新一代802.11ac標準快速上位

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)。

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。

TriQuint的WLAN解決方案

TriQuint一直以來(lái)便為高性能WLAN應用提供解決方案，包括最近針對智能手機和平板電腦的單頻段2.4G、單頻段5G和專(zhuān)用雙頻段應用。從2009年以來(lái)，TriQuint的WiFi模塊出貨量已達到近3億單元，而且受到消費者對無(wú)論何時(shí)何地都需要網(wǎng)絡(luò )連接的需求驅動(dòng)，其銷(xiāo)售收入還在穩步增長(cháng)。

TriQuint利用E/D pHEMT、BiHEMT和HBT技術(shù)，將有源和無(wú)源器件集成到完整而緊湊的前端封裝，實(shí)現了更好的無(wú)線(xiàn)連接性。這些集成的WLAN解決方案可簡(jiǎn)化射頻設計，縮小PCB板占位需求 ，縮短設計周期，并更快實(shí)現下一代無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

其中，E/D pHEMT技術(shù)允許將多個(gè)元件，如功放、開(kāi)關(guān)、LNA和偏置網(wǎng)絡(luò )控制器，集成到更小的占板空間，明顯優(yōu)于多裸片和層迭式解決方案。TriQuint還開(kāi)發(fā)了首項高產(chǎn)量GaAs 增強和消耗模式(enhancement and depletion-mode)pHEMT代工工藝。