為邁向新一代802.11ac標(biāo)準(zhǔn)做好準(zhǔn)備

自1997年問世以來，802.11無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)在過去十多年來已取得了巨大的成功。從一開始被視為主要用于垂直行業(yè)生產(chǎn)力提升的技術(shù)，到現(xiàn)在，該標(biāo)準(zhǔn)目前不但已經(jīng)是資訊產(chǎn)業(yè)最成熟、最普及的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；而且隨著科技不斷的進(jìn)展，802.11標(biāo)準(zhǔn)也演變成為無所不在，廣為大眾所采用的重要技術(shù)。

 

由于消費(fèi)者對(duì)下載速度的需求不斷提升，以支持更多高帶寬要求的應(yīng)用，802.11標(biāo)準(zhǔn)也不斷進(jìn)化，每個(gè)世代的新技術(shù)都提供越來越優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)。從1999年傳輸速率為11Mbps的802.11b，到2002年54Mbps的802.11g/a，再到2007年600Mbps的802.11n，今年，行業(yè)已經(jīng)做好準(zhǔn)備向第五代Gigabit速度的802.11ac過渡了。

 

基于強(qiáng)大的安裝基礎(chǔ)，新的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步推動(dòng)新的應(yīng)用和市場機(jī)遇。ABI Research公司預(yù)測(cè)，繼2012年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的出貨量，2013年出貨量得到明顯的增長，到2014年， IEEE 802.11ac將成為主導(dǎo)性的WiFi協(xié)議。In-Stat公司也預(yù)測(cè)，到2015年，采用新的802.11ac技術(shù)的設(shè)備出貨量將達(dá)到10億單位。

 

本文將介紹802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)以及它將推動(dòng)的新應(yīng)用。同時(shí)，從功率放大器的角度來看，我們也將分析該新標(biāo)準(zhǔn)將帶來的挑戰(zhàn)，以及射頻解決方案廠商TriQuint半導(dǎo)體公司的射頻前端解決方案。

 

什么是802.11ac？

 

802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是欲以5GHz頻帶提供高吞吐量，除了能帶來快速、高質(zhì)量的視頻流，還能為筆記本電腦、平板電腦和手機(jī)提供幾乎瞬間完成的的數(shù)據(jù)同步作業(yè)和備份。

 

理論上來講，這個(gè)規(guī)范將實(shí)現(xiàn)至少1Gbit/s的多站W(wǎng)LAN吞吐量，以及至少500Mbit/s的最大單鏈路吞吐量。 這是通過拓展802.11n采用的空中接口概念來實(shí)現(xiàn)的：更寬的射頻帶寬(高達(dá)160MHz通道)、更多重輸入/輸出(MIMO)、空間流(高達(dá)8個(gè))、多用戶MIMO、以及高密度調(diào)制解調(diào)(高達(dá)256 QAM)。

 

由于802.11ac只在不太擁擠、且更“干凈”的5GHz頻譜中工作，來自其他設(shè)備對(duì)空中電波的競爭將會(huì)少很多，這將極大地提高傳輸速率。通信通道的寬度比802.11n中的通道寬近4倍，可提供更高的速度。同時(shí)，802.11ac結(jié)合了波束形成技術(shù)，這是WiFi發(fā)射機(jī)“學(xué)習(xí)”避開它與正在傳輸?shù)哪繕?biāo)設(shè)備之間無效路徑的能力。

 

有了這些增強(qiáng)功能，802.11ac技術(shù)的可靠性、覆蓋范圍將得到極大的提高。入門級(jí)1×1 802.11ac產(chǎn)品速率將達(dá)到450Mbit/s，若采用現(xiàn)行的802.11n標(biāo)準(zhǔn)，需要以3×3的系統(tǒng)配置才能達(dá)到這樣的速度。由于新標(biāo)準(zhǔn)可為制造商帶來開發(fā)不同級(jí)別性能產(chǎn)品的靈活性，有些高速IEEE 802.11ac設(shè)備將提供超過1Gbit/s的無線傳輸速率——如此卓越的速率將使IEEE 802.11ac無線網(wǎng)絡(luò)超越了大多數(shù)有限網(wǎng)絡(luò)。更快的檔案傳輸也有助于延長手機(jī)的電池壽命。當(dāng)然，采用新的IEEE 802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備也要反向兼容，允許與舊的WiFi產(chǎn)品進(jìn)行無縫的交互操作。

 

憑借更高的吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸率，以及對(duì)單鏈路和多站增強(qiáng)的支持，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將有助于實(shí)現(xiàn)一些新的WLAN使用情境，比如將HD視頻同步傳輸給家中的多個(gè)用戶、快速同步和備份大型數(shù)據(jù)文件、無線顯示、大型校園/禮堂部署、以及制造車間自動(dòng)化。

 

除了以上這些，對(duì)于快速增長的智能手機(jī)市場來說，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將于NFC和4G/LTE一起運(yùn)作，提供快速同步的應(yīng)用，并幫助減輕4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)上的移動(dòng)視頻流量負(fù)擔(dān)。

適合802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的功率放大器解決方案

 

由于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)可瞄準(zhǔn)多樣化應(yīng)用，選擇合適的WiFi解決方案很大程度上取決于終端市場的需求是否得到滿足。舉個(gè)例子，它在接入點(diǎn)(A/P), 路由器和僅WiFi方案中的應(yīng)用將較為常見。由于這些產(chǎn)品是從較高電壓的墻式電源插座供電操作，功率耗損和PAE(附加功率效率)條件便不像電池供電裝置那么嚴(yán)苛。

 

而對(duì)A/P、路由器來說，覆蓋范圍卻是非常關(guān)鍵。因此，就這類裝置的系統(tǒng)級(jí)需求來看，需要前端功放具有更高的輸出功率(Pout)。而對(duì)于像智能手機(jī)和平板電腦這樣的移動(dòng)應(yīng)用來說，尺寸和功率耗損顯得更為重要，因?yàn)槭艿礁〉耐庑我蛩睾陀邢薜碾姵貕勖拗啤?/p>

 

隨著802.11標(biāo)準(zhǔn)不斷進(jìn)化，對(duì)功放設(shè)計(jì)來說，輸出功率和EVM要求已變得越來越具挑戰(zhàn)性。EVM(錯(cuò)誤矢量級(jí))是一種用來量化數(shù)字無線電發(fā)射機(jī)或接收機(jī)性能的一種手段，越低的EVM意味著更佳的線性度。對(duì)于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，原來802.11n時(shí)2.8%到3%的EVM限制，現(xiàn)在下降到了2%以下，而且輸出功率需求也在不斷增加。

 

主要原因是，與802.11n的64QAM信號(hào)相比，802.11ac采用256QAM的高密度調(diào)制解調(diào)。因此，其接收器輸入需要更高的信噪比，才能順利接收信號(hào)，以支持802.11ac更高的數(shù)據(jù)傳輸率。

 

這也就是為什么在802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中，PA的EVM必須降低到2%以下，因?yàn)楦叩男旁氡纫馕吨?02.11ac發(fā)射機(jī)必須比802.11n的發(fā)射機(jī)線性度更好。所以，必須采用比802.11n線性度更好的功率放大器，要不然就得以較低的輸出功率運(yùn)行。

 

另一方面，增加功率放大器的功率耗損或是提供預(yù)矯正機(jī)制，都有助于提升線性度。雖然這些設(shè)計(jì)方式需要更高的直流電，但由于802.11ac的高數(shù)據(jù)率可以在更短時(shí)間完成傳輸作業(yè)，因此整體來看，仍能降低傳輸數(shù)據(jù)造成的功率耗損。

 

TriQuint基于砷化鎵(GaAs)的功率放大器，無論是采用E/D pHEMT、HBT、還是BiHEMT工藝技術(shù)，都比目前市場上其他競爭對(duì)手的解決方案具有更低的功率耗損和更佳的PAE，能為新一代802.11標(biāo)準(zhǔn)提供優(yōu)異的性能。

TriQuint的WLAN解決方案

 

TriQuint一直以來便為高性能WLAN應(yīng)用提供解決方案，包括最近針對(duì)智能手機(jī)和平板電腦的單頻段2.4G、單頻段5G和專用雙頻段應(yīng)用。從2009年以來，TriQuint的WiFi模塊出貨量已達(dá)到近3億單元，而且受到消費(fèi)者對(duì)無論何時(shí)何地都需要網(wǎng)絡(luò)連接的需求驅(qū)動(dòng)，其銷售收入還在穩(wěn)步增長。

 

TriQuint利用E/D pHEMT、BiHEMT和HBT技術(shù)，將有源和無源器件集成到完整而緊湊的前端封裝，實(shí)現(xiàn)了更好的無線連接性。這些集成的WLAN解決方案可簡化射頻設(shè)計(jì)，縮小PCB板占位需求 ，縮短設(shè)計(jì)周期，并更快實(shí)現(xiàn)下一代無線產(chǎn)品的開發(fā)。

 

其中，E/D pHEMT技術(shù)允許將多個(gè)元件，如功放、開關(guān)、LNA和偏置網(wǎng)絡(luò)控制器，集成到更小的占板空間，明顯優(yōu)于多裸片和層迭式解決方案。TriQuint還開發(fā)了首項(xiàng)高產(chǎn)量GaAs 增強(qiáng)和消耗模式(enhancement and depletion-mode)pHEMT代工工藝。

 

此外，TriQuint基于BiHEMT和HBT技術(shù)的器件能實(shí)現(xiàn)更佳的PAE，有助于減少電池消耗、大幅延長使用時(shí)間，這些都是移動(dòng)市場的關(guān)鍵因素。采用這兩項(xiàng)技術(shù)都能生產(chǎn)出更小的裸片，提供尺寸更精巧的整體解決方案。

 

基于這些技術(shù)，TriQuint集成的單頻段WLAN模塊可以替代多達(dá)4個(gè)分立器件；雙頻段WiFi前端模塊可替代多達(dá)7個(gè)分立器件。TriQuint基于GaAs的解決方案相較與競爭對(duì)手技術(shù)，可提供更快的數(shù)據(jù)傳輸率，延長電池壽命，并實(shí)現(xiàn)更好的弱信號(hào)放大，以實(shí)現(xiàn)更寬的運(yùn)行范圍。

 

未來，TriQuint將建立在其過去成功的基礎(chǔ)上，同時(shí)利用如針對(duì)WiFi-LTE共存濾波器的體聲波(BAW)等自主技術(shù)，繼續(xù)致力于開發(fā)針對(duì)移動(dòng)性和連接性應(yīng)用的更高性能的前端解決方案。

 

隨著行業(yè)向802.11ac過渡的準(zhǔn)備就緒，TriQuint將與其芯片組合作伙伴和終端客戶緊密合作，提供滿足終端用戶對(duì)尺寸、性能和成本需求的最具競爭力的WLAN解決方案。

 

本文小結(jié)

 

不斷增長的數(shù)字媒體和無線連接設(shè)備需要更快、更可靠的無線協(xié)議，這為802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的快速采用搭好了舞臺(tái)。雖然該標(biāo)準(zhǔn)目前尚處于草案形式，芯片制造商都已經(jīng)在展示802.11ac芯片組產(chǎn)品。今年，家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的802.11ac系統(tǒng)便有望問世，而采用802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的智能手機(jī)和平板電腦預(yù)計(jì)將于2013年推出。802.11ac預(yù)計(jì)將推動(dòng)更多的創(chuàng)新應(yīng)用。為了抓住這個(gè)巨大的市場機(jī)遇，并做好充分準(zhǔn)備，設(shè)備制造商必須按照不同的應(yīng)用和功能組合，選擇最適合他們產(chǎn)品的解決方案。