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)。

 

由于消費者對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)也不斷進化，每個世代的新技術(shù)都提供越來越優(yōu)質(zhì)的用戶體驗。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。

 

基于強大的安裝基礎(chǔ)，新的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將進一步推動新的應(yīng)用和市場機遇。ABI Research公司預(yù)測，繼2012年實現(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，到2015年，采用新的802.11ac技術(shù)的設(shè)備出貨量將達到10億單位。

 

本文將介紹802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢以及它將推動的新應(yīng)用。同時，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，這個規(guī)范將實現(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現(xiàn)的：更寬的射頻帶寬(高達160MHz通道)、更多重輸入/輸出(MIMO)、空間流(高達8個)、多用戶MIMO、以及高密度調(diào)制解調(diào)(高達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)備對空中電波的競爭將會少很多，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，802.11ac結(jié)合了波束形成技術(shù)，這是WiFi發(fā)射機“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1×1 802.11ac產(chǎn)品速率將達到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，以及對單鏈路和多站增強的支持，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將有助于實現(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、以及制造車間自動化。

 

除了以上這些，對于快速增長的智能手機市場來說，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)將于NFC和4G/LTE一起運作，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。舉個例子，它在接入點(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)級需求來看，需要前端功放具有更高的輸出功率(Pout)。而對于像智能手機和平板電腦這樣的移動應(yīng)用來說，尺寸和功率耗損顯得更為重要，因為受到更小的外形因素和有限的電池壽命限制。

 

隨著802.11標(biāo)準(zhǔn)不斷進化，對功放設(shè)計來說，輸出功率和EVM要求已變得越來越具挑戰(zhàn)性。EVM(錯誤矢量級)是一種用來量化數(shù)字無線電發(fā)射機或接收機性能的一種手段，越低的EVM意味著更佳的線性度。對于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，原來802.11n時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，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，因為更高的信噪比意味著802.11ac發(fā)射機必須比802.11n的發(fā)射機線性度更好。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)矯正機制，都有助于提升線性度。雖然這些設(shè)計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，包括最近針對智能手機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模塊出貨量已達到近3億單元，而且受到消費者對無論何時何地都需要網(wǎng)絡(luò)連接的需求驅(qū)動，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，縮小PCB板占位需求 ，縮短設(shè)計周期，并更快實現(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)了首項高產(chǎn)量GaAs 增強和消耗模式(enhancement and depletion-mode)pHEMT代工工藝。

 

此外，TriQuint基于BiHEMT和HBT技術(shù)的器件能實現(xiàn)更佳的PAE，有助于減少電池消耗、大幅延長使用時間，這些都是移動市場的關(guān)鍵因素。采用這兩項技術(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4個分立器件；雙頻段WiFi前端模塊可替代多達7個分立器件。TriQuint基于GaAs的解決方案相較與競爭對手技術(shù)，可提供更快的數(shù)據(jù)傳輸率，延長電池壽命，并實現(xiàn)更好的弱信號放大，以實現(xiàn)更寬的運行范圍。

 

未來，TriQuint將建立在其過去成功的基礎(chǔ)上，同時利用如針對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)針對移動性和連接性應(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。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)的智能手機和平板電腦預(yù)計將于2013年推出。802.11ac預(yù)計將推動更多的創(chuàng)新應(yīng)用。為了抓住這個巨大的市場機遇，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。