在前一篇博客文章中,我们介绍了读者应该了解的关于802.11ax的五个关键问题。802.11ax是下一个无线局域网标准。我们来了解下射频工程师根据802.11ax进行设计时将面临的一些挑战及解决方法。
下面是一些背景信息:802.11ax的五种OFDMA-PPDU格式
但首先,我们来看一下802.11ax的基本信号结构,也就是无线局域网客户端和设备用于通信的物理层协议数据单元。
802.11ax采用五种OFDMA-PPDU格式:
- 单一用户(何素))用于传输单个用户的数据。
- 多用户(何穆)用于将不响应触发帧的数据传输至一个或多个用户。
- 室外(何克苏)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(他-特里格)用于传输响应触发帧的数据。用于实现上行多输入多输出或上行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
参见本博客文章结束部分的< <图片,了解每种PPDU格式的帧数据包和字段详情。
术语表:
- 电动汽车:误差矢量幅值
- 他:高效率
- 他说:高效WLAN(或高效无线)
- MU-MIMO:多用户多输入/多输出
- NDP:空数据包
- OFDMA:正交频分多址
- PLCP:物理层收敛程序
- PPDU:协议数据单元
- QAM:正交幅度调制
- 行波管:目标等待时间
等待或睡眠时间:射频前端面临的挑战是什么?
802.11ax增加的一个内容就是目标等待时间(行波管)(亦称为睡眠时间),允许设备在传输数据之前长时间处于睡眠状态。这种资源调度可延长电池续航时间,并提供更优的用户体验。

然而,开机模式下的延迟可能会是一大挑战。行波管还会带来下述问题:
- 对OFDMA中的频率和时钟偏置具有高敏感性。与长期演进技术基站技术不同的是,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更长的正交频分复用符号,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(有限元法)在数据包传输期间不会出现增益扩增或增益下降。
室内与室外无线局域网:两者之间的相似之处和不同之处是什么?
为了使802.11ax能够用于所有环境中,需要使用室内无线局域网和室外基站或小基站。
室内和室外环境下的前端开发非常相似。在共存战略(带外抑制、谐波滤波器和频率范围)方面也很相似。
室内和室外环境的主要不同之处包括:
- 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针对室外无线局域网,即何克苏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格式的扩展范围使无线局域网信号能够传播更远的距离,这是室外无线局域网环境的典型特性。
- 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。
了解更多设计技巧:如何防止运转过热:克服无线局域网前端设计中的热量难题
符合802.11ax中更高系统要求的设计
802.11ax采用的调制方案,1024QAM,将无线速度提高了4.倍。但这也意味着,系统变得对内部和外部损坏更敏感。
下面是工程师应清楚的一些设计挑战:
- 更严格的帕线性度规范。在802.11ax中,1024QAM中更严格的星座点密度要求将帕线性度要求提高至大约‑47分贝电动汽车。(然而,我们正努力根据IEEE文件11-17-1350的规定降低系统电动汽车要求。)另外,不要忘记对衡量FEM/iFEM的电动汽车测试系统进行评估。
- 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分贝。而在802.11ax中,系统灵敏度目标将LNA的法国试验标准新目标设置为1.5-1.8分贝。
- 增益扩增/下降。十年前,增益失衡目标为1分贝,而如今已降至0.3-0.5分贝。如下图所示,增益和相位失衡逐渐被推至左下角,以实现-47分贝电动汽车目标。
- T系统的总容限。从设计角度来看,目标帕规范为-47分贝电动汽车,但是实际的系统规范为‑35分贝电动汽车。通常,芯片组合作伙伴将力求实现系统容限。
为解决所有这些设计问题,工程师和市场营销人员可进行下述考虑:
- 提高功耗以实现电动汽车目标。如果提高国际商会,系统通常将实现更优的电动汽车,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分贝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
首先,请记住802.11ax规范仍有待确定,我们应与应用团队共同按照现有标准最大限度地完善产品设计。随着这个无线局域网标准逐渐成形,库沃致力于帮助客户满足标准要求,并提供专业设计协助。有关技术指导和应用支持,请访问我们的技术支持网页。
Y您还可以阅读我们的一些硬件合作伙伴提供的资源,以了解这项新兴技术的详情。
有关802.11ax的技术资源
- 802.11ax高效率无线局域网技术简介,来自国家文书
- IEEE 802.11ax技术引进白皮书,来自罗德与施瓦兹
- 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,来自击键技术
- 功率放大器电动汽车测试缺陷(PDF),来自莱特波特
