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 的五個關(guān)鍵問題。802.11ax 是下一個 Wi-Fi 標準。我們來了解下射頻工程師根據(jù) 802.11ax 進行設(shè)計時將面臨的一些挑戰(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，我們來看一下 802.11ax 的基本信號結(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)傳輸至一個或多個用戶。
? 室外 (HE-xSU)用于單個用戶的室外傳輸。這種是 802.11ax 標準中的新格式。
? 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)。用于實現(xiàn)上行 MU-MIMO 或上行 OFDMA 傳輸與接入點之間的協(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
等待或睡眠時間：射頻前端面臨的挑戰(zhàn)是什么？
802.11ax 增加的一個內(nèi)容就是目標等待時間 (TWT)（亦稱為睡眠時間），允許設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)之前長時間處于睡眠狀態(tài)。這種資源調(diào)度可延長電池續(xù)航時間，并提供更優(yōu)的用戶體驗。
然而，開機模式下的延遲可能會是一大挑戰(zhàn)。
TWT 還會帶來下述問題：
? 對 OFDMA 中的頻率和時鐘偏置具有高敏感性。與 LTE 基站技術(shù)不同的是，802.11ax 并沒有同步時鐘信號。因此，設(shè)備將依靠接入點確保網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的同步。此外，11ax 采用比 11ac 更長的 OFDM 符號，這意味著可獲得更多數(shù)據(jù)。簡而言之，接入點將不得不比過去更高負荷工作，且必須更精確。
? 維持更長時間的平坦度。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) 初始開機時間并未改變，仍是 200-400 納秒。然而，增益平坦度卻得到了擴展，從而保證前端模塊 (FEM) 在數(shù)據(jù)包傳輸期間不會出現(xiàn)增益擴增或增益下降。
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)。如我們在前面提到的那樣，802.11ax 針對室外 Wi-Fi，即 HE-xSU PPDU 格式（如本博客文章結(jié)束部分的 PPDU 圖所示），增加了一個全新的數(shù)據(jù)包格式。室外 PPDU 格式的擴展范圍使 Wi-Fi 信號能夠傳播更遠的距離，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)用與移動應(yīng)用的功率目標相似，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)計技巧
如何防止運轉(zhuǎn)過熱：克服 Wi-Fi 前端設(shè)計中的熱量難題
符合 802.11ax 中更高系統(tǒng)要求的設(shè)計
802.11ax 采用的調(diào)制方案，1024 QAM，將無線速度提高了 4 倍。但這也意味著，系統(tǒng)變得對內(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)計挑戰(zhàn)：
? 更嚴格的 PA 線性度規(guī)范。在 802.11ax 中，1024 QAM 中更嚴格的星座點密度要求將 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，不要忘記對衡量 FEM/iFEM 的 EVM 測試系統(tǒng)進行評估。
? LNA 必須具備更低的噪聲系數(shù) (NF)。早期的參考設(shè)計要求將低噪聲放大器 (LNA) 的噪聲系數(shù) (NF) 目標設(shè)置為 2.5-3.0 dB。而在 802.11ax 中，系統(tǒng)靈敏度目標將 LNA 的 NF 新目標設(shè)置為 1.5-1.8 dB。
? 增益擴增/下降。十年前，增益失衡目標為 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，以實現(xiàn) -47 dB EVM 目標。
? 系統(tǒng)的總?cè)菹蕖脑O(shè)計角度來看，目標 PA 規(guī)范為 -47 dB EVM，但是實際的系統(tǒng)規(guī)范為 35 dB EVM。通常，芯片組合作伙伴將力求實現(xiàn)系統(tǒng)容限。
為解決所有這些設(shè)計問題，工程師和市場營銷人員可進行下述考慮：
? 提高功耗以實現(xiàn) EVM 目標。如果提高 Icc，系統(tǒng)通常將實現(xiàn)更優(yōu)的 EVM，但是也會降低功率附加效率 (PAE)。為了適當?shù)貦?quán)衡 PAE 和線性度，我們需要優(yōu)化下述重點領(lǐng)域：
? 負載線路
? 級間匹配
? 偏置電路設(shè)計
? 數(shù)字預(yù)失真 (DPD)
? 包絡(luò)跟蹤 (ET)
? 設(shè)計依據(jù)：設(shè)備是需要成為高端市場的一流產(chǎn)品，還是服務(wù)大眾市場。答案完全取決于市場，因為具體要求會隨客戶和應(yīng)用的不同而變化。早期采用者和旗艦頂級產(chǎn)品可能需要努力實現(xiàn)最優(yōu)性能 ( 47 dB EVM)。相反，如果產(chǎn)品針對大眾市場或低成本市場，則可能在 802.11ax 于高端市場首次推出后一兩年都無需支持這項標準。
最后一個問題
根據(jù)仍不穩(wěn)定的標準進行設(shè)計
首先，請記住 802.11ax 規(guī)范仍有待確定，我們應(yīng)與應(yīng)用團隊共同按照現(xiàn)有標準最大限度地完善產(chǎn)品設(shè)計。隨著這個 Wi-Fi 標準逐漸成形，Qorvo 致力于幫助客戶滿足標準要求，并提供專業(yè)設(shè)計協(xié)助。有關(guān)技術(shù)指導(dǎo)和應(yīng)用支持，請訪問我們的技術(shù)支持網(wǎng)頁。
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)簡介，來自 National Instruments
? IEEE 802.11ax 技術(shù)引進白皮書，來自 Rohde & Schwarz
? 802.11ax 標準探討：802.11Ax 是什么及如何克服它帶來的設(shè)計和測試挑戰(zhàn)，來自 Keysight Technologies
? 功率放大器 EVM 測試缺陷 (PDF)，來自 LitePoint
