802.11ac標準的優(yōu)勢及新應用

自1997年問(wèn)世以來(lái)，802.11無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)絡(luò )標準在過(guò)去十多年來(lái)已取得了巨大的成功。從一開(kāi)始被視為主要用于垂直行業(yè)生產(chǎn)力提升的技術(shù)，到現在，該標準目前不但已經(jīng)是資訊產(chǎn)業(yè)最成熟、最普及的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù);

而且隨著(zhù)科技不斷的進(jìn)展，802.11標準也演變成為無(wú)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用，802.11標準也不斷進(jìn)化，每個(gè)世代的新技術(shù)都提供越來(lái)越優(yōu)質(zhì)的用戶(hù)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)做好準備向第五代Gigabit速度的802.11ac過(guò)渡了。

基于強大的安裝基礎，新的802.11ac標準將進(jìn)一步推動(dòng)新的應用和市場(chǎng)機遇。ABI Research公司預測，繼2012年實(shí)現小規模的出貨量，2013年出貨量得到明顯的增長(cháng)，到2014年， IEEE 802.11ac將成為主導性的WiFi協(xié)議。In-Stat公司也預測，到2015年，采用新的802.11ac技術(shù)的設備出貨量將達到10億單位。

本文將介紹802.11ac標準的優(yōu)勢以及它將推動(dòng)的新應用。同時(shí)，從功率放大器的角度來(lái)看，我們也將分析該新標準將帶來(lái)的挑戰，以及射頻解決方案廠(chǎng)商TriQuint半導體公司的射頻前端解決方案。

什么是802.11ac?

802.11ac標準的制定主要是欲以5GHz頻帶提供高吞吐量，除了能帶來(lái)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據同步作業(yè)和備份。

理論上來(lái)講，這個(gè)規范將實(shí)現至少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(guò)拓展802.11n采用的空中接口概念來(lái)實(shí)現的：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(gè))、多用戶(hù)MIMO、以及高密度調制解調(高達256 QAM)。

小知識：802.11ac與802.11n的同與不同

從核心技術(shù)來(lái)看，802.11a c是在802.11a無(wú)線(xiàn)Wi-Fi標準之上建立起來(lái)的，包括將使用802.11a的5GHz頻段。不過(guò)在通道的設置上，802.11ac將沿用802.11n的MIMO(多進(jìn)多出)技術(shù)，為它的傳輸速率達到1Gbps打下基礎。

802.11ac每個(gè)通道的工作頻率將由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大約10%的實(shí)際頻率調制效率提升，最終理論傳輸速度將由802.11n最高的600Mbps躍升至1Gbps。

當然，實(shí)際傳輸率可能在300Mbps～400Mbps之間，接近目前802.11n實(shí)際傳輸率的3倍(目前802.11n無(wú)線(xiàn)路由器的實(shí)際傳輸率為75Mbps～150Mbps之間)，完全足以在一條信道上同時(shí)傳輸多路壓縮視頻流。

此外，802.11ac還將向后兼容802.11全系列現有和即將發(fā)布的所有標準和規范，包括即將發(fā)布的802.11s無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀架構以及802.11u等。安全性方面，它將完全遵循802.11i安全標準的所有內容，使得無(wú)線(xiàn)Wi-Fi能夠在安全性方面達到企業(yè)級用戶(hù)的需求。

根據802.11a c的實(shí)現目標，未來(lái)802.11ac將可以幫助企業(yè)或家庭實(shí)現無(wú)縫漫游，并且在漫游過(guò)程中能支持Wi-Fi產(chǎn)品相應的安全、管理以及診斷等應用。

由于802.11ac只在不太擁擠、且更“干凈”的5GHz頻譜中工作，來(lái)自其他設備對空中電波的競爭將會(huì )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(shí)，802.11ac結合了波束形成技術(shù)，這是WiFi發(fā)射機“學(xué)習”避開(kāi)它與正在傳輸的目標設備之間無(wú)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(mén)級1×1 802.11ac產(chǎn)品速率將達到450Mbit/s，若采用現行的802.11n標準，需要以3×3的系統配置才能達到這樣的速度。

由于新標準可為制造商帶來(lái)開(kāi)發(fā)不同級別性能產(chǎn)品的靈活性，有些高速I(mǎi)EEE 802.11ac設備將提供超過(guò)1Gbit/s的無(wú)線(xiàn)傳輸速率——如此卓越的速率將使IEEE 802.11ac無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )超越了大多數有限網(wǎng)絡(luò )。更快的檔案傳輸也有助于延長(cháng)手機的電池壽命。

當然，采用新的IEEE 802.11ac標準的設備也要反向兼容，允許與舊的WiFi產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)縫的交互操作。

憑借更高的吞吐量和數據傳輸率，以及對單鏈路和多站增強的支持，802.11ac標準將有助于實(shí)現一些新的WLAN使用情境，比如將HD視頻同步傳輸給家中的多個(gè)用戶(hù)、快速同步和備份大型數據文件、無(wú)線(xiàn)顯示、大型校園/禮堂部署、以及制造車(chē)間自動(dòng)化。

除了以上這些，對于快速增長(cháng)的智能手機市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，802.11ac標準將于NFC和4G/LTE一起運作，提供快速同步的應用，并幫助減輕4G蜂窩網(wǎng)絡(luò )上的移動(dòng)視頻流量負擔。

適合802.11ac標準的功率放大器解決方案

由于802.11ac標準可瞄準多樣化應用，選擇合適的WiFi解決方案很大程度上取決于終端市場(chǎng)的需求是否得到滿(mǎn)足。舉個(gè)例子，它在接入點(diǎn)(A/P), 路由器和僅WiFi方案中的應用將較為常見(jiàn)。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苛。

而對A/P、路由器來(lái)說(shuō)，覆蓋范圍卻是非常關(guān)鍵。因此，就這類(lèi)裝置的系統級需求來(lái)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(dòng)應用來(lái)說(shuō)，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(zhù)802.11標準不斷進(jìn)化，對功放設計來(lái)說(shuō)，輸出功率和EVM要求已變得越來(lái)越具挑戰性。EVM(錯誤矢量級)是一種用來(lái)量化數字無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機或接收機性能的一種手段，越低的EVM意味著(zhù)更佳的線(xiàn)性度。對于802.11ac標準，原來(lái)802.11n時(shí)2.8%到3%的EVM限制，現在下降到了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的高密度調制解調。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更高的數據傳輸率。

這也就是為什么在802.11ac標準中，PA的EVM必須降低到2%以下，因為更高的信噪比意味著(zhù)802.11ac發(fā)射機必須比802.11n的發(fā)射機線(xiàn)性度更好。所以，必須采用比802.11n線(xiàn)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矯正機制，都有助于提升線(xiàn)性度。雖然這些設計方式需要更高的直流電，但由于802.11ac的高數據率可以在更短時(shí)間完成傳輸作業(yè)，因此整體來(lái)看，仍能降低傳輸數據造成的功率耗損。

TriQuint基于砷化鎵(GaAs)的功率放大器，無(wú)論是采用E/D pHEMT、HBT、還是BiHEMT工藝技術(shù)，都比目前市場(chǎng)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標準提供優(yōu)異的性能。

小結

不斷增長(cháng)的數字媒體和無(wú)線(xiàn)連接設備需要更快、更可靠的無(wú)線(xiàn)協(xié)議，這為802.11ac標準的快速采用搭好了舞臺。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 )應用的802.11ac系統便有望問(wèn)世，而采用802.11ac標準的智能手機和平板電腦預計將于2013年推出。802.11ac預計將推動(dòng)更多的創(chuàng )新應用。

為了抓住這個(gè)巨大的市場(chǎng)機遇，并做好充分準備，設備制造商必須按照不同的應用和功能組合，選擇最適合他們產(chǎn)品的解決方案。