在以前的一篇博客文章中，我們介紹了讀者應(yīng)該了解的關(guān)于 802.11ax 的五個(gè)關(guān)鍵問題。802.11ax 是下一個(gè) Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)。我們來(lái)了解下射頻工程師根據(jù) 802.11ax 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將面臨的一些挑戰(zhàn)及解決方法。
背景信息
下面是一些背景信息：802.11ax 的五種 OFDMA PPDU 格式
但首先，我們來(lái)看一下 802.11ax 的基本信號(hào)結(jié)構(gòu)，也就是Wi-Fi 客戶端和設(shè)備用于通信的物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。
802.11ax 采用五種 OFDMA PPDU 格式：
? 單一用戶 (HE-SU)用于傳輸單個(gè)用戶的數(shù)據(jù)。
? 多用戶 (HE-MU)用于將不響應(yīng)觸發(fā)幀的數(shù)據(jù)傳輸至一個(gè)或多個(gè)用戶。
? 室外 (HE-xSU)用于單個(gè)用戶的室外傳輸。這種是 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)中的新格式。
? 觸發(fā)器響應(yīng) (HE-TRIG)用于傳輸響應(yīng)觸發(fā)幀的數(shù)據(jù)。用于實(shí)現(xiàn)上行 MU-MIMO 或上行 OFDMA 傳輸與接入點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)。
? 下行信道聲探 (HE-NDP)用于波束成形和下行信道聲探。
參見本博客文章結(jié)束部分的圖片，了解每種 PPDU 格式的幀數(shù)據(jù)包和字段詳情。
Q&A
等待或睡眠時(shí)間：射頻前端面臨的挑戰(zhàn)是什么？
802.11ax 增加的一個(gè)內(nèi)容就是目標(biāo)等待時(shí)間 (TWT)（亦稱為睡眠時(shí)間），允許設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)之前長(zhǎng)時(shí)間處于睡眠狀態(tài)。這種資源調(diào)度可延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，并提供更優(yōu)的用戶體驗(yàn)。
然而，開機(jī)模式下的延遲可能會(huì)是一大挑戰(zhàn)。
TWT 還會(huì)帶來(lái)下述問題：
? 對(duì) OFDMA 中的頻率和時(shí)鐘偏置具有高敏感性。與 LTE 基站技術(shù)不同的是，802.11ax 并沒有同步時(shí)鐘信號(hào)。因此，設(shè)備將依靠接入點(diǎn)確保網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的同步。此外，11ax 采用比 11ac 更長(zhǎng)的 OFDM 符號(hào)，這意味著可獲得更多數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)而言之，接入點(diǎn)將不得不比過(guò)去更高負(fù)荷工作，且必須更精確。
? 維持更長(zhǎng)時(shí)間的平坦度。一些芯片組合作伙伴提供的規(guī)范表明，802.11ax 中的功率放大器 (PA) 初始開機(jī)時(shí)間并未改變，仍是 200-400 納秒。然而，增益平坦度卻得到了擴(kuò)展，從而保證前端模塊 (FEM) 在數(shù)據(jù)包傳輸期間不會(huì)出現(xiàn)增益擴(kuò)增或增益下降。
室內(nèi)與室外 Wi-Fi：兩者之間的相似之處和不同之處是什么？
為了使 802.11ax 能夠用于所有環(huán)境中，需要使用室內(nèi) Wi-Fi 和室外基站或小基站。
室內(nèi)和室外環(huán)境下的前端開發(fā)非常相似。在共存戰(zhàn)略（帶外抑制、諧波濾波器和頻率范圍）方面也很相似。
室內(nèi)和室外環(huán)境的主要不同之處包括：
? 室外環(huán)境采用新的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。如我們?cè)谇懊嫣岬降哪菢樱?02.11ax 針對(duì)室外 Wi-Fi，即 HE-xSU PPDU 格式（如本博客文章結(jié)束部分的 PPDU 圖所示），增加了一個(gè)全新的數(shù)據(jù)包格式。室外 PPDU 格式的擴(kuò)展范圍使 Wi-Fi 信號(hào)能夠傳播更遠(yuǎn)的距離，這是室外 Wi-Fi 環(huán)境的典型特性。
? 功率水平及由此產(chǎn)生的散熱問題。盡管一些用戶端設(shè)備 (CPE) 應(yīng)用與移動(dòng)應(yīng)用的功率目標(biāo)相似，但也存在高功率類設(shè)備，這意味著熱管理更加重要。
了解更多設(shè)計(jì)技巧
如何防止運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)熱：克服 Wi-Fi 前端設(shè)計(jì)中的熱量難題
符合 802.11ax 中更高系統(tǒng)要求的設(shè)計(jì)
802.11ax 采用的調(diào)制方案，1024 QAM，將無(wú)線速度提高了 4 倍。但這也意味著，系統(tǒng)變得對(duì)內(nèi)部和外部損壞更敏感。
下面是工程師應(yīng)清楚的一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：
? 更嚴(yán)格的 PA 線性度規(guī)范。在 802.11ax 中，1024 QAM 中更嚴(yán)格的星座點(diǎn)密度要求將 PA 線性度要求提高至大約 47 dB EVM。（然而，我們正努力根據(jù) IEEE doc 11-17-1350 的規(guī)定降低系統(tǒng) EVM 要求。）另外，不要忘記對(duì)衡量 FEM/iFEM 的 EVM 測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。
? LNA 必須具備更低的噪聲系數(shù) (NF)。早期的參考設(shè)計(jì)要求將低噪聲放大器 (LNA) 的噪聲系數(shù) (NF) 目標(biāo)設(shè)置為 2.5-3.0 dB。而在 802.11ax 中，系統(tǒng)靈敏度目標(biāo)將 LNA 的 NF 新目標(biāo)設(shè)置為 1.5-1.8 dB。
? 增益擴(kuò)增/下降。十年前，增益失衡目標(biāo)為 1 dB，而如今已降至 0.3-0.5 dB。如下圖所示，增益和相位失衡逐漸被推至左下角，以實(shí)現(xiàn) -47 dB EVM 目標(biāo)。
? 系統(tǒng)的總?cè)菹蕖脑O(shè)計(jì)角度來(lái)看，目標(biāo) PA 規(guī)范為 -47 dB EVM，但是實(shí)際的系統(tǒng)規(guī)范為 35 dB EVM。通常，芯片組合作伙伴將力求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容限。
為解決所有這些設(shè)計(jì)問題，工程師和市場(chǎng)營(yíng)銷人員可進(jìn)行下述考慮：
? 提高功耗以實(shí)現(xiàn) EVM 目標(biāo)。如果提高 Icc，系統(tǒng)通常將實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的 EVM，但是也會(huì)降低功率附加效率 (PAE)。為了適當(dāng)?shù)貦?quán)衡 PAE 和線性度，我們需要優(yōu)化下述重點(diǎn)領(lǐng)域：
? 負(fù)載線路
? 級(jí)間匹配
? 偏置電路設(shè)計(jì)
? 數(shù)字預(yù)失真 (DPD)
? 包絡(luò)跟蹤 (ET)
? 設(shè)計(jì)依據(jù)：設(shè)備是需要成為高端市場(chǎng)的一流產(chǎn)品，還是服務(wù)大眾市場(chǎng)。答案完全取決于市場(chǎng)，因?yàn)榫唧w要求會(huì)隨客戶和應(yīng)用的不同而變化。早期采用者和旗艦頂級(jí)產(chǎn)品可能需要努力實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能 ( 47 dB EVM)。相反，如果產(chǎn)品針對(duì)大眾市場(chǎng)或低成本市場(chǎng)，則可能在 802.11ax 于高端市場(chǎng)首次推出后一兩年都無(wú)需支持這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
最后一個(gè)問題
根據(jù)仍不穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)
首先，請(qǐng)記住 802.11ax 規(guī)范仍有待確定，我們應(yīng)與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)共同按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)最大限度地完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)。隨著這個(gè) Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)逐漸成形，Qorvo 致力于幫助客戶滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并提供專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)助。有關(guān)技術(shù)指導(dǎo)和應(yīng)用支持，請(qǐng)?jiān)L問我們的技術(shù)支持網(wǎng)頁(yè)。
您還可以閱讀我們的一些硬件合作伙伴提供的資源，以了解這項(xiàng)新興技術(shù)的詳情。
有關(guān) 802.11ax 的技術(shù)資源
? 802.11ax 高效率 Wi-Fi 技術(shù)簡(jiǎn)介，來(lái)自 National Instruments
? IEEE 802.11ax 技術(shù)引進(jìn)白皮書，來(lái)自 Rohde & Schwarz
? 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)探討：802.11Ax 是什么及如何克服它帶來(lái)的設(shè)計(jì)和測(cè)試挑戰(zhàn)，來(lái)自 Keysight Technologies
? 功率放大器 EVM 測(cè)試缺陷 (PDF)，來(lái)自 LitePoint
