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新一代80211ac标准快速上位

发布时间:2021-01-21 05:11:29 阅读: 来源:螺旋输送机厂家

自1997年问世以来,802.11无线区域网络标准在过去十多年来已取得了巨大的成功。从一开始被视为主要用于垂直行业生产力提升的技术,到现在,该标准目前不但已经是资讯产业最成熟、最普及的无线网络技术;而且随着科技不断的进展,802.11标准也演变成为无所不在,广为大众所采用的重要技术。

由于消费者对下载速度的需求不断提升,以支持更多高带宽要求的应用,802.11标准也不断进化,每个世代的新技术都提供越来越优质的用户体验。从1999年传输速率为11Mbps的802.11b,到2002年54Mbps的802.11g/a,再到2007年600Mbps的802.11n,今年,行业已经做好准备向第五代Gigabit速度的802.11ac过渡了。

基于强大的安装基础,新的802.11ac标准将进一步推动新的应用和市场机遇。ABI Research公司预测,继2012年实现小规模的出货量,2013年出货量得到明显的增长,到2014年, IEEE 802.11ac将成为主导性的WiFi协议。In-Stat公司也预测,到2015年,采用新的802.11ac技术的设备出货量将达到10亿单位。

本文将介绍802.11ac标准的优势以及它将推动的新应用。同时,从功率放大器的角度来看,我们也将分析该新标准将带来的挑战,以及射频解决方案厂商TriQuint半导体公司的射频前端解决方案。

什么是802.11ac?

802.11ac标准的制定主要是欲以5GHz频带提供高吞吐量,除了能带来快速、高质量的视频流,还能为笔记本电脑、平板电脑和手机提供几乎瞬间完成的的数据同步作业和备份。

理论上来讲,这个规范将实现至少1Gbit/s的多站WLAN吞吐量,以及至少500Mbit/s的最大单链路吞吐量。 这是通过拓展802.11n采用的空中接口概念来实现的:更宽的射频带宽(高达160MHz通道)、更多重输入/输出(MIMO)、空间流(高达8个)、多用户MIMO、以及高密度调制解调(高达256 QAM)。

由于802.11ac只在不太拥挤、且更“干净”的5GHz频谱中工作,来自其他设备对空中电波的竞争将会少很多,这将极大地提高传输速率。通信通道的宽度比802.11n中的通道宽近4倍,可提供更高的速度。同时,802.11ac结合了波束形成技术,这是WiFi发射机“学习”避开它与正在传输的目标设备之间无效路径的能力。

有了这些增强功能,802.11ac技术的可靠性、覆盖范围将得到极大的提高。入门级1×1 802.11ac产品速率将达到450Mbit/s,若采用现行的802.11n标准,需要以3×3的系统配置才能达到这样的速度。由于新标准可为制造商带来开发不同级别性能产品的灵活性,有些高速IEEE 802.11ac设备将提供超过1Gbit/s的无线传输速率——如此卓越的速率将使IEEE 802.11ac无线网络超越了大多数有限网络。更快的档案传输也有助于延长手机的电池寿命。当然,采用新的IEEE 802.11ac标准的设备也要反向兼容,允许与旧的WiFi产品进行无缝的交互操作。

凭借更高的吞吐量和数据传输率,以及对单链路和多站增强的支持,802.11ac标准将有助于实现一些新的WLAN使用情境,比如将HD视频同步传输给家中的多个用户、快速同步和备份大型数据文件、无线显示、大型校园/礼堂部署、以及制造车间自动化。

除了以上这些,对于快速增长的智能手机市场来说,802.11ac标准将于NFC和4G/LTE一起运作,提供快速同步的应用,并帮助减轻4G蜂窝网络上的移动视频流量负担。

适合802.11ac标准的功率放大器解决方案

由于802.11ac标准可瞄准多样化应用,选择合适的WiFi解决方案很大程度上取决于终端市场的需求是否得到满足。举个例子,它在接入点(A/P), 路由器和仅WiFi方案中的应用将较为常见。由于这些产品是从较高电压的墙式电源插座供电操作,功率耗损和PAE(附加功率效率)条件便不像电池供电装置那么严苛。

而对A/P、路由器来说,覆盖范围却是非常关键。因此,就这类装置的系统级需求来看,需要前端功放具有更高的输出功率(Pout)。而对于像智能手机和平板电脑这样的移动应用来说,尺寸和功率耗损显得更为重要,因为受到更小的外形因素和有限的电池寿命限制。

随着802.11标准不断进化,对功放设计来说,输出功率和EVM要求已变得越来越具挑战性。EVM(错误矢量级)是一种用来量化数字无线电发射机或接收机性能的一种手段,越低的EVM意味着更佳的线性度。对于802.11ac标准,原来802.11n时2.8%到3%的EVM限制,现在下降到了2%以下,而且输出功率需求也在不断增加。

主要原因是,与802.11n的64QAM信号相比,802.11ac采用256QAM的高密度调制解调。因此,其接收器输入需要更高的信噪比,才能顺利接收信号,以支持802.11ac更高的数据传输率。

这也就是为什么在802.11ac标准中,PA的EVM必须降低到2%以下,因为更高的信噪比意味着802.11ac发射机必须比802.11n的发射机线性度更好。所以,必须采用比802.11n线性度更好的功率放大器,要不然就得以较低的输出功率运行。

另一方面,增加功率放大器的功率耗损或是提供预矫正机制,都有助于提升线性度。虽然这些设计方式需要更高的直流电,但由于802.11ac的高数据率可以在更短时间完成传输作业,因此整体来看,仍能降低传输数据造成的功率耗损。

TriQuint基于砷化镓(GaAs)的功率放大器,无论是采用E/D pHEMT、HBT、还是BiHEMT工艺技术,都比目前市场上其他竞争对手的解决方案具有更低的功率耗损和更佳的PAE,能为新一代802.11标准提供优异的性能。

TriQuint的WLAN解决方案

TriQuint一直以来便为高性能WLAN应用提供解决方案,包括最近针对智能手机和平板电脑的单频段2.4G、单频段5G和专用双频段应用。从2009年以来,TriQuint的WiFi模块出货量已达到近3亿单元,而且受到消费者对无论何时何地都需要网络连接的需求驱动,其销售收入还在稳步增长。

TriQuint利用E/D pHEMT、BiHEMT和HBT技术,将有源和无源器件集成到完整而紧凑的前端封装,实现了更好的无线连接性。这些集成的WLAN解决方案可简化射频设计,缩小PCB板占位需求 ,缩短设计周期,并更快实现下一代无线产品的开发。

其中,E/D pHEMT技术允许将多个元件,如功放、开关、LNA和偏置网络控制器,集成到更小的占板空间,明显优于多裸片和层迭式解决方案。TriQuint还开发了首项高产量GaAs 增强和消耗模式(enhancement and depletion-mode)pHEMT代工工艺。

此外,TriQuint基于BiHEMT和HBT技术的器件能实现更佳的PAE,有助于减少电池消耗、大幅延长使用时间,这些都是移动市场的关键因素。采用这两项技术都能生产出更小的裸片,提供尺寸更精巧的整体解决方案。

基于这些技术,TriQuint集成的单频段WLAN模块可以替代多达4个分立器件;双频段WiFi前端模块可替代多达7个分立器件。TriQuint基于GaAs的解决方案相较与竞争对手技术,可提供更快的数据传输率,延长电池寿命,并实现更好的弱信号放大,以实现更宽的运行范围。

未来,TriQuint将建立在其过去成功的基础上,同时利用如针对WiFi-LTE共存滤波器的体声波(BAW)等自主技术,继续致力于开发针对移动性和连接性应用的更高性能的前端解决方案。

随着行业向802.11ac过渡的准备就绪,TriQuint将与其芯片组合作伙伴和终端客户紧密合作,提供满足终端用户对尺寸、性能和成本需求的最具竞争力的WLAN解决方案。

本文小结

不断增长的数字媒体和无线连接设备需要更快、更可靠的无线协议,这为802.11ac标准的快速采用搭好了舞台。虽然该标准目前尚处于草案形式,芯片制造商都已经在展示802.11ac芯片组产品。今年,家庭网络应用的802.11ac系统便有望问世,而采用802.11ac标准的智能手机和平板电脑预计将于2013年推出。

802.11ac预计将推动更多的创新应用。为了抓住这个巨大的市场机遇,并做好充分准备,设备制造商必须按照不同的应用和功能组合,选择最适合他们产品的解决方案。

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