[評析]現行11ac系統設計的挑戰

作者\陸向陽

11ac商業化推行已逾1年,最初以11ac家用路由器、桌上型電腦擴充用的PCIe介面卡,筆記型電腦用的Mini PCIe模組子卡等為主,逐漸的有USB Dongle、電視、乃至於頂級的智慧型手機,如The new HTC one、Samsung Galaxy S4等,均已使用。

11ac路由器漸朝高規格發展,圖為TP Link的6天線方案(圖:TP Link)
11ac路由器漸朝高規格發展,圖為TP Link的6天線方案(圖:TP Link)

撇開特有的嵌入式應用,或專業的企業級Wi-Fi設備、電信級Wi-Fi設備,最需要談論11ac產品設計的,莫過於家用無線路由器(含媒體配接器、視訊機頂盒等)與頂級智慧型手機(未來會逐漸譜及至中低階),筆電與桌機多可直接採行已設計驗證過的介面卡,額外的再設計、驗證已不多。

以家用路由器而言,多半有兩種設計,一是追求效能為主的3天線設計,另一是追求平價為主的2天線設計,至於頂級智慧型手機或USB Dongle等則只有1天線。

目前3種天線的晶片方案均已到位,2012年6月Broadcom推行的是3天線的晶片方案,而後推行1天線方案,2013年6月正式宣佈推出平價的2天線方案,使系統業者不用再為了平價的2天線設計,被迫使用較高規格組態的3天線方案晶片。

參考設計的完成度仍待加強

除了晶片外,系統業者多期望晶片業者能提供參考設計(Reference Design,俗稱公板),且參考設計的完成度愈高愈好,愈接近商業化量產的設計愈好,即設計時已將成本、體積等因素均加以考量,不過晶片商多力有未逮,不足部份仍倚賴系統商自己設計開發。

晶片與參考設計到位後,系統商多期盼晶片、參考設計、或模組子卡等,已經通過Wi-Fi聯盟測試驗證(Certification),確定已通過現行11ac Draft 3.0標準,如此系統商可以選擇產品設計完成後不再行驗證直接出貨,或進行再次驗證。目前主要業者的11ac均已經通過驗證,包含Intel、Broadcom、Marvell、Qualcomm、Ralink、Realtek等。

不僅要通過驗證,進一步的,由於11ac尚在草擬版本階段,若晶片商能夠承諾,現有晶片與電路設計能不變更,以單純的韌體更新方式,即可升級成日後的正式版11ac標準,自是最理想。

以韌體方式升級,意味著產品可以先行出貨銷售,即便終端消費者已經安裝使用,仍可在用戶端進行就地升級,對系統商而言,既可加速產品銷售腳步,也不用回收機器進行升級,可節省售後服務成本。

提供選用性功效

更後續的,11ac應會比照11n模式,設立諸多選用性(Optional)功效,以11n而言,即有Short Guard Interval、Greenfield Preamble、TX A-MPDU、STBC、40 MHz operation in 2.4 GHz, with coexistence mechanisms、40 MHz operation in 5 GHz、HT Duplicate (MCS 32)等7項選用性功效認證,推估11ac將有相同或更多的選用項設立。

若晶片商能在標準未定案前便提供相似的選用性功效,對11ac產品可謂是加值,成為市場上的賣點,但同時,先行的功效賣點是否能否變成11ac正式版中的標準,也須由系統商與晶片商密切合作確認。

最後,最困難的設計驗證挑戰在於兩點,一是11ac路由器必然與11n功效並存,以便在5GHz頻段不適合時,仍能回退使用11n,因此11ac與11n並存運作的測試驗證就成為一項挑戰。

另一挑戰是11ac採行更複雜的PHY、MAC技術,包含256QAM調變、160MHz通道頻寬等,都是過往未有過的作法,測試驗證上需要新學習摸索。更重要的是,一旦Wave 2的11ac展開(目前處於Wave 1階段),MU-MIMO成為重點特色,此在設計開發與測試驗證上,將是最大的挑戰。

綜合上述,11ac的晶片、參考設計、模組等,已逐漸不成問題,設計的技術挑戰將集中在與11n並存運作、因應Wave 2功效、因應正式標準(韌體更新),在標準未定案前先行提供具賣點的選用性功效上。

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