在以前的一篇博客文章中，我們介紹了讀者應該了解的關于 802.11ax 的五個關鍵問題。802.11ax 是下一個 Wi-Fi 標準。我們來了解下射頻工程師根據 802.11ax 進行設計時將面臨的一些挑戰及解決方法。

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 的基本信號結構，也就是Wi-Fi 客戶端和設備用于通信的物理層協議數據單元。

 

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據。
? 多用戶 (HE-MU)用于將不響應觸發幀的數據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。
? 觸發器響應 (HE-TRIG)用于傳輸響應觸發幀的數據。用于實現上行 MU-MIMO 或上行 OFDMA 傳輸與接入點之間的協調。
? 下行信道聲探 (HE-NDP)用于波束成形和下行信道聲探。

參見本博客文章結束部分的圖片，了解每種 PPDU 格式的幀數據包和字段詳情。

 

Q&A

等待或睡眠時間：射頻前端面臨的挑戰是什么？

 

802.11ax 增加的一個內容就是目標等待時間 (TWT)（亦稱為睡眠時間），允許設備在傳輸數據之前長時間處于睡眠狀態。這種資源調度可延長電池續航時間，并提供更優的用戶體驗。 

 

然而，開機模式下的延遲可能會是一大挑戰。

 

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 基站技術不同的是，802.11ax 并沒有同步時鐘信號。因此，設備將依靠接入點確保網絡上所有設備的同步。此外，11ax 采用比 11ac 更長的 OFDM 符號，這意味著可獲得更多數據。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) 在數據包傳輸期間不會出現增益擴增或增益下降。 

室內與室外 Wi-Fi：兩者之間的相似之處和不同之處是什么？

為了使 802.11ax 能夠用于所有環境中，需要使用室內 Wi-Fi 和室外基站或小基站。

室內和室外環境下的前端開發非常相似。在共存戰略（帶外抑制、諧波濾波器和頻率范圍）方面也很相似。

室內和室外環境的主要不同之處包括：
? 室外環境采用新的數據包結構。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（如本博客文章結束部分的 PPDU 圖所示），增加了一個全新的數據包格式。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 環境的典型特性。
? 功率水平及由此產生的散熱問題。盡管一些用戶端設備 (CPE) 應用與移動應用的功率目標相似，但也存在高功率類設備，這意味著熱管理更加重要。

了解更多設計技巧

如何防止運轉過熱：克服 Wi-Fi 前端設計中的熱量難題
 
符合 802.11ax 中更高系統要求的設計

802.11ax 采用的調制方案，1024 QAM，將無線速度提高了 4 倍。但這也意味著，系統變得對內部和外部損壞更敏感。

下面是工程師應清楚的一些設計挑戰：

? 更嚴格的 PA 線性度規范。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 IEEE doc 11-17-1350 的規定降低系統 EVM 要求。）另外，不要忘記對衡量 FEM/iFEM 的 EVM 測試系統進行評估。
? LNA 必須具備更低的噪聲系數 (NF)。早期的參考設計要求將低噪聲放大器 (LNA) 的噪聲系數 (NF) 目標設置為 2.5-3.0 dB。而在 802.11ax 中，系統靈敏度目標將 LNA 的 NF 新目標設置為 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 -47 dB EVM 目標。  
? 系統的總容限。從設計角度來看，目標 PA 規范為 -47 dB EVM，但是實際的系統規范為 35 dB EVM。通常，芯片組合作伙伴將力求實現系統容限。

為解決所有這些設計問題，工程師和市場營銷人員可進行下述考慮：
? 提高功耗以實現 EVM 目標。如果提高 Icc，系統通常將實現更優的 EVM，但是也會降低功率附加效率 (PAE)。為了適當地權衡 PAE 和線性度，我們需要優化下述重點領域：
? 負載線路
? 級間匹配
? 偏置電路設計
? 數字預失真 (DPD)
? 包絡跟蹤 (ET)
? 設計依據：設備是需要成為高端市場的一流產品，還是服務大眾市場。答案完全取決于市場，因為具體要求會隨客戶和應用的不同而變化。早期采用者和旗艦頂級產品可能需要努力實現最優性能 ( 47 dB EVM)。相反，如果產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

根據仍不穩定的標準進行設計

首先，請記住 802.11ax 規范仍有待確定，我們應與應用團隊共同按照現有標準最大限度地完善產品設計。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，并提供專業設計協助。有關技術指導和應用支持，請訪問我們的技術支持網頁。

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的詳情。

有關 802.11ax 的技術資源

? 802.11ax 高效率 Wi-Fi 技術簡介，來自 National Instruments
? IEEE 802.11ax 技術引進白皮書，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計和測試挑戰，來自 Keysight Technologies
? 功率放大器 EVM 測試缺陷 (PDF)，來自 LitePoint