發布日期：2022-07-15 點擊率：22
無線局域網的技術性能持續發展,已經達到了以太網的數據速率并且在 ISM的頻段上能支持大量的話音和數據應用。與此同時,相關標準開始成形,設備生產商能夠據此能提供低成本、具互用性的WLAN系統。隨著半導體射頻硅鍺(RF
SiGe)技術、CMOS和封裝技術的發展,半導體生產商能夠集成更多的無線功能并將之從離散元件移植到高集成的解決方案中去。本文描述了在標準驅動的離散設計上使用集成芯片組解決方案的種種好處。另外,還比較了無線局域網與
“有線” 局域網的成本。
1997年7月實行的IEEE 無線局域網標準指明了在未授權的 ISM波段的FHSS和DSSS無線電發射設備上傳送1Mbps
和 2Mbps 數據速率的MAC和物理層PHY所需滿足的要求。這個標準規定了原始設備制造商(OEM)要遵守的一套參數,以便生產有價格競爭力的,具有互用性和兼容性的WLAN產品,以擴展“有線”局域網并能面向移動用戶。
如同蜂窩手機的市場一樣,在開發出低成本、低功耗、以電池工作的手持集成解決方案上,WLAN技術市場也面臨著壓力。集成芯片組解決方案將在低成本的無線電設計市場上扮演一個重要的角色。
IEEE 的1Mbps及2Mbps標準公布以來,半導體生產商已經把數據速率提高到10Mbps以上。無線以太局域網亮相世人的同時,也將拓展到高數據速率標準化(
離散與集成芯片組
在產品設計中,離散元件具有很大靈活性。在進行需要超出標準解決方案要求的特定傳輸功率級或接受機靈敏度的電路設計時,這些設備(如LNA、大功率放大器等)是很有用的。然而,由離散有源元件決定的設計通常需要大量附加的離散有源元件、無源元件、濾波器及開關,以便補償發射線的阻抗不匹配、信號級轉換、隔離、及電壓增益分配。當鎵化砷設備與其它技術接口時(如雙極硅或鍺化硅),這點很重要。
不過,離散元件給生產過程增加了附加成本。比如說,當拾放設備無法組裝非標準尺寸的部件或當PCB需要返工時。值得注意的是在WLAN無線設備生產過程的大部分成本都來自于離線裝配的數量、測試和返工工藝,返工一個無線設備的成本相當于原料費用的20%。
另一方面,集成RF芯片組生產成本一般較低并能制造較高性能的無線設備。把發射和接收功能如LNA、混頻器、LO、集成器、PLL和AGC集成到一個單模塊電路中有如下優點:
圖1:一個直接序列無線設備。
1Mbps 和 2Mbps 的執行過程如圖1所示。這是一個直接序列無線設備(direct sequence radio),依照IEEE標準對1Mbps
數據速率采用差分BPSK調制,而2Mbps是差分的QPSK調制。為了抵抗多路徑干擾,該設備支持多樣化天線,但圖示中只有一根簡單的天線。
為了能達到11Mbps的數據速率,需要用一種能夠后向兼容1Mbps 和 2Mbps數據速率的波形,同時該波形可通過有效的編碼轉向較高的數據速率。其他需要考慮的是系統利用和能效。
該波形需要占用與1Mbps及2Mbps 數據速率相同的波段,還要能符合FCC的處理增益要求。一項早期的實施(如圖2所示)從1Mbps 和2Mbps無線設備上復用了Harris的PRISM
(頻段)的前端并用一種高速控制功能取代了低速的MAC。
圖2:復用了Harris的PRISM前端的無線設備。
11Mbps的無線設備按照標準用差分BPSK/QPSK調制處理1Mbps和2Mbps數據速率,用MBOK和CCK調制處理和11Mbps數據速率。除了在產生擴散碼和用代碼調制數據方面,MBOK(Mary
Biorthogonal Keying)和CCK技術十分類似的技術。MBOK和CCK波形都能通過FCC的處理增益要求。
成本驅動
比較一下圖1和圖2中兩種無線設備的BOM成本。假設不同的基帶處理器和MAC組裝生產率一樣,由于兩種無線設備使用的集成和離散的部件數目一樣,所以生產裝配成本也幾乎相同的。
這樣成本的差異就主要表現在兩種MAC和基帶處理器的價格區別上。由于價格區別非常小,所以可以認為從2Mbps 到11Mbps的轉變不會增加經費。
圖3:一個建議的11Mbps的單一的IF無線設備。
設想一下到底需要多高的集成度才能提供更高性能和低成本PHY解決方案。圖3中方塊圖展示了一個建議的11Mbps單一IF無線設備。這個高度集成的解決方案,使用SiGe晶圓生產技術,在惡劣的環境下有較好的包錯誤率性能、較低的功耗和裝配成本并簡化了BOM。
HFA3861基帶處理器已經轉為μm的CMOS并且加上一個RAKE接收器用以在惡劣的多路環境中提高PER性能。RF前端用硅鍺工藝技術重新設計過。因為硅鍺半導體能達到很高的集成度,所以在2Mbps和11Mbps無線設備中,5芯片前端在單一的IF無線設備中就變成了3芯片。同時硅鍺半導體的高集成度也減少了相關無源和離散元件數。如此一來,裝配和BOM成本都減少了。值得注意的是單一的IF無線設備中的BOM成本比非基于硅鍺無線設計的BOM成本要低32%。另外,硅鍺半導體制造的無線設備的功耗比前一代的無線設備要低50%,從而延長了電池的壽命。
個案研究
使用IEEE工作組中指定協議的無線網絡可以看成是已有以太網絡的延伸,只是使用RF無線設備取代了銅或是光纖作為傳輸媒質。
圖4:用無線網絡節點作子網段的有線網絡。
圖4中示意了一個有線網絡,其中幾個無線網絡節點作為一個子網段。這些節點作為接入點而設計的,相當于一個HUB(網絡集線器),最多可同時和50個無線用戶通訊。并通過一個簡單的端口和一個以太網HUB相連。另一方面,所有的有線用戶都通過與HUB的直接連接而與網絡通信。
因為無線接入點(AP)按照IEEE802.3規程傳輸IEEE802.3分組包到HUB,基本上可以說它是一個以太網絡。沒有必要為增加無線節點而購買新的應用設備。在AP里從802.3到的所有結構變換都已經完成,包括了在AP各單元中實行兩種協議所必要的固件和軟件。AP可以通過任何膝上型電腦和PC,使用設置軟件包中的軟件來完成管理。對用戶和網管人員來說也不需要任何新的應用程序。
以下是假定的簡化研究的建筑相關條件
你還需要做一些成本估算。對適配卡來說,PCMCIA卡用于無線連接,他們是膝上型電腦用戶最流行的配置,能夠滿足用戶靈活移動的需要。假設每塊卡的價格為350美元。某些卡在表中所列的價格相對較高,在教育市場上,當考慮到卡的數量和特殊用途時,PCMCIA卡有過每塊250美元的低價格。
假定10/100M以太網卡的價格約為40美元。現在的電腦帶有以太網卡,因而網卡價格可以看成是零。在這個研究個案中我們把每塊卡的價格定為40美元。
對AP來說,價格從1,000美元 到 2,000美元不等,大部分的AP售價在1,200美元左右。HUB的估價:使用率75%為75美元/口；這意味著在任何時候都有25%的HUB口沒有使用。所以,在估算HUB成本時,除了確定的用戶數之外還要33%的冗余端口。
配線的價格從低端的200美元/層到高端的600美元/層。在這里我們用400美元/層的價格,由和個案研究有聯系的大量機構來負擔。該價格包含了將HUB口接到一個或兩個RJ45連接器的工料費,在100米范圍內進行連線,且上下樓層間極少或不需要鉆孔。
建筑物測量的費用為一次性花費,決定于建筑物外形、所需AP的數量及其位置。這一項目和環境需求一樣昂貴。如上述所選擇的建筑物,可用一個信號強度(signal-strength)測量軟件在不到一小時的時間內完成。僅需一個技術人員和一臺便攜電腦及相應的軟件。我們可假定技術員的工資為250美元/小時。
表1:成本比較表
成本比較表中列出了和無線設備及以太網絡子段相關的成本價格。硬件價格最大的不同就是用于無線連接的PCMCIA卡的價格要遠遠高于用于以太網連接的價格。而AP僅是無線方面的費用,由于每個AP只需要一個HUB口,故能減少用在HUB端口購買方面的大量開支。這相當于節省以太網成本的5%,因為在整個有線的以太網中,每個節點是以每口75美元的價格直接連到HUB上的。所節省的花費和百分比隨著節點的數目而變化。
兩種技術之間的主要不同在于布線的成本。在一個WLAN中只有AP 需要配線連接到hub上,而且只要4個這樣的單元。布線的費用僅限于1,600美元,如果單位價格為400美元/層,配線連接的總額高達35,200美元。
另一項無線網需要的費用是建筑物測量的費用,該項費用報價范圍較寬。但是從我們的經驗來看,一個如前文所述的物理環境,測量時間不到一個小時。
任何新技術的生存及發展都決定于它的性能、成本和主導目標市場價格的能力。與構建良好、成熟的以太網技術相比,由IEEE工作組提供的無線技術和通信規程網已經有了競爭力。RF硅處理工藝和封裝技術的進一步發展將促使市場到達一個價位,在該價格水平上,WLAN將成為首選技術。
欲了解更多信息,請聯系:
Bill Garon
Fax: 1- 407-724-7886
E-mail: wgaron@
Albert Petrick
Fax: 1- 407-724-7886
E-mail: apetrick@
網站推薦
用無線局域網傳遞話音信息
由于端到端延遲原因,工作在1Mbps 和 2Mbps頻帶的無線局域網在同時傳送語音和數據時已無法滿足要求。目前正在考慮使用工作在11Mbps、的網絡系統,該系統可以充分解決受時間限制的應用中諸多潛在問題。
?article_id=8800014242
硅鍺半導體有益于3G的無線應用 在無線手機的IC級集成中將繼續使用硅鍺半導體(SiGe)的交叉集成性能。然而,在整體結構的分割和設計中,需要進行基本變換。
?article_id=8800012386
千兆比特以太網解決網絡瓶頸問題
隨著多媒體在Intranet上應用日漸普及,對更高傳輸帶寬的要求也日益增加。盡管有大量技術可供選用,但是銅基千兆比特以太網在不久的將來極有可能成為主流技術產品。
?article_id=8800009874
