為掌握家庭與企業用戶的商機，無線區域網路（WLAN）技術正協助晶片與設備廠商搶攻此一市場。WLAN技術的演進持續快速地推展，促使制定標準的機構與互通性論壇（持續推動市場採納的關鍵要素）、產品代工研發業者以及半導體產業的相關廠商加快發展腳步。

在過去2、3年間，802.11b產品（11 Mbits/s）已被證實為低成本、使用簡易的技術，支援無線乙太網路與網際網路的連線環境。802.11b已發展出各種不同的規格，適合應用在電腦、PDA、手機甚至手持娛樂設備上。對於企業應用方面，業者對更高效能WLAN的興趣首先聚焦於傳輸速度達54Mbps的802.11a標準。雖然其有效通訊範圍比802.11b網路還要小，但因802.11a網路採用5.2GHz頻譜，有別於現有802.11b裝置所採用的2.4GHz頻帶，導致市場接納度不佳。因此，a-only網路卡的使用者無法與現已建置的b存取點進行通訊。

最新發展的WLAN技術則是802.11g。802.11b WLAN標準將為無線區域網路使用者提供許多重要的改進－其中包括更快的資料傳輸率以及802.11a所具備的正交分頻多工（OFDM）機制－而且和802.11b產品一樣使用2.4GHz的ISM頻帶。事實上，由於使用相同頻帶，而擬定g標準的IEEE將這方面的相容性強制納入規格中，故能與b-based產品達到回溯相容性。

對於OEM與ODM業者而言，802.11發展出a、b與g版本，加上顧客不願淘汰已建置的系統，導致業界發展眾多新的替代產品，其中包括g-only產品、雙模（a+b）產品以及多模產品（a+b+g）。儘管每種產品皆有成本、效能以及產品上市時程上的優缺點，但多模產品似乎是長期市場的贏家，因為它們將提供最佳的整體使用者經驗與效能，其中包括能根據系統功能、頻道負載以及使用者交流的資訊型態等因素，機動選擇a、b或g通訊規格，達到緊密銜接的漫遊能力。多模產品讓顧客能運用802.11g提供較大的涵蓋範圍以及802.11a支援較高的使用者密度，同時能支援企業端點的漸進式組合，故能同時支援2.4GHz與5.2GHz的通訊服務。

半導體解決方案供應商採取不同的途徑讓這些新技術邁入量產階段。無線系統架構繼續扮演關鍵的角色，協助業者決定這些解決方案的整體成本、效能、強固性、尺寸以及耗電性。半導體廠商面臨的挑戰則是如何為無線系統整合廠商提供最佳的技術，因為這些廠商不願意為多模解決方案支付太多的成本。成功的關鍵在於找出與解決架構上的設計問題，其中包括組成一套無線區域網路晶片組的射頻IC、基頻數位訊號處理器（DSP）以及媒體存取控制器（MAC）。

事實上，分別針對RF與DSP子區塊進行最佳化，對於開發多模型位元解決方案而言已不再是一項可行的方法。在較舊的無線系統中，由於資料傳輸率較低，讓次要的RF損壞不必進行彌補。但現今的無線通訊系統使用密度極高的I－Q元件群以達到所需的高位元傳輸率。因此無線電架構須為資料偵測器提供具備更高訊噪比（SNR）的訊號。透過各種主動式失真消除技術，讓RF+DSP子系統能在整個頻帶範圍內皆能符合各項嚴苛的要求。

Wi-Fi無線電的演進

綜觀WLAN的演進，讓我們能分析出這些新衍生的頻寬與調變機制所需的效能，正對無線電設計形成更嚴峻的限制。WLAN先前從1至2Mbps發展至5.5至11Mbps。在過程中，射頻IC架構從分離式元件演變為結合許多支援零中頻（ZeroIF）或直接轉換無線電技術的IC。但元件群的尺寸仍維持相當大的規模－BPSK（1bps/Hz） 與QPSK（2bps/Hz）－且DSP方面的設計挑戰延伸至支援Complementary Code Keying（CCK）調變，而不是先前的直接序列展頻（DSSS）。為達到54Mbps的資料傳輸率，業界發展出使用元件（6bps/Hz）的OFDM。這項演進讓設計業界在選擇最佳無線電架構上分裂成兩個派流：一派支持ZeroIF，另一派支持VLIF（very low-IF）。

位元傳輸率加上現有Wi-Fi無線元件，讓無線子系統的SNR成為關鍵的限制因素。資料偵測器所觀測到的最終SNR取決於傳送器的匯整雜訊－熱雜訊、相位雜訊、1/f雜訊、量化（quantization）雜訊、區域振盪器（LO）漏電；再者，透過無線媒體傳送資料時所發生的Rayleigh衰落效應以及通道損失（path loss）；最後，接收器發出的雜訊（熱雜訊、相位雜訊、1/f雜訊等）加上因頻率、DC偏移以及I/Q不平衡所造成的訊號失真；另外，接收器亦面臨因訊號分割與鄰近頻道干擾所造成的失真，所有雜訊與失真的來源都會降低資料偵測器所見到的訊號品質。若最終SNR低於目標值，DSP就須執行消除失真的處理作業。

設計挑戰

設計與建置OFDM無線系統面臨的挑戰，主要集中在瞭解整體雜訊容許度以及RF與DSP領域的分佈。在6Mbps下的SNR受到較多的熱雜訊限制，訊號失真的限制則較小，在54Mbps下的SNR，訊號失真的比率則較大。選擇的無線電架構會產生重要的影響，因為54 Mbps OFDM無線電若沒有某種程度的失真補償與校正，就無法達到所需的效能。所需的校正程度取決於架構屬於Very Low-IF、ZeroIF、或超外差（super heterodyne）；或者RF IC所選擇的半導體製程－CMOS、BiCMOS、矽鍺等（矽鍺比CMOS能提供雜訊更低的環境）。所需的補償程度會影響整體系統的零組件數量（可能增加晶粒的尺吋）、整體設計方案的功耗、傳輸效能、整體解決方案在不同運作環境的強固性以及對生產因素變化的容忍度。

無線電前端元件以往都採用外差／超外差架構，利用一或多組中頻（IF）位階達到 完備的選擇性與靈敏度。因此，外差／超外差無線電元件需要大量的獨立元件，但也因此讓系統難以達到較高程度的整合。針對廣大市場提供低成本的解決方案，須運用直接轉換的零中頻以及超低中頻無線電架構，將頻道過濾功能拉至低頻率環境執行。

選擇ZeroIF或VLIF架構應根據目標系統的訊噪比以及失真率（SNDR）、無線電的最低靈敏度以及blocker的規格。兩種架構在以下四個方面產生不同的研發挑戰。

直接轉移架構的主要優點在於成本。ZIF不須針對無線頻率使用昂貴的過濾器以排除映像效應，亦不須過濾中頻以支援頻率選擇作業。因此，它能達到較高的矽元件整合。直接轉移證明是一項理想的替代方案，因為它有助於降低元件數量、功耗以及機板空間的需求。

為了將802.11的資料傳輸率提升至54 Mbps，802.11a與802.11g標準採用OFDM調變機制來提高頻譜效率，讓頻道達到更高的流量。透過OFDM技術，系統可透過64組平行的子頻道，每個子頻道使用64-QAM，在20MHz的頻帶上傳送高速資料訊號。64-QAM的資料調變需要高SNR比，由於OFDM調變對於DC與頻率偏移所造成的失真相當敏感，故ZeroIF架構對於802.11a/g接收器而言，將會是較差的選擇。

VLIF接收器本身就會針對DM訊號進行過濾，讓系統排除DC雜訊，這種模式能避免ZeroIF架構所面臨的DC偏移問題。VLIF接收器的映像反射，可從區域的振盪器到混合器之間提供精準的求積訊號並加以支援。頻道選擇是由多相位過濾器負責執行，過濾器亦有助於反射最終下行轉換與DC訊號之間的映像，減輕A/D轉換器的動態範圍需求，而成功建置OFDM無線電系統的關鍵在於防止阻礙資料偵測的訊號失真。若DC偏移問題透過明智地選擇無線電架構加以解決，則DSP僅須執行頻率偏移修正的工作。

由於失真問題須要在ZeroIF接收器上解決，故某些設計業者努力降低傳送時的失真，以減輕接收器產生失真的問題且同時滿足系統運作的需求。然而，WLAN市場是由制定標準的IEEE所主導，因此，藉由降低傳輸失真以擴大接收端失真的限制範圍，可能在不同廠商產品之間造成互通性的問題，這種現象必定會對WLAN產業的成長造成負面影響。

在系統須與2.4GHz以及5.2GHz的頻道進行54Mbps無線通訊所衍生的SNR需求下，通訊範圍極為有限，且是造成企業建置的一項重要障礙。(圖一)顯示接收訊號的強度（資料偵測器的SNR）會因Rayleigh衰落效應而產生變動。針對未來WLAN系統發展的一項創新技術就是運用多組輸入多重輸出（MIMO）組態。如圖一所示，其中一項可能利益（除提高流量外）就是提高MIMO型WLAN的通訊範圍。一組雙天線的接收器系統能在接收器的DSP輸入端提供更高的SNR，並降低訊號衰減的幅度。

《圖一　左圖顯示接收天線因Rayleigh衰減效應造成的訊號強度波動；右圖顯示透過減低接收器天線Raleigh衰減效應將克服此問題》

其中一種可能的MIMO組態可以透過單天線的既有客戶端裝置連上一組雙天線的WLAN存取點，如(圖二)所示。在接收模式中，分時多工（TDD）存取點可使用最大比例結合（MRC）演算法，並在傳輸模式中使用最大比例傳輸（MRT）演算法。這種模式的優點在於不須變更802.11a/g標準或任何既有客戶端系統，不必另外建置相容產品。

《圖二　透過升級存取點與既有客戶端系統來擴大通訊範圍》

結論

隨著高畫質電視等高頻寬應用持續成長之際，Wi-Fi無線技術未來將繼續延用OFDM技術，但將會進行小幅的修改－那就是運用MIMO技術延伸通訊範圍以及頻寬，如(圖三)所示。事實上，藉由妥善校正雙天線提升其SNR，將讓未來的WLAN系統能隨時在流量與範圍之間進行切換，當客戶端裝置在存取點的無線通訊範圍移動時，能機動地調整傳輸流量。（作者任職於Agere）

《圖三　Wi-Fi無線技術發展藍圖》