面向Wi-Fi 8标准：超高可靠与超低延迟关键技术综述

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Towards Wi-Fi 8 Standard: A Survey of State-of-the-Art Technologies

本文针对新一代无线局域网(WLAN)标准IEEE 802.11bn(Wi-Fi 8)展开系统性综述，重点探讨了为满足协同移动机器人、沉浸式通信等新兴应用对超高可靠性(UHR)和超低延迟的严苛需求，研究人员在物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)提出的关键增强技术，包括分布式资源单元(DRU)、新型调制编码方案(MCS)、多接入点(MAP)协作、非主信道接入(NPCA)、无缝漫游以及低高频段融合(IMMW)等，为下一代Wi-Fi技术的发展提供了重要参考。

　　

随着协同移动机器人、沉浸式通信、远程医疗等新兴应用的快速发展，现有无线局域网(WLAN)标准在可靠性和延迟方面已难以满足其极端性能需求。例如，工业制造等关键应用要求链路可靠性高达99.999999999%，这远超出了当前Wi-Fi标准的能力范围。同时，2.4/5/6 GHz频段的频谱日益拥挤，而毫米波(mmWave)技术又因成本和易受遮挡等挑战在实际应用中受限。为了应对这些挑战，IEEE 802.11标准组织成立了超高可靠性(UHR)研究组（即IEEE 802.11bn，旨在制定Wi-Fi 8标准）和集成毫米波(IMMW)研究组，致力于通过物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)的增强，实现可靠性和网络性能的全面提升。

为了系统梳理Wi-Fi 8的核心技术路线与架构，SHIWEN HE等人发表了题为《Towards Wi-Fi 8 Standard: A Survey of State-of-the-Art Technologies》的综述文章，对提交至UHR和IMMW研究组的大量技术提案进行了全面分析。文章聚焦于三大关键支柱：PHY层增强、MAC层增强以及低高频段协作，旨在为学术界和工业界提供关于Wi-Fi 8技术方向与设计理念的深入理解。

研究人员在开展这项综述研究时，主要采用了文献调研和标准化提案分析的方法。他们系统性地梳理和归纳了IEEE 802.11bn (UHR) 和 IMMW 研究组会议文档和技术提案中的核心内容，涵盖了从PHY层的信号传输可靠性提升（如DRU、新MCS、ELR）到MAC层的资源调度与干扰管理（如MAP协作、NPCA、无缝漫游），再到低高频段融合架构等多个维度的技术进展。通过对这些第一手标准化资料的整合与分析，勾勒出Wi-Fi 8的技术蓝图。

PHY层增强技术

在PHY层，为了提升传输可靠性，UHR工作组引入了多项关键技术。分布式资源单元(DRU)通过将单个资源单元(RU)的子载波索引在带宽内均匀或近乎均匀地分布，相较于连续子载波分配的传统RU(RRU)，有效提升了每个子载波的可用发射功率，从而增强了传输可靠性。

仿真结果表明，DRU在存在残余载波频率偏移(CFO)时，其包错误率(PER)性能仍优于RRU。新型调制编码方案(MCS)的探索包括引入码长为3888的低密度奇偶校验(LDPC)码，较之IEEE 802.11be中使用的1944码长，在低信噪比(SNR)条件下表现出更好的纠错能力。

此外，非均匀调制(UEQM)技术通过对不同空间流采用联合编码但非均匀的调制方式，在2到4个空间流的场景下可获得约2.5 dB的性能增益。同时，还讨论了如QPSK、16QAM和256QAM的2/3码率等新MCS，以实现更精细的速率适配。增强长距离(ELR)传输则定义了一种新的PPDU格式，主要用于2.4 GHz频段的双向链路和5/6 GHz频段的上行链路，通过频率域复制（如对52-tone RU进行4倍复制）和使用低阶调制（MCS 0或MCS 1）来提升长距离传输的可靠性。

MAC层增强技术

在MAC层，多接入点(MAP)协作是核心增强技术，旨在优化高密度部署场景下的资源分配和干扰管理。其框架包含MAP发现、协调协议建立、预传输和协调传输四个阶段。

协调时分多址(C-TDMA)允许一个AP（共享AP）将其传输机会(TXOP)的一部分时间共享给其他AP（被共享AP），从而减少冲突和延迟。

协调空间复用(C-SR)通过AP间的协调，控制发射功率，使得多个AP能在相同时间和频率资源上并行传输，同时保证目标站点的信干噪比(SINR)要求。其功率控制策略包括基于全局信息的最优协调和基于共享AP参数的单向协调，后者在保证公平性的前提下具有较低开销。

协调波束成形(C-BF)通过AP间协作，在波束级别消除干扰，提升空间复用效率。信道探测机制包括顺序空数据包(NDP)探测和联合NDP探测，以确保获取准确的信道状态信息(CSI)。

协调受限目标唤醒时间(C-rTWT)扩展了IEEE 802.11be中的R-TWT机制，通过AP间协调，允许多个BSS在相同或交错的时间窗口内进行低延迟业务传输，减少BSS间冲突。非主信道接入(NPCA)技术允许设备在主信道(PC)被占用时，在非主信道(NPC)上进行信道竞争和传输，从而提高了信道利用率。

无缝漫游技术基于多链路操作(MLO)，通过定义无缝移动域(SMD)等逻辑控制平面实体，实现STA在AP间的快速、低中断切换，显著降低了漫游延迟。

低高频段融合(IMMW)

IMMW研究组探索将毫米波频段集成到Wi-Fi 8框架中，以利用其丰富的频谱资源。关键技术方向包括重用低于7 GHz的基带设计以降低复杂度，讨论毫米波链路的可能带宽（如160 MHz至1280 MHz），以及解决毫米波频段特有的高载波频率偏移(CFO)问题（例如通过上采样时钟扩大子载波间隔来提升CFO估计能力）。

在MAC层，倾向于利用MLO机制，在低于7 GHz频段传输控制信息，毫米波频段传输数据，并引入了低功耗监听模式以降低毫米波设备的功耗。

研究结论与意义

本文对即将到来的Wi-Fi 8标准（IEEE 802.11bn）的关键技术进行了全面综述。文章指出，为了满足未来应用对超高可靠性(UHR)和超低延迟的苛刻要求，Wi-Fi 8将在PHY和MAC层引入一系列革新性技术。PHY层主要通过DRU、更强大的LDPC编码（3888码长）、UEQM和ELR PPDU格式来提升传输鲁棒性。MAC层则核心依赖于MAP协作（C-TDMA, C-SR, C-BF, C-rTWT）、NPCA和无缝漫游等技术，以优化资源利用、管理干扰并减少延迟。此外，通过IMMW技术将毫米波频段与sub-7 GHz频段融合，有望显著提升系统容量。

这项研究的重要意义在于，它系统性地梳理和呈现了Wi-Fi 8标准化进程中的核心提案和技术路线，为学术界和工业界理解下一代Wi-Fi技术的发展方向、设计权衡和决策逻辑提供了宝贵的参考。文章不仅总结了现有技术进展，还指出了未来潜在的研究方向，如基于机器学习(ML)的MAP协作、低高频段辅助的毫米波波束对准、低高频段通信系统中的智能资源分配等，为后续的研究和创新奠定了基础。该综述对于推动WLAN技术的持续演进，以适应工业物联网、沉浸式体验等未来应用场景具有重要的指导价值。