，而不是優(yōu)先考慮確定性，Wi-Fi 的介質(zhì)訪問(wèn)控制 (MAC:medium access control) 最初是根據(jù)具有沖突避免功能的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn) (CSMA/CA:carrier sense multiple access with collision avoidance) 設(shè)計(jì)的。Wi-Fi 8 繼承了這一傳統(tǒng)，旨在通過(guò)協(xié)調(diào)和更有效地利用可用頻譜來(lái)追求確定性。

新的標(biāo)準(zhǔn)化工作

IEEE 802.11 實(shí)時(shí)應(yīng)用 (RTA：Real Time Applications) 主題興趣小組 (TIG:Topic Interest Group)：早在 2019 年，RTA-TIG 就提供了一系列建議和指南，以支持未來(lái) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的低延遲和可靠性。這些建議已在 Wi-Fi 7 開(kāi)發(fā)（例如 MLO）中得到考慮，但它們也影響著 Wi-Fi 8 的可靠性工作，例如通過(guò)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN:time-sensitive networking) 集成。

IEEE 802.11 AI/ML 主題興趣小組 (TIG)：成立的目的是探索人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 直接在 Wi-Fi 協(xié)議中的應(yīng)用。其目的是討論相關(guān)用例，以及基于現(xiàn)有機(jī)制和預(yù)期實(shí)施工作的技術(shù)可行性。其中包括使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)信息 (CSI:channel state information) 反饋壓縮、AI/ML 輔助的增強(qiáng)型漫游、基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的信道訪問(wèn)以及 AI/ML 驅(qū)動(dòng)的增強(qiáng)型多 AP 協(xié)調(diào)方案。

IEEE 802.11 集成毫米波研究組 (IMMW SG：Integrated mmWave Study Group)：為了確保 Wi-Fi 的長(zhǎng)期發(fā)展，下一代高端設(shè)備也有可能在所有三個(gè) 7 GHz 以下頻段以及毫米波領(lǐng)域運(yùn)行。事實(shí)上，人們?cè)絹?lái)越有興趣更好地利用幾乎全球范圍內(nèi)的 60 GHz 頻段中高達(dá) 14 GHz 的免許可頻譜或中國(guó) 45 GHz 頻段中的 5.5 GHz 頻譜。60 GHz 頻段目前由多種現(xiàn)有技術(shù)使用，例如衛(wèi)星、射電天文學(xué)和 IEEE 802.11ad/ay (WiGig)。然而，WiGig 的市場(chǎng)采用僅限于利基應(yīng)用，監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)考慮將 60 GHz 頻段重新用于其他需要帶寬的技術(shù)，例如 5G 和 6G。在此背景下，經(jīng)過(guò)關(guān)于擴(kuò)展 UHR 范圍的初步討論，決定創(chuàng)建一個(gè)專(zhuān)用的 IMMW SG，為開(kāi)發(fā)新的 802.11 修正案奠定基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有 Wi-Fi 7 和未來(lái)的 PHY/MAC 功能適用于 7 GHz 以下頻段的 Wi-Fi 8 無(wú)線(xiàn)電接口，包括信道化（channelization）和多鏈路框架（multi-link framework），用于動(dòng)態(tài)操作額外的毫米波鏈路。

IEEE 8021.1bn UHR：圖 1 總結(jié)了 IEEE 正在進(jìn)行的 8021.1bn 標(biāo)準(zhǔn)化工作（底部）以及即將完成的 802.11be 修正案（頂部）及其綜合主要功能。UHR 研究組 (SG：Study Group) 成立于 2022 年 7 月，旨在討論并制定新的項(xiàng)目授權(quán)請(qǐng)求 (PAR：Project Authorization Request)，定義 802.11be 之外需要考慮的一組目標(biāo)、頻段和技術(shù)。由此產(chǎn)生的UHR任務(wù)組（TG：Task Group）于2023年11月成立，傳統(tǒng)的單一版本標(biāo)準(zhǔn)化周期將持續(xù)到2028年。這項(xiàng)活動(dòng)將定義未來(lái)Wi-Fi 8產(chǎn)品的協(xié)議功能，主要集中在以下這些方面相對(duì)于 802.11be 進(jìn)行改進(jìn)：

根據(jù) MAC 數(shù)據(jù)服務(wù) AP 的測(cè)量，吞吐量增加了 25%；

即使在具有移動(dòng)性和重疊基本服務(wù)集 (OBSS：overlapping basic service sets ) 的場(chǎng)景中，也可將第 95 個(gè)百分點(diǎn)的延遲減少 25%，并將 MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU：MAC Protocol Data Unit) 丟失減少 25%；

改進(jìn)AP的省電機(jī)制并增強(qiáng)直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換；

正在研究影響未經(jīng)許可頻譜可靠性的三個(gè)主要關(guān)鍵方面：無(wú)縫連接（seamless connectivity）、確定性（determinism）和受控的最壞情況延遲（ controlled worst-case delay）。圖 2 描述了每種方法的示例，并在接下來(lái)的三個(gè)部分中分別討論了它們的主要機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

通過(guò)分布式MLO實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接

IEEE 802.11be 中引入的多鏈路架構(gòu)提供了高度的靈活性，在上層（多鏈路層）和下層（鏈路層）MAC 功能之間呈現(xiàn)出清晰的劃分，并且可以使用多鏈路設(shè)備 (MLD：multi-link device) 被視為控制兩個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng) AP（或 STA）的實(shí)體，每個(gè) AP 在單個(gè)鏈路上運(yùn)行并位于同一硬件上。這種多鏈路框架已經(jīng)允許多鏈路站以最小的信令開(kāi)銷(xiāo)和延遲來(lái)切換鏈路，隱式地在同一MLD實(shí)體的控制下實(shí)現(xiàn)AP之間的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，從而允許先通后斷路徑切換。

機(jī)會(huì)：為了改善移動(dòng)性支持，Wi-Fi 不可靠的主要來(lái)源之一，802.11bn有可能將剛剛描述的多鏈路架構(gòu)擴(kuò)展到分布式框架，其中同一 MLD 實(shí)體控制下的 AP 不必要的必須位于相同的物理硬件上。這種方法創(chuàng)建了一個(gè)分布式虛擬單元，通過(guò)從不同的分布式 AP 同時(shí)激活多個(gè)鏈路，可以無(wú)縫地處理設(shè)備的移動(dòng)性，從而確保游牧設(shè)備始終連接到至少一個(gè)鏈路，有效地將本地漫游支持嵌入到802.11bn用戶(hù)中，并顯著提高了連接的可靠性。

技術(shù)挑戰(zhàn)：要在802.11bn中實(shí)現(xiàn)分布式多鏈路操作，需要解決幾個(gè)關(guān)鍵方面：首先，分布式MLO方法需要在同一控制多鏈路實(shí)例下不同分布式AP之間的協(xié)調(diào)和通信；此外，考慮到當(dāng)前的 802.11be 規(guī)范僅保證同一物理設(shè)備內(nèi)激活的鏈路具有不同的標(biāo)識(shí)符，不同的鏈路將需要唯一的尋址。

可能的實(shí)現(xiàn)：不同分布式AP之間的協(xié)調(diào)可以按照不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種選擇是定義一個(gè)移動(dòng)域，其中 AP（無(wú)論是否位于同一位置）都可以隸屬于擴(kuò)展的 MLD 實(shí)體；另一種可能的選擇是考慮一種新穎的總體邏輯實(shí)體，該實(shí)體將在位于兩個(gè)或多個(gè) 802.11be AP MLD 中的鏈路之間提供無(wú)縫漫游；此外，802.11bn分布式MLD架構(gòu)應(yīng)在協(xié)調(diào)實(shí)體（例如MLD上層MAC）和協(xié)調(diào)AP（例如MLD下層MAC）之間定義新穎、可靠且足夠通用的接口，以允許使用有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)通信要確保不同供應(yīng)商提供的實(shí)現(xiàn)之間的互操作性。

通過(guò)PHY和MAC增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)確定性

考慮流量特征（traffic characteristics）對(duì)于設(shè)計(jì)低延遲機(jī)制至關(guān)重要。雖然希望通過(guò)利用現(xiàn)有解決方案以可預(yù)測(cè)的到達(dá)模式來(lái)處理流量，但在適應(yīng)意外的、事件驅(qū)動(dòng)的、時(shí)間敏感的流量時(shí)，挑戰(zhàn)會(huì)加劇。

機(jī)會(huì)：當(dāng)意外的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包到達(dá)設(shè)備時(shí)，可能會(huì)遇到兩個(gè)主要的延遲來(lái)源：另一個(gè)正在進(jìn)行的傳輸?shù)氖Ｓ鄷r(shí)間以及其自身傳輸?shù)暮罄m(xù)信道爭(zhēng)用過(guò)程。IEEE 8021.1bn 可以通過(guò)以下方式解決這兩方面問(wèn)題：(i) 使用附加優(yōu)先級(jí)類(lèi)別和相關(guān)信道接入?yún)?shù)擴(kuò)展增強(qiáng)型分布式信道接入 (EDCA：enhanced distributed channel access )，例如backoff;；(ii) 通過(guò)引入資源單元（RU：resource unit）預(yù)留和啟用搶占來(lái)擴(kuò)展 OFDMA 實(shí)施；(iii)當(dāng)主信道被其他傳輸占用時(shí)，利用輔助信道中的信道接入機(jī)會(huì)。

提議的機(jī)制：針對(duì)后兩個(gè)機(jī)會(huì)，802.11bn正在考慮引入兩項(xiàng) MAC 增強(qiáng)功能：資源預(yù)留（Resource Reservation）和信道搶占（Channel Preemption ）可能會(huì)為所有傳輸中的低延遲流量預(yù)留較小的 RU。

與預(yù)填充（pre-padding）相結(jié)合，這將使節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)將傳入的低延遲數(shù)據(jù)包分配給保留的 RU 來(lái)及時(shí)提供服務(wù)。然而，為了避免所有傳輸中的 RU 浪費(fèi)，只要支持搶占，該 RU 也可以用于實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸（參見(jiàn)圖 2，第二個(gè)示例）。值得注意的是，這種方法不會(huì)強(qiáng)行改變接收器設(shè)計(jì)，但它確實(shí)需要設(shè)計(jì)多維 PPDU 幀。

然而，如果旨在傳輸時(shí)間敏感幀（time-sensitive frame）的設(shè)備不是傳輸機(jī)會(huì) (TXOP：the transmission opportunity) 持有者（holder），則有效的搶占機(jī)制（preemption mechanisms）必須利用傳輸?shù)?PPDU 之間的短幀間間隔（short interframe spaces）來(lái)?yè)屨夹诺溃?seize the channel）。

此外，輔助信道接入（SCA：Secondary Channel Access）可以通過(guò)消除對(duì)主信道的依賴(lài)并更好地僅利用空閑輔助信道上的傳輸機(jī)會(huì)來(lái)擴(kuò)展802.11be中的前導(dǎo)碼打孔功能（preamble puncturing functionalities）。SCA 的引入預(yù)計(jì)將在中高負(fù)載場(chǎng)景中帶來(lái)性能提升，而不會(huì)帶來(lái)過(guò)多的復(fù)雜性。

通過(guò)多AP協(xié)調(diào)控制最壞情況下的延遲

隨機(jī)接入過(guò)程（Random access procedures）使得在 Wi-Fi 中提供性能保證變得困難，這就是為什么在 802.11be 中引入 R-TWT，通過(guò)調(diào)度協(xié)調(diào)服務(wù)周期（scheduling coordinated service periods）來(lái)減少基本服務(wù)集 (BSS：basic service set ) 內(nèi)的爭(zhēng)用。然而，即使 AP 屬于同一管理域，BSS 間的交互仍然受到競(jìng)爭(zhēng)原則（contention principles）的約束，這使得最壞情況下的延遲難以預(yù)測(cè)。Wi-Fi 8 有望通過(guò)引入多 AP 協(xié)調(diào)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題（ MAPC：multi AP coordination）以實(shí)現(xiàn)更高的可靠性并防止信道訪問(wèn)爭(zhēng)用，特別是在密集和重負(fù)載的環(huán)境中。

信道狀態(tài)信息獲?。–hannel state information acquisition）：多AP協(xié)調(diào)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于OBSS CSI，即估計(jì)非關(guān)聯(lián)相鄰設(shè)備的信道（on estimating the channel for non-associated neighboring devices）。某個(gè)BSS AP可以通過(guò)指示OBSS中STA和AP的ID的觸發(fā)幀（trigger frame）來(lái)發(fā)起OBSS信道探測(cè)過(guò)程。OBSS AP 隨后傳輸用于探測(cè)的控制幀（control frames，例如 NDPA 和 NDP）。然后OBSS STA通過(guò)將測(cè)量的信道信息反饋給BSS AP和OBSS AP來(lái)做出響應(yīng)。該過(guò)程可以執(zhí)行多次以從多個(gè)OBSS獲取信道狀態(tài)信息。

利用此類(lèi)信息對(duì)于管理頻率資源、調(diào)整發(fā)射功率或設(shè)計(jì)特定的波束成形方法以避免 OBSS 干擾至關(guān)重要。如下文所述，每種不同的 AP 協(xié)調(diào)方案可能需要不同數(shù)量的信道狀態(tài)信息（例如，整體信號(hào)強(qiáng)度與每個(gè)天線(xiàn)的小規(guī)模衰落估計(jì)），并且周期非常不同。由于產(chǎn)生的管理費(fèi)用可能會(huì)抵消性能增益，因此有效的 CSI 獲取對(duì)于其中一些方案將成為WiFi 8至關(guān)重要的一部分。

協(xié)議升級(jí)（Protocol upgrades）：新的幀（New frames）對(duì)于發(fā)現(xiàn)和管理multi-AP組、在 AP 之間共享信道和緩沖區(qū)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及觸發(fā)協(xié)調(diào)的多 AP 傳輸以最大限度地減少 BSS 間沖突并實(shí)現(xiàn)更高效和動(dòng)態(tài)的頻譜使用而言是必需的。Wi-Fi 8 中的 AP 協(xié)調(diào)方案預(yù)計(jì)將利用無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)信號(hào)。這些方案的范圍從基本到高級(jí)，具體取決于接入點(diǎn)之間必須交換的數(shù)據(jù)量及其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。雖然標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)定協(xié)調(diào)機(jī)制的哪些方面以及哪些方面將留待實(shí)施仍有待決定，但主要方案可能包括本節(jié)其余部分中描述的一些方案。

協(xié)調(diào) TDMA/OFDMA

這是分別利用時(shí)域和頻域的兩種基本方法。在C-TDMA中，TXOP被劃分為slots并且順序地分配給不同的AP。在C-OFDMA中，頻帶的不同部分被分配給不同的AP。

例如，利用 C-OFDMA，獲得 TXOP 的 AP 能夠與一組相鄰 AP 共享其頻率資源。目前正在討論要采用的最小資源單元，較小的單元 (20 MHz) 比較大的單元 (80 MHz) 提供更大的靈活性和調(diào)度增益，但也可能需要 PHY 格式更改。

一方面，C-OFDMA可以通過(guò)減少信道爭(zhēng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲降低。另一方面，共享AP面臨計(jì)算負(fù)擔(dān)和開(kāi)銷(xiāo)，因?yàn)樗仨毷紫日?qǐng)求相鄰AP報(bào)告其信道和緩沖區(qū)狀態(tài)，然后相應(yīng)地調(diào)度和分配資源。

協(xié)調(diào)的空間再利用

在協(xié)調(diào)空間復(fù)用 (C-SR：coordinated spatial reuse ) 中，AP 協(xié)同控制其發(fā)射功率，允許并發(fā)傳輸，從而提高總區(qū)域吞吐量。

機(jī)會(huì)：這種結(jié)合了合作的方法代表了對(duì)現(xiàn)在的 802.11ax 空間復(fù)用的升級(jí)，其中一個(gè) AP 以最大功率進(jìn)行傳輸，而所有其他 AP 必須相應(yīng)地降低其功率，有時(shí)降低到不能產(chǎn)生SINR（signal-to-interference plus-noise ratio）。相反，協(xié)調(diào) AP 之間的發(fā)射功率可以保證所有接收 STA 具有足夠的 SINR，并創(chuàng)造額外的空間復(fù)用（extra spatial reuse ）機(jī)會(huì)。此外，與 C-TDMA/OFDMA 不同的是，C-SR 允許在相同的時(shí)間/頻率資源上并行傳輸，從而有可能實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量并減少排隊(duì)延遲。

技術(shù)挑戰(zhàn)：C-SR 需要測(cè)量干擾鏈路的接收信號(hào)強(qiáng)度信息 (RSSIreceive signal strength information )，以便計(jì)算適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。然而，由于 RSSI 相對(duì)靜態(tài)，因此可以通過(guò)信標(biāo)測(cè)量來(lái)獲取此類(lèi)信息，僅產(chǎn)生有限的開(kāi)銷(xiāo)。在 RSSI（以及發(fā)射功率）的計(jì)算中考慮波束成形可能會(huì)產(chǎn)生更好的性能，但也會(huì)增加復(fù)雜性和開(kāi)銷(xiāo)。

可能的實(shí)現(xiàn)：在測(cè)量階段，共享 AP 可以請(qǐng)求 BSS 內(nèi)的 STA 測(cè)量并報(bào)告來(lái)自其他 AP 的 RSSI。一旦共享 AP 獲得對(duì) TXOP 的訪問(wèn)權(quán)限，它就會(huì)從其他 AP 收集信息，包括這些 AP 打算向哪些 STA 發(fā)送數(shù)據(jù)以及它們的目標(biāo) SINR。基于此知識(shí)，共享 AP 可以計(jì)算其他每個(gè) AP 的適當(dāng)發(fā)射功率。然后，該信息與共享 AP 的發(fā)射功率一起通過(guò)觸發(fā)幀進(jìn)行傳送，從而允許其他 AP 設(shè)置其最佳調(diào)制和編碼方案。

聯(lián)合傳輸

聯(lián)合傳輸 (JT：Joint transmission) 是一種先進(jìn)的方法，也稱(chēng)為分布式 MIMO，它利用空間域并涉及非共址 AP，這些 AP 聯(lián)合向/從多個(gè) STA 發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。

機(jī)會(huì)：值得注意的是，JT 將鄰近的接入點(diǎn)從潛在的干擾者轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)器。這種方法有可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低延遲，因?yàn)榭梢栽诓粻奚臻g流數(shù)量的情況下抑制干擾。

技術(shù)挑戰(zhàn)：JT 的成功可能取決于設(shè)計(jì)新的分布式 CSMA/CA 協(xié)議并確保協(xié)作 AP 之間在時(shí)間、頻率和相位上的緊密同步。而且，該功能要求所有涉及的AP共享要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。為了限制隨之而來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)并防止排隊(duì)延遲不必要的增加，聯(lián)合傳輸可能需要帶外回程鏈路來(lái)連接 AP，例如 10 Gbps 以太網(wǎng)電纜。

可能的實(shí)現(xiàn)：某個(gè)AP（AP1）與另一個(gè)AP（AP2）交換協(xié)調(diào)請(qǐng)求/響應(yīng)，以決定是否應(yīng)該開(kāi)始協(xié)調(diào)以及聯(lián)合發(fā)送哪些數(shù)據(jù)包。然后，AP1 例如通過(guò)有線(xiàn)回程向 AP2 發(fā)送協(xié)調(diào)集以開(kāi)始數(shù)據(jù)共享。一旦數(shù)據(jù)共享完成，AP1向AP2發(fā)送協(xié)調(diào)觸發(fā)以開(kāi)始協(xié)調(diào)傳輸，最后兩個(gè)AP都收到來(lái)自接收STA的塊確認(rèn)。限制數(shù)據(jù)共享帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)的可能解決方案可以是：(i) 盡可能提前完成數(shù)據(jù)共享，而不是在傳輸之前；(ii)在有線(xiàn)數(shù)據(jù)共享期間向其他STA進(jìn)行無(wú)線(xiàn)分組傳輸以提高效率。

協(xié)調(diào)波束形成

協(xié)調(diào)波束成形 (CBF：Coordinated Beamforming) 也利用空間域，是一種協(xié)作 AP 抑制傳入 OBSS 干擾的方法（參見(jiàn)圖 2，第三個(gè)示例）。

機(jī)會(huì)：借助 CBF，下一代多天線(xiàn) AP 不僅可以利用其空間自由度（spatial degrees of freedom）來(lái)復(fù)用其自己的 STA，還可以將輻射零點(diǎn)（radiation nulls）置于鄰近非關(guān)聯(lián) STA 的位置。這種方法使 AP 及其相鄰 STA 相互不可見(jiàn)，從而避免了信道訪問(wèn)爭(zhēng)用，允許以全功率進(jìn)行傳輸，并可能作為副產(chǎn)品改善最壞情況下的延遲。

技術(shù)挑戰(zhàn)：與 JT 不同，CBF 不需要聯(lián)合數(shù)據(jù)處理，因?yàn)槊總€(gè) STA 向/從單個(gè) AP 發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，因此不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)共享開(kāi)銷(xiāo)并消除帶外回程需求（band backhauling needs）。然而，在定義 CSI 獲取框架時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮開(kāi)銷(xiāo)的影響。隨著天線(xiàn)陣列規(guī)模的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)，802.11bn 應(yīng)該比較更準(zhǔn)確的顯式程序（自然會(huì)帶來(lái)更高的開(kāi)銷(xiāo)）與以犧牲準(zhǔn)確性為代價(jià)的隱式程序的好處以減少開(kāi)銷(xiāo)。此外，由于空間自由度受到天線(xiàn)陣列大小的限制，因此應(yīng)在承載數(shù)據(jù)的空間流、波束成形增益和調(diào)零精度之間找到適當(dāng)?shù)臋?quán)衡，以及在每個(gè)新創(chuàng)建的空間復(fù)用機(jī)會(huì)期間進(jìn)行機(jī)會(huì)性用戶(hù)調(diào)度 。

可能的實(shí)施：CBF 可能需要設(shè)計(jì)以下關(guān)鍵階段：

兩個(gè)或多個(gè)協(xié)作AP 之間的控制幀交換，用于建立和維護(hù)協(xié)調(diào)集。

CSI 獲取階段，用于AP 與OBSS STA 通信并配置空間域干擾抑制。后者修改了用于空間復(fù)用的傳統(tǒng)濾波器，例如迫零 (ZF：zero forcing) 或最小均方誤差 (MMSE：minimum mean square error) 預(yù)編碼器，通過(guò)在特定信道方向上施加零值（旨在針對(duì)某個(gè) STA 實(shí)現(xiàn)完全零值）或子空間（ 旨在對(duì)多個(gè) STA 進(jìn)行部分歸零）。

基于動(dòng)態(tài)零點(diǎn)引導(dǎo)的空間復(fù)用的框架，其中donor AP通過(guò)傳達(dá)其所服務(wù)的STA和對(duì)應(yīng)的干擾抑制條件來(lái)向OBSS AP授予傳輸機(jī)會(huì)，即OBSS AP向所服務(wù)的STA放置零點(diǎn)的義務(wù) 由donor AP提供。

雖然 CBF 的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性低于 JT，但它可以避免信道爭(zhēng)用，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以大幅減少最壞情況下的延遲。盡管CBF的潛力最近已在單鏈路操作中得到證明，但在下文中，我們對(duì)CBF與MLO配對(duì)時(shí)出現(xiàn)的性能權(quán)衡進(jìn)行了初步評(píng)估，正如802.11bn中所設(shè)想的那樣。

案例研究：WI-FI 8的超高可靠性

為了評(píng)估 MAPC（特別是 CBF）帶來(lái)的潛在優(yōu)勢(shì)，我們考慮采用最先進(jìn)的支持 Wi-Fi 7 MLO 的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)重疊的 BSS 組成，類(lèi)似于圖 2 中最右側(cè)的場(chǎng)景。每個(gè) BSS 包括一個(gè)配備有四個(gè)天線(xiàn)的 AP 和一個(gè)配備有兩個(gè)天線(xiàn)的關(guān)聯(lián) STA。兩個(gè) BSS 支持多無(wú)線(xiàn)電 MLO (EMLMR)，在 6 GHz 頻段中的相同兩條 160 MHz 鏈路上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn) CBF。每個(gè) AP 向其各自的 STA 發(fā)送兩個(gè)空間流，并在啟用 CBF 時(shí)使用其剩余的兩個(gè)空間自由度創(chuàng)建朝向其他 BSS 的輻射零點(diǎn)。每個(gè)接入點(diǎn)上的 2 Gbps 流量流處于活動(dòng)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于每秒 120 幀的全息視頻流，每個(gè)開(kāi)/關(guān)活動(dòng)周期為 4.15 毫秒。所有延遲值僅指 AP-STA 延遲，未實(shí)現(xiàn)其他 Wi-Fi 7 和潛在的 Wi-Fi 8 功能來(lái)隔離和突出 CBF 提供的增益。我們使用可變開(kāi)銷(xiāo)（variable overheads）和歸零精度（nulling accuracy）來(lái)評(píng)估 CBF 性能，以對(duì) CSI 獲取信令及其老化的影響進(jìn)行建模。采用與本文相同的模擬器，生成的數(shù)據(jù)包數(shù)量超過(guò)1650萬(wàn)，表 II 報(bào)告了全套模擬參數(shù)。

如圖 3 所示，與獨(dú)立 MLO（頂部）相比，將 MLO 與 CBF（底部）結(jié)合使用可以創(chuàng)造額外的重用機(jī)會(huì)并減少延遲。然而，CBF 可實(shí)現(xiàn)的性能與零點(diǎn)放置（null placement）的準(zhǔn)確性有關(guān)。圖 4 展示了當(dāng)干擾抑制精度從 10 dB 增加到 30 dB（不同顏色）以及 CSI 采集開(kāi)銷(xiāo)從 0（不透明）增加時(shí)，將 MLO 與 CBF 相結(jié)合獲得的中值、99%-tile 和 99.9999%-tile 延遲值。) 至 1 ms（半透明）和 2 ms（透明）。

為了進(jìn)行比較，還顯示了獨(dú)立 MLO 的相應(yīng)性能。結(jié)果表明，當(dāng)節(jié)點(diǎn)與獨(dú)立 MLO 競(jìng)爭(zhēng)介質(zhì)時(shí)，99.9999% 的延遲超過(guò) 100 ms。當(dāng)以?xún)H 10 dB 的零精度將 MLO 與 CBF 組合時(shí)，這種性能會(huì)惡化，因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的干擾增加以及調(diào)制和編碼方案 (MCS：modulation and coding scheme) 降級(jí)（低至 16-QAM 3/4）抵消了更高空間復(fù)用的好處 。

然而，當(dāng)零精度（null accuracy）增加到 20 dB 及以上時(shí)，趨勢(shì)會(huì)逆轉(zhuǎn)，因?yàn)樗a(chǎn)生的 MCS 減少足以通過(guò)缺乏競(jìng)爭(zhēng)來(lái)補(bǔ)償。30 dB 或更高的精度可實(shí)現(xiàn)最高的 MCS (4096-QAM 5/6)，并將 99.9999%-tile 延遲降低近一個(gè)數(shù)量級(jí)。該圖還表明 1 ms 和 2 ms 的 CSI 獲取開(kāi)銷(xiāo)幾乎可以超過(guò) 20 dB 的 CBF 調(diào)零能力（nulling capability）。

所呈現(xiàn)的結(jié)果表明，即使使用 4096-QAM 和 MLO 等 Wi-Fi 7 功能，在所有鏈路都表現(xiàn)出高競(jìng)爭(zhēng)級(jí)別的密集場(chǎng)景中，滿(mǎn)足低延遲要求和超高可靠性也可能具有挑戰(zhàn)性。CBF 可以解決這個(gè)問(wèn)題，并幫助 Wi-Fi 8 應(yīng)對(duì)需要可靠的高吞吐量和低延遲的用例，例如未來(lái)的沉浸式全息通信。

結(jié)論

在本文中，我們討論了 Wi-Fi 社區(qū)為何以及如何押注802.11bn的超高可靠性。我們首先概述了即將推出的用例，并分享了標(biāo)準(zhǔn)化、認(rèn)證和頻譜監(jiān)管的最新動(dòng)態(tài)。然后，我們探討了 Wi-Fi 8 可能帶來(lái)的顛覆性創(chuàng)新，以滿(mǎn)足以前在免授權(quán)頻譜中無(wú)法滿(mǎn)足的新要求。我們進(jìn)一步提出了一種新穎的系統(tǒng)級(jí)研究，展示了 Wi-Fi 8 如何通過(guò)多鏈路操作和空間域多 AP 協(xié)調(diào)的聯(lián)合互通實(shí)現(xiàn)超高可靠性。

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審核編輯 黃宇