802.11n成敗關鍵何在？

最新一代無線區域網路(WLAN)標準──802.11n，帶來了重大的技術挑戰。由於透過多天線支援多頻寬(2.4GHz和/或5GHz)，符合802.11n標準的WLAN元件也必須在輸出功率、尺寸大小等方面進行最佳化。

對於設計802.11n無線電電路的工程師而言，需要考量的因素包括整合性、功率、性能、濾波(filtering)、隔離(isolation)和吞吐量(throughput)。這一長串考量因素，是由於市場對於802.11n標準的期望很高，而設計工程師與元件製造商對802.11n草案標準的反應都非常快。

802.11n標準目前已進入3.0版草案，IEEE可望在2008年10月公佈最終版的規格。而儘管各家晶片製造商立場不同，卻一致認為整合(integration)將是802.11n成功關鍵所在。

目前已有數家晶片廠商推出了802.11n產品。如加拿大業者SiGe Semiconductor，最近發表802.11n模組SE2593A。雷凌科技(Ralink Technology)正推出其802.11n晶片組，並預計在2007年底推出單晶片方案。此外Broadcom已量產其802.11n無線電晶片，Atheros Communications則已發表其第三代802.11n產品。

採用整合式設計的各家晶片產品

隨著多入多出(MIMO)技術越來越複雜，802.11n元件正面臨著滿足OEM對尺寸和性能要求的挑戰；而解決晶片尺寸大小的方法就是整合。那麼，究竟能達到怎樣程度的整合？

目前晶片製造商把重點放在功率放大器(PA)或者無線電(radio)/基頻(baseband)功能。其中PA正被整合進前端模組(front-end modules，FEM)中，而FEM通常包括放大器、交換器和被動元件。這些前端元件能夠與整合的MAC/基頻/RF晶片組或者單晶片無線電一起使用；而如果PA整合了MAC/基頻/RF功能，則面臨尺寸大小的取捨問題。

SiGe Semiconductor正開發用於802.11n的FEM，其中整合了2.4GHz與5GHz功率放大器，以及低雜訊放大器、功率檢波器(power detector)、發送接收交換器、雙工器(diplexers)，封裝尺寸為5×6×1mm。

使用外部功率放大器或者前端模組的設計，尤其適於需要支援長傳輸距離、高品質的應用。「路由器或是電腦通常都是使用外部PA或FEM，為需要可靠連結效能與較長距離的應用提供額外的功率需求。」SiGe Semiconductor的資深系統工程師Darcy Poulin表示：「這樣的設計有益於例如家用設備的覆蓋率。」

對於那些將空間做為首要考量的應用，可提供整合了MAC/基頻/RF功能的元件是理想的選擇。雷凌所提供的晶片組解決方案，即是將MAC與基頻整合在一顆晶片中，再搭配一顆RF晶片。該公司的2.4/5GHz收發器晶片RT2850目前需搭配一顆外部PA，而整合PA的產品正在開發階段。

Boradcom原本也是提供雙晶片組解決方案，現在則新推出了802.11n單晶片BCM4322。該公司資深產品行銷經理Kevin Mukai表示，此新一代的產品整合了許多外部元件，包括兩顆接收器(receivers)、兩顆收發器(transmitters)，以及一顆CPU核心，可節省40%的晶片成本。不過該晶片需要搭配外部PA或是前端模組。

Atheros所提供的CMOS 802.11n單晶片AR9280，則是整合了MAC、基頻以及雙2.4/5GHz無線電晶片，採用10×10mm的QFN封裝。

關鍵技術規格

當為802.11n設計選擇RF前端時，關鍵的選擇標準不外乎就是尺寸、性能和成本。尺寸與成本很容易進行比較，不過對終端產品來說，能決定其成敗的晶片關鍵性能規格究竟為何？

SiGe的高級系統工程師Darcy Poulin認為，其關鍵是在滿足誤差向量幅度(error vector magnitude，EVM)的同時提供需要的功率，以及滿足頻譜屏蔽(spectral mask)要求、易於系統整合等條件。雷凌行銷經理Lillian Chiu認為，影響長距離性能的雜訊數據、影響短距離性能的1-dB壓縮的輸出功率，和影響峰值吞吐率的I/Q match最為重要。

Broadcom的Kevin Mukai則認為，輸出功率(output power)、線性度(linearity)和電流消耗(current consumption)是802.11n前端的關鍵指標。

而對於各家晶片供應商來說，在802.11n晶片設計上的最大挑戰又是什麼？SiGe的Poulin認為，最大的挑戰是在小尺寸產品中滿足多通道、多頻帶和嚴格的濾波要求，其他挑戰還包括滿足MIMO系統中嚴格的通道間隔離要求(透過謹慎的RF設計)，以及在MIMO環境中透過多通道傳輸來滿足嚴格的頻帶外傳送(out-of-band emission)需求(透過使用更多的線性功率放大器)。

雷凌的Chiu也同意MIMO技術帶來了許多設計挑戰，其中最大的門檻則是在逆操作情況(adverse operating conditions)下，達到MIMO OFDM的峰值吞吐量(peak throughput)。而Atheros的行銷副總裁Todd Antes則指出，最大的挑戰是滿足關鍵客戶的要求，將802.11n廣泛推向主流市場，而且提供消費者能負擔的低成本解決方案。

很明顯地，部份晶片供應商對新標準技術的掌握已達到一定的程度水準，這將有助於工程師們選用適當的晶片來進行802.11n設備的設計。

(參考原文：Integration key to 802.11n)