Wi-Fi 8：開啟極高可靠性（UHR）連接的新紀元

英國作家狄更斯在《雙城記》的開頭寫道：“這是最好的時代，也是最壞的時代。”

這句話若套用在現今Wi-Fi 的市場現狀，何嘗不是驚人的相似？

怎么說呢？ Wi-Fi 從被發明至今已經經過了20 多年的迭代， 在2019 年，Wi-Fi 6 憑借著MU-MIMO、1024QAM、OFDMA 等“革命性創新”技術，大幅提升了Wi-Fi 本身的能效，讓Wi-Fi 6 在短短的3-4 年內成為Wi-Fi 技術的主流標準。2021 年，Wi-Fi 6E 橫空出世，憑借6 GHz 頻帶的獨特優勢，使Wi-Fi 正式邁入真三頻（Real Tri-Band）共存的通信技術時代。2024 年，科學家們再次憑借著4096QAM、Multi-Link Operation（MLO)、Multi-Resource Unit（MRU)、320 MHz Bandwidth等突破性創新技術，將Wi-Fi 的吞吐量與傳輸效率提升至前所未有的高度。然而Wi-Fi 的發展并未就此止步，它一直都在持續不斷地演進和進步。

據了解，市場上主流的Wi-Fi解決方案芯片廠商與制定Wi-Fi通信、測試規則與標準（Regulations）的機構已著手進行Wi-Fi 8相關技術功能的制定討論與研究。Wi-Fi 7的下一代自然就是Wi-Fi 8，正如市面上智能手機的命名邏輯一樣，Wi-Fi 8 順理成章地接續Wi-Fi 7。回歸正題，為何現在就開始啟動Wi-Fi 8的項目研究？原因在于，Wi-Fi 7 的技術已經正式落地，芯片與解決方案的提供商以及電信服務的運營商也已開始布局并逐漸完善Wi-Fi 7的生態系統。廠商們希望借此勢頭，延續Wi-Fi 6所帶來的成功，推動Wi-Fi 7 成為新一代Wi-Fi通信技術的主流！

然而，就筆者目前所觀察到的市場狀況而言，并未呈現出之前所描繪的樂觀態勢。正如文章開頭所述，當前對于Wi-Fi而言是一個頗為棘手的時期，因為Wi-Fi 7本身存在的一些問題，比如6 GHz 頻段并未在全球范圍內開放使用，Wi-Fi 7本身設備的制造與部署成本也高于Wi-Fi 6，還有Wi-Fi 7所帶來的“剛性需求”與“不可取代性”并不明顯，這導致我們在市場上看到的Wi-Fi 7的發展動力與速度并未達到Wi-Fi 6 曾經的強勁水平。盡管如此，對于Wi-Fi 而言，現在同樣也是一個充滿機遇的時代。得益于科技創新與自我調整的能力，“校正回歸”的速度也日益加快。因此，現在就對Wi-Fi 7持悲觀態度或許為時過早，而現在開始討論Wi-Fi 8 也并不會顯得太突兀。

首先，我們來回顧一下Wi-Fi 目前的市場規模。根據Wi-Fi Alliance 所發布的統計資料顯示（如圖1所示），截至2024 年，Wi-Fi 所貢獻的：

1.經濟產值為4.3 萬億美元

2.帶有Wi-Fi 功能的設備年度出貨為41 億臺

3.帶有Wi-Fi 功能的設備共累積出貨459 億臺

4.共有211 億臺Wi-Fi 設備正在運行使用

5.共出貨了2.69 億臺使用Wi-Fi 7 的設備

6.共出貨了8.07億臺支持6GHz 頻段的Wi-Fi 設備

7.共出貨了1.7億臺支持6GHz頻段的Wi-Fi 接入點（AP）

圖1 Wi-Fi的經濟規模與出貨量統計

（圖片來源https://www.wi-fi .org）

以下是對Wi-Fi 歷史演進的梳理過程。

表1呈現了Wi-Fi 技術的演變歷程及各代技術之間的差異，其中包含了對Wi-Fi 8 在IEEE規范中的正式標準文件名稱以及最高吞吐量的預估。在無線頻段方面，Wi-Fi 8將繼續沿用2.4 GHz、5 GHz 與6 GHz。關于標準正式發布的年份，業界目前預估為2028 年，但真正的標準制定完成日期仍需以IEEE 與Wi-Fi Alliance 工作小組的進度為準。

圖2展示了IEEE 正在進行的802.11bn（Wi-Fi 8）標準化工作的時間表。圖中提及的“UHR”是指UHRStudy Group（簡稱UHR SG) ，該小組成立于2022年7月，旨在討論關于UHR 項目授權請求（UHR Project Authorization Request）。在成立研究小組后，需要有一個工作小組（Task Group）來落實并執行相關的規范制定。UHR工作小組（簡稱TGbn）于2023 年11 月成立，將持續致力于推動802.11bn 的標準化進程，直至符合Wi-Fi 8標準且通過完整認證的產品問世。

表1 Wi-Fi技術的演進

圖2 IEEE 802.11be（Wi-Fi 7）與802.11bn（Wi-Fi 8）標準化工作的時間表

（圖片來源：arxiv.org）

回顧表1，我們可以清晰地看到，在Wi-Fi 的技術演進過程中，“吞吐量”是最直接且顯著改善的方面。而在表2，即IEEE 802.11 規范所定義的傳輸向量格式（Transmission Vector Format）中，可看到Wi-Fi 4、Wi-Fi 5、Wi-Fi 6 的傳輸向量格式名稱分別被命名為“高吞吐量模式”（HT; High Throughput）、“超高吞吐量模式”（VHT; Very High Throughput）以及“極高吞吐量模式”（EHT; Extreme High Throughput）。Wi-Fi 6 因為采用了OFDMA、MU-MIMO與TWT等技術，解決了Wi-Fi本身傳輸效率低與延遲的痛點，于是在定義傳輸向量格式名稱時特別取名為HE（HE，High Effi ciency）。而到了Wi-Fi 7，得益于4096QAM、320 MHz 帶寬等技術的加持，吞吐量再次得到了顯著提升，因此才被賦予了“極高吞吐量”（EHT，Extreme High Throughput）這一簡潔明了且易于理解的名稱。

在Wi-Fi 8階段，IEEE將802.11bn的傳輸向量格式的名稱定義為“極高可靠性模式”（Ultra High Reliability）。從這一名稱的字面意義來看，可以推斷出Wi-Fi 8所追求的目標已不再單純是更高的吞吐量、更大的傳輸帶寬（Bandwidth）或是更多“新的頻段”，因此4096QAM、320 MHz 帶寬與6 GHz 等技術會在Wi-Fi 8的規范中繼續沿用。

表2 IEEE 802.11規范所定義的傳輸向量格式

那么，Wi-Fi 8究竟蘊含了多少新的科技與創新理念？這些新技術與理念又能解決哪些問題呢？在開始探討Wi-Fi 8之前，讓我們先回顧一下Wi-Fi 7的兩項關鍵技術：多鏈路操作（MLO）與多資源單元（MRU）。

1   MLO（Multi-Link Operation，多鏈路操作）

多鏈路操作（MLO）技術的主要目標，是使Wi-Fi設備能夠通過利用不同的頻段（2.4 GHz / 5 GHz /6 GHz Bands）與頻道（Channels）同時進行數據的發送與接收，而且可以根據當前的網絡流量狀況與需求，靈活的進行負載均衡（load balance）或是數據聚合（Data Aggregation）。由于所有操作均可跨頻段與頻道進行，因此顯著提升了整個網絡系統的數據傳輸速度，并有效降低了多用戶同時在線傳輸時所產生的延遲問題。圖3展示了Wi-Fi 7 中MLO技術如何通過不同頻段實現同時傳輸的功能。

圖3 搭載MLO技術的Wi-Fi 7與Wi-Fi 6的對比

（圖片來源：MediaTek）

2   MRU（Multiple Resource Unit，多資源單元）

Wi-Fi 7 在基于正交頻分多址（OFDMA）的資源單元（RU）基礎上，提出了多資源單元（MRU）的概念。與Wi-Fi 6中的RU分配方式相比，Wi-Fi 7所提出的MRU具有顯著的不同。在Wi-Fi 6中，一個節點只能被分配一個RU，而且不能跨RU進行分配。而在Wi-Fi 7 中，一個節點可以被允許分配到多個RU，從而實現了更靈活的資源分配方式。

MRU的另一個優勢在于，它能夠降低干擾對可用頻道的影響，并進一步提升OFDMA的效率。前導碼打孔（Preamble Puncturing）技術在Wi-Fi 6中已被引入，而在Wi-Fi 7中，該技術結合MRU 的特性，使其工作機制變得更加靈活。在Wi-Fi 6 的架構下，執行前導碼打孔后，其RU 仍需通過OFDMA機制分配給“多個”用戶，這意味著在單一用戶的使用場景下，前導碼打孔無法發揮其優勢。然而通過MRU，執行前導碼打孔后的RU可以全部分配給一個用戶，并且即使在不連續的頻譜（non-continuous spectrum）環境下，也能夠執行前導碼打孔操作。

圖4展示了Wi-Fi 7中MRU的顯著效果，其能讓RU將信號干擾所導致的可用頻道損耗從75% 降低至25%。正因如此，相較于Wi-Fi 6 站點（Station），支持MRU功能的Wi-Fi 7站點（Station）在多用戶與高密度網絡環境下，能夠將信道帶寬的可用性提升3 倍之多。此外，MRU功能不僅提高了帶寬的可用性，還支持Wi-Fi 7 AP在多用戶同時傳輸的場景下顯著降低延遲。

圖4 MRU提升Wi-Fi站點信道帶寬的可用性

（圖片來源：MediaTek）

今年2月，臺灣無線通信解決方案供應商暨通訊芯片領軍企業聯發科技（MediaTek）發布了關于其Filogic?芯片與Wi-Fi 8相關技術的白皮書。該白皮書中提及了幾項創新技術，包括NPCA、IDC、HIP EDCA以及TXOP Preemption，旨在實現更穩定、更高效的Wi-Fi連接，以實現之前所提出的UHR SG 所追求的極高可靠性目標。讀者也可通過MediaTek 的Wi-Fi 8 Filogic ?白皮書，深入了解實現UHR 所需的關鍵技術。

在深入探討每項新技術背后的原理之前，首先來揭示這些技術可解決的問題以及它們為Wi-Fi 系統帶來的益處。表3列出了MediaTek Wi-Fi 8 Filogic?中用于提升傳輸效率并改善延遲的關鍵技術。

表3 MediaTek Wi-Fi 8 Filogic ?提升傳輸效率與改善延遲的關鍵技術

3   NPCA（Non-Primary Channel Access，非主信道訪問）

接下來通過MediaTek的技術白皮書中所舉的一個例子來闡釋非主信道訪問（NPCA）的概念。在一個Wi-Fi Mesh網絡環境中，存在三個APs，它們分別采用不同的信道與帶寬設置，以滿足三個具有不同網絡需求用戶的連接需求，如圖5所示。

圖5 多個AP同時在同一主信道下運行

（圖片來源：MediaTek）

三個AP均以5 G低頻段作為主要信道。其中，使用者Lila 使用的是信道38，帶寬為40 MHz；而使用者Rose 則使用的是信道50，帶寬為160 MHz。根據理論計算， Lila所能達到的最高吞吐量僅為Rose的四分之一。在這種網絡架構下，Lila 注定要經歷更長的等待時間，同時也會減少其他兩名對網絡帶寬有較高需求用戶的傳輸時間。

在多接入點協調（Multi-AP Coordination）或是Mesh網絡環境中，同信道干擾（CCI）是一個普遍存在的問題，尤其是當多個用戶與設備都使用同一個信道進行連接時，CCI 問題就會變得尤為嚴重。如圖6 所示，NPCA機制為AP 和Station 提供了一種應對CCI 干擾的有效方法。當它們受到CCI 干擾時，可以通過協商，將原先的非主要信道指定為雙方的主要信道進行傳輸，從而避開同信道干擾，提高網絡傳輸效率與吞吐量。

圖6 窄頻CCI發生時AP與Station會切換到NPCA的主信道作封包偵測

（圖片來源：MediaTek）

4   IDC（In-Device Coexistence，設備內共存）

除了Wi-Fi，我們生活周邊同時運行的無線設備數量日益增多，尤其是藍牙設備，它與Wi-Fi 一樣均在2.4 GHz 的頻率上運行。盡管藍牙與Wi-Fi 的調制方式存在差異，但在某些使用場景與連線環境下，兩者之間仍然可能互相干擾或降低連線質量。傳統的解決方式是讓藍牙設備在Wi-Fi 不進行數據傳輸時發射信號，以避免干擾，然而這種被動的避讓方式會增加系統延遲，而且在多Wi-Fi 與藍牙設備共存的環境中，延遲和干擾會愈發嚴重。

Wi-Fi 8 的IDC 機制通過初始控制幀（ICF）、初始控制響應（ICR）與控制響應幀（CFR）等信令交互，在AP與Non-AP（客戶端，Client）之間進行“協調溝通”，以實現所謂的并存（Coexistence）。

圖7 展示了IDC 的控制機制，AP 與Non-AP Station（Client）利用ICF/ICR/CFR 等信令交互，獲取傳輸與接收的詳細信息，包括最高調制方式（Maximum modulation）、編碼方案Coding Scheme（MCS）、可用的最多大空間流數（Spatial Streams）、速率控制（Rate Control）等參數。

圖7 IDC控制信號交換與順序機制

（圖片來源：MediaTek）

5   TXOP Preemption

為了確保較高優先級的數據包能被優先傳輸，TXOP Preemption 機制能允許非當前TXOP 持有者（Holders）暫時中斷正在進行的傳輸過程，以便于傳輸更緊急的數據。這類似于在常規道路交通中，交警臨時開辟一條專用通道以供救護車先行通過，等救護車通過后，再恢復成原先的道路狀況。

TXOP 的搶占機制適用于以下兩種場景：

●   當AP（TXOP Holder）正在進行下行傳輸機會（DL TXOP）時，僅允許Wi-Fi 站點（Responder）發出上行傳輸機會（UL TXOP）的搶占請求。

●   當AP正在進行上行傳輸機會（UL TXOP）時，僅允許Wi-Fi 站點（Responders）發出下行傳輸機會（DL TXOP）或另一個上行傳輸機會（UL TXOP）的搶占請求。

圖8 兩種TXOP Preemption的使用場景

（圖片來源：MediaTek）

6   Hi-Priority EDCA（HIP EDCA)

在Wi-Fi 網絡架構中，每個終端設備的每一個將被傳輸或接收的數據都會在特定時間點進行調度。通過優先級排序和相應算法，大多數數據傳輸能夠在規定時間內順利完成。然而，隨著網絡環境的日漸復雜以及越來越多具有低延遲需求跟高優先級的數據流等待處理，Wi-Fi 面臨著越來越大的挑戰。所以為了實現Wi-Fi 8 所追求的“極高可靠性”的目標，必須采用更先進的解決方案來應對這一問題，HIP EDCA 便是Wi-Fi 8中提出的一項關鍵技術。

在Wi-Fi 網絡架構中，音頻數據包通常被賦予最高的傳輸優先級。然而正如上文提到的，當兩個或更多設備在同一個時間點嘗試傳輸音頻數據封包時，可能會導致所有設備在隨機的時間點暫停所有數據包的傳輸，直至高優先級的音頻數據包得以重新傳輸。因此，這種狀況可能會讓網絡的使用者產生不良的網絡使用體驗，如語音通話斷斷續續、數據傳輸停滯或是傳輸失敗等問題。

現有的增強型分布式信道接入（EDCA）機制通過提供一個較小的退避競爭窗口（backoff contention window）， 確保Wi-Fi 的終端設備在傳輸AC3 或是AC-VO（Voice）數據包時，相較于其他訪問類別（Access Categories）的數據時，具有更高的傳輸優先級。然而，當遇到上述所描述的狀況時，那該如何解決？圖9 展示了HIP EDCA 的數據包交換機制。根據MediaTek 的技術白皮書所述，MediaTek 提出了一種實現HIP EDCA的機制，該機制利用現有的RTS frame、固定數據速率（fi xed data rate ）與重新設置EDCA 的參數來實現，詳細的做法如下所示：

1.重新使用具有固定數據速率的non-HT 格式作為高優先級的RTS。

2.將EDCA 參數重新配置為AIFSN = 2、CWmin= 0和CWmax = 7，進而傳輸高優先級的RTS。

通過這些操作，高優先級的AC 在與其他AC 競爭信道訪問權時，能夠持續獲得優先權。同時，當發送RTS 的站點遇到沖突時，可以在EIFS 周期內重傳RTS，因為在此期間暫時退避（backoff ）的Wi-Fi 終端不會占用信道資源。

圖9 HIP EDCA的數據包交換順序與機制

（圖片來源：MediaTek）

MediaTek 所發表的技術白皮書對Wi-Fi 8的若干關鍵技術進行了詳細的闡述與說明。除了白皮書與本文所提到的新技術外，還有部分新技術正由標準制定機構與業界進行激烈討論，并計劃納入Wi-Fi 8 的規范之中，以下將對此進行整理和介紹：

7   dRU（Distributed RU，分布式資源單位）

前文已對RU 與MRU 的原理及功能進行了回顧。在Wi-Fi 8 規范中，定義了“分布式資源單位”（dRU）來進一步提升MRU 的效率。dRU 的原理在于，通過動態調整資源單位的大小和分配策略，以適應不同網絡使用場景下的需求。當網絡負載較輕時，dRU 可以分配更多資源給用戶，進而提升網絡傳輸速度；而在網絡負載較重時，dRU 則會減少資源單位的分配，以確保網絡的穩定性與公平性。dRU 是專為6 GHz 頻段的低功率室內（LPI，Low Power Indoor）設備而設計的，其對于上行OFDMA的效率有顯著的提升，并能增進整體網絡的傳輸性能。

8   Co-SR（Coordinated Spatial Reuse；協調空間復用）

Wi-Fi 6 的一項核心功能就是MIMO（Multi-Input Multi-Output）技術，該技術通過多個空間流同時傳輸數據，進而大幅提升了網絡的吞吐量。在Wi-Fi 6 環境中，若有一個AP 以最大功率進行傳輸，其他AP 就必須相應地降低其本身的功率以避免干擾，但這種做法會影響整個Wi-Fi 網絡的穩定性與可靠性。但在Co-SR 的機制下，就可以協調AP 彼此之間的發射功率，使得MIMO傳輸得以進行，從而提高總體的吞吐量。

9   Co-BF（Coordinated Beamforming；協調波束成形）

波束成形（Beamforming）對于Wi-Fi 而言已不算是新的技術。在Wi-Fi 8 的研究中，研究小組提出了“協調式”波束成形的方案，該方案允許同一個空間內的多個AP 互相協調，進而確定哪些終端設備需要接受信號，而哪些則不需要，并據此決定波束成形的時機與發射對象。這一功能在網狀網絡（Mesh Network）與多AP 協調（Multiple AP Coordinate ）的使用場景中非常有用，能夠有效避免傳輸干擾，并增強Wi-Fi 信號的覆蓋范圍。

10 Co-TWT（Coordinated Target Wake-up Time，協調目標喚醒時間）

Wi-Fi 7 制定了限制目標喚醒時間（Restricted TWT）機制，旨在節省電力并減少不必要的周期性喚醒。而在Wi-Fi 8 中，將Wi-Fi 7 的“限制”目標喚醒時間升級成“協調”目標喚醒時間。該功能允許Wi-Fi AP 與Wi-Fi終端設備之間協調傳輸延遲敏感流量的具體時間，從而顯著降低物聯網設備的電能消耗。同時，它還能最大限度地減少與非延遲敏感流量之間的爭用沖突，進而降低延遲并提高傳輸的可預測性。

目前關于Wi-Fi 8 的規范與標準制定尚處于討論階段，甚至連IEEE 802.11bn 規范的第一版初稿都尚未公布。本文所涉及的關于Wi-Fi 8 的新技術資料，均是基于業界權威專家與臺灣通訊芯片領軍企業聯發科技所發表的研究報告進行整理與介紹。文中所涵蓋的內容并非詳盡無遺，其中也加了作者的主觀看法與評論。

如本文開頭所述，相對于前幾代的Wi-Fi 技術，新一代Wi-Fi 已不再是一味地追求更高的傳輸速度、更大的帶寬、更多的頻段或是更高的調制方式。反而是注重提升網絡效率與可靠性。很多技術與功能都在強調“協調”（coordinate）與“溝通”（negotiate）。也許真正讓Wi-Fi 升級的最終手段并不是一味地增加資源，而協同合作才是最終的解決方案。至少我們在Wi-Fi 8 中看到的就是如此。

Wi-Fi 8 的極高可靠性為Wi-Fi 技術開辟了更多的高級應用領域與廣闊的未來發展前景，如遠程實時高清轉播、自動駕駛、遠程遙控、工業級智能網絡與高速AI運算等。若問及Wi-Fi 8 對于芯片與系統開發商而言是不是一個很大的挑戰，我個人認為答案是肯定的。若要實現Wi-Fi 8 的極高可靠性，在硬件方面必須強化PHY與MAC 層的能力。同時，主芯片本身的數字處理速度與運算能力也需提升至新的高度，以確保擁有足夠的資源來處理復雜且繁瑣的信息溝通與協調工作。

Wi-Fi 8 為下一代的通信連接技術奠定了更為堅實的基礎，并將為未來面臨的更嚴苛的應用場景提供更強而有力的支持，讓我們共同拭目以待！

參考文獻：

Wi-Fi Alliance (https://www.wi-fi.org)

Pioneering the Future with Wi-Fi 8 - MediaTek Filogic While Paper

What Will Wi-Fi 8 Be? A Primer on IEEE 802.11bn Ultra High Reliability

https://wifinowglobal.com/Wi-Fi 7 | Keysight

3 for 3: Wi-Fi 8, The Future of Wireless Connectivity -LitePoint

（本文來源于《EEPW》202406）