符合 802.11ax Wi-Fi 标准的设计:常见挑战及解决方法
背景信息
下面是一些背景信息:802.11ax 的五种 OFDMA PPDU 格式
• 多用户 (HE-MU)用于将不响应触发帧的数据传输至一个或多个用户。
• 室外 (HE-xSU)用于单个用户的室外传输。这种是 802.11ax 标准中的新格式。
• 触发器响应 (HE-TRIG)用于传输响应触发帧的数据。用于实现上行 MU-MIMO 或上行 OFDMA 传输与接入点之间的协调。
• 下行信道声探 (HE-NDP)用于波束成形和下行信道声探。
等待或睡眠时间:射频前端面临的挑战是什么?
• 对 OFDMA 中的频率和时钟偏置具有高敏感性。与 LTE 基站技术不同的是,802.11ax 并没有同步时钟信号。因此,设备将依靠接入点确保网络上所有设备的同步。此外,11ax 采用比 11ac 更长的 OFDM 符号,这意味着可获得更多数据。简而言之,接入点将不得不比过去更高负荷工作,且必须更精确。
• 维持更长时间的平坦度。一些芯片组合作伙伴提供的规范表明,802.11ax 中的功率放大器 (PA) 初始开机时间并未改变,仍是 200-400 纳秒。然而,增益平坦度却得到了扩展,从而保证前端模块 (FEM) 在数据包传输期间不会出现增益扩增或增益下降。
• 室外环境采用新的数据包结构。如我们在前面提到的那样,802.11ax 针对室外 Wi-Fi,即 HE-xSU PPDU 格式(如本博客文章结束部分的 PPDU 图所示),增加了一个全新的数据包格式。室外 PPDU 格式的扩展范围使 Wi-Fi 信号能够传播更远的距离,这是室外 Wi-Fi 环境的典型特性。
• 功率水平及由此产生的散热问题。尽管一些用户端设备 (CPE) 应用与移动应用的功率目标相似,但也存在高功率类设备,这意味着热管理更加重要。
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如何防止运转过热:克服 Wi-Fi 前端设计中的热量难题
符合 802.11ax 中更高系统要求的设计
• LNA 必须具备更低的噪声系数 (NF)。早期的参考设计要求将低噪声放大器 (LNA) 的噪声系数 (NF) 目标设置为 2.5-3.0 dB。而在 802.11ax 中,系统灵敏度目标将 LNA 的 NF 新目标设置为 1.5-1.8 dB。
• 增益扩增/下降。十年前,增益失衡目标为 1 dB,而如今已降至 0.3-0.5 dB。如下图所示,增益和相位失衡逐渐被推至左下角,以实现 -47 dB EVM 目标。
• 系统的总容限。从设计角度来看,目标 PA 规范为 -47 dB EVM,但是实际的系统规范为 35 dB EVM。通常,芯片组合作伙伴将力求实现系统容限。
• 提高功耗以实现 EVM 目标。如果提高 Icc,系统通常将实现更优的 EVM,但是也会降低功率附加效率 (PAE)。为了适当地权衡 PAE 和线性度,我们需要优化下述重点领域:
• 负载线路
• 级间匹配
• 偏置电路设计
• 数字预失真 (DPD)
• 包络跟踪 (ET)
• 设计依据:设备是需要成为高端市场的一流产品,还是服务大众市场。答案完全取决于市场,因为具体要求会随客户和应用的不同而变化。早期采用者和旗舰顶级产品可能需要努力实现最优性能 ( 47 dB EVM)。相反,如果产品针对大众市场或低成本市场,则可能在 802.11ax 于高端市场首次推出后一两年都无需支持这项标准。
最后一个问题
根据仍不稳定的标准进行设计
• IEEE 802.11ax 技术引进白皮书,来自 Rohde & Schwarz
• 802.11ax 标准探讨:802.11Ax 是什么及如何克服它带来的设计和测试挑战,来自 Keysight Technologies
• 功率放大器 EVM 测试缺陷 (PDF),来自 LitePoint
近来,Qorvo 推出了一系列的虚拟在线网络研讨会—— Qorvo 在线设计大会,旨在帮助大家探索RF和电源管理方面的技术。借助这 12 集的视频,Qorvo 希望能帮助您解决 5G、Wi-Fi、雷达、移动和电机控制方面最棘手的设计挑战。
在过去的 20 年中,通常被称为 Wi-Fi 的 IEEE 802.11 已从 2 Mbps 发展到千兆位以上的速度,吞吐能力提高了 1000 倍。该标准通过引入诸如 802.11n、802.11ac 和 802.11ax(Wi-Fi 6)等新协议不断推进自身发展(如图1)。新标准支持更高阶的调制方案,例如 64 QAM、256 QAM 和 1024 QAM。这些新标准支持向单个客户端或多个客户端同时传输多个数据流;除提高峰值数据速率外,还努力加强了表征系统对可用频谱的利用程度的频谱效率。
最新一代的Wi-Fi(称为Wi-Fi 6)带来了一些显著的性能改进,旨在解决老一代的限制。尽管已经通过802.11ax 认证的芯片提供了大量路由器和客户端,但Wi-Fi 6才刚刚开始推广。它将在2020年9月成为IEEE正式规范的一部分。这将迎来一波更新的设备浪潮,吹捧新的无线功能,这些功能将为下一代网络带来更快的速度和更少的拥塞。
并非所有的 wifi 都是平等的, 并且确定您的设备使用的 wifi 技术的哪一代可能是相当复杂的。例如, 你知道802.11n 早于802.11ac 吗?对于那些不这样做的人来说, wi-fi 联盟将会让事情变得更简单,推出下一个版本的 wifi 802.11ax--简单地说是 wifi 6。
5G和IEEE 802.11ax都可实现较高的数据速率(Gb/s),都将消耗大量功率以获得良好的覆盖范围,同时两者都试图进入对方的领域。近日,在2018中国西部微波射频技术研讨会上, Qorvo无线连接事业部亚太区市场与事业开发经理林健富Jeff Lin带我们详细认识了第七代无线技术802.11ax,以及如何充分利用5G与802.11ax的优势,定义和执行技术的战略。