从物理层视角看，Wi-Fi 8的超高可靠性意味着什么？

（本文编译自Electronic Design）

Wi-Fi 8（802.11bn）1.0草案的发布，极大地明确了旨在实现超高可靠性（UHR）的物理层特性。尽管部分行业人士可能曾期待会有突破性的新型调制方式、超320 MHz的更宽信道或全新的多输入多输出（MIMO）方案发布，但这份初始草案展现了一种更为精妙的思路。Wi-Fi 8引入了优化机制，对现有特性进行了完善和微调，以提升其性能表现。

一个现实情况是，即便Wi-Fi 7具备丰富的特性，包括上行正交频分多址（UL-OFDMA）、多链路操作（MLO）和320MHz信道，其在现实世界的广泛部署仍面临挑战。尽管营销宣传颇具吸引力，但实际的网络部署以及让这些先进特性持续稳定发挥作用，都是复杂的任务。

因此，在Wi-Fi 8中，IEEE似乎有意推出一些特性，旨在从根本上提升不同信道条件下的链路韧性，并增强整体可靠性。

新的物理层特性可主要归为三大类：抗干扰性、可靠性和传输距离。首先，读者务必明确抗干扰性与可靠性的区别，因为这两个术语常被混用。

抗干扰性指的是信号完整性与抗干扰能力，具体而言，即在复杂的信道环境下，信号保持自身质量、抵御噪声或干扰造成的信号衰减的能力。而可靠性则指数据传输的成功概率，核心是确保数据以最少的重传次数传递至接收端。

这两项指标相辅相成，对于实现高质量通信至关重要。只有明确二者的差异，才能充分理解Wi-Fi 8新特性所产生的作用，以及这些特性的设计目标。

抗干扰性：新型调制编码策略组合

这类新型调制编码策略组合的核心目标是优化速率自适应能力。Wi-Fi 8虽未推出全新的调制方式，但通过采用更低的码率增加传输冗余度，大幅提升了现有调制方式的抗干扰能力。

Wi-Fi 7中的0-15级调制编码策略被Wi-Fi 8沿用，同时依据版本0.3草案规范，新增了针对四相相移键控、16进制正交振幅调制以及256进制正交振幅调制的调制编码策略参数（参数编号 17、19、20、23）（见图 1）。

图1：针对每条空间流的独特特性定制调制方式

非均等调制技术

该特性支持在多条空间流中采用非对称调制方式，其核心作用是提升多输入多输出系统的传输效率。

在传统的多输入多输出传输模式中，无论各条空间流自身的信道条件如何，都会采用相同的调制方式。而不同空间流所处的信噪比环境往往存在差异，这就使得整体传输速率常常受限于性能最差的那条空间流。非均等调制技术恰好解决了这一问题，它允许依据每条空间流各自的信道条件，为其匹配不同阶数的调制方式，进而实现整体传输性能的优化。

需要注意的是，当前规范对非均等调制技术的应用做出了一定限制：仅适用于空间流数量为2-4条的配置场景，不支持二进制相移键控调制，且仅可用于单用户多输入多输出场景。

增强型远距离物理层协议数据单元

在超高可靠性技术架构下，IEEE专门为终端设备推出了增强型远距离物理层协议数据单元。该数据单元的核心设计目标是缓解上行链路与下行链路之间显著的链路预算失衡问题。

Wi-Fi网络普遍面临一个难题：无线接入点的发射功率通常处于较高水平，终端设备很容易接收到其发出的信号。与之相反，终端设备的发射功率一般较低，这就导致无线接入点往往难以接收到终端设备的信号，且距离越远，这一问题越突出。这种发射功率上的差异造成了链路预算失衡，对远离无线接入点的终端设备产生了严重影响。

为解决这一问题，超高可靠性技术体系引入了增强型远距离物理层协议数据单元。这类数据单元采用固定20MHz带宽设计，仅适配单空间流传输。在2.4GHz频段中，它可同时用于上行和下行传输；而在5GHz与6GHz频段中，仅支持上行传输场景。

为实现远距离传输与传输可靠性的双重保障，该类数据单元采用了较低等级的调制编码策略（具体为0级和1级），以此减少信号误判和数据传输错误。此外，其在52子载波常规资源单元中加入了四倍频域复制机制，通过增加传输冗余度，大幅提升了传输可靠性。

标准的超高可靠性增强型远距离物理层协议数据单元必须包含标记字段和信号字段。其中，标记字段可提供额外的信令，帮助接收端区分该类型数据单元与其他物理层协议数据单元，该字段通过预设子载波模式，使接收端能够借助互相关运算提升信号检测效率；而信号字段则承载着正确解析该类型数据单元所需的核心信息。

可靠性：加长型低密度奇偶校验码

在超高可靠性技术体系中，IEEE对前向纠错技术作出了一项重大改进，即为终端设备配置了长度为3888比特的编码块。这一举措使编码块长度较Wi-Fi 7中的最长编码块实现了翻倍，大幅提升了系统的纠错能力。

那么，什么事低密度奇偶校验码呢？通俗来讲，它是一种向原始数据中添加冗余比特（即奇偶校验比特）的技术机制。这些额外增加的比特能让接收端成功修正数据传输过程中可能出现的错误，使数据在复杂的信道环境中更具抗干扰能力，同时显著提高数据解码成功率，进而减少数据重传情况的发生。

尽管加长编码块在保障较高有效吞吐量方面效果显著，但也会增加时延问题。这是因为发射端的编码器与接收端的解码器都需要处理更长的编码块，耗时相应增加。不过，这种编码方式所提升的传输稳定性，在噪声干扰较强的环境（即信噪比差的场景）中优势明显，尤其能为处于无线接入点信号覆盖边缘的终端设备带来利好。

根据技术规范，传输块物理层协议数据单元的编码类型，由用户信息字段中的上行链路前向纠错编码类型子字段标识。当该字段设置为 “0” 时，表示采用二进制卷积码；设置为 “1” 时，则表示采用低密度奇偶校验码。此外，若用户信息字段中的双倍长度低密度奇偶校验码子字段设置为 “1”，代表采用标准长度为3888比特的低密度奇偶校验码编码块；若设置为 “0”，则表示采用较短的编码块，具体可选长度为648比特、1296比特或1944比特。

传输距离：分布式资源单元

顾名思义，该技术会将资源单元的子载波分布在更宽的带宽范围内（见图2）。要理解其设计意义，需结合相关技术背景来看：2020年，美国联邦通信委员会开放6GHz频段作为免授权频段供设备使用时，为保护该频段原有业务的正常运行，专门为无线接入点和终端设备制定了严格的发射功率标准。

图2：6GHz频段功率要求概述。

其中，室内低功耗终端设备需遵守最为严格的功率谱密度限制，其功率谱密度上限仅为-1 dBm/MHz。这一严苛的功率谱密度要求往往会限制上行链路的传输距离，进而造成固有的上下行功率失衡问题，终端设备可轻松接收到无线接入点的信号，但终端设备发出的信号却难以稳定传输至远距离的无线接入点。

分布式资源单元这一特性专为工作在6 GHz频段的室内低功耗终端设备设计。该技术支持将资源单元的子载波分布在非连续的物理子载波上，从而有效减少为每个终端设备分配的每兆赫兹子载波数量。通过这一创新设计，设备能够在不超出监管机构规定的功率谱密度标准的前提下，提升上行正交频分多址传输功率，进而有效延长传输距离。

强化无线连接性能

这些物理层特性虽未采用颠覆性设计，但均经过精心研发，旨在强化无线连接的三大核心要素，即信号覆盖范围、传输速率与可靠性。这些性能指标对终端用户的使用体验有着深远影响。这类特性以确定性和可靠性为核心设计目标，既适配无线接入点，也兼顾资源受限的终端设备，有效提升了上行链路的传输距离与连接稳定性。同时，这一针对性设计也有助于实现频谱资源与网络资源的最大化利用。