为掌握家庭与企业用户的商机，无线局域网络（WLAN）技术正协助芯片与设备厂商抢攻此一市场。WLAN技术的演进持续快速地推展，促使制定标准的机构与互操作性论坛（持续推动市场采纳的关键要素）、产品代工研发业者以及半导体产业的相关厂商加快发展脚步。

在过去2、3年间，802.11b产品（11 Mbits/s）已被证实为低成本、使用简易的技术，支持无线以太网络与因特网的联机环境。802.11b已发展出各种不同的规格，适合应用在计算机、PDA、手机甚至手持娱乐设备上。对于企业应用方面，业者对更高效能WLAN的兴趣首先聚焦于传输速度达54Mbps的802.11a标准。虽然其有效通讯范围比802.11b网络还要小，但因802.11a网络采用5.2GHz频谱，有别于现有802.11b装置所采用的2.4GHz频带，导致市场接纳度不佳。因此，a-only网络卡的用户无法与现已建置的b存取点进行通讯。

最新发展的WLAN技术则是802.11g。802.11b WLAN标准将为无线局域网络用户提供许多重要的改进－其中包括更快的数据传输率以及802.11a所具备的正交分频多任务（OFDM）机制－而且和802.11b产品一样使用2.4GHz的ISM频带。事实上，由于使用相同频带，而拟定g标准的IEEE将这方面的兼容性强制纳入规格中，故能与b-based产品达到回溯兼容性。

对于OEM与ODM业者而言，802.11发展出a、b与g版本，加上顾客不愿淘汰已建置的系统，导致业界发展众多新的替代产品，其中包括g-only产品、双模（a+b）产品以及多模产品（a+b+g）。尽管每种产品皆有成本、效能以及产品上市时程上的优缺点，但多模产品似乎是长期市场的赢家，因为它们将提供最佳的整体用户经验与效能，其中包括能根据系统功能、频道负载以及用户交流的信息型态等因素，机动选择a、b或g通讯规格，达到紧密衔接的漫游能力。多模产品让顾客能运用802.11g提供较大的涵盖范围以及802.11a支持较高的用户密度，同时能支持企业端点的渐进式组合，故能同时支持2.4GHz与5.2GHz的通讯服务。

半导体解决方案供货商采取不同的途径让这些新技术迈入量产阶段。无线系统架构继续扮演关键的角色，协助业者决定这些解决方案的整体成本、效能、强固性、尺寸以及耗电性。半导体厂商面临的挑战则是如何为无线系统整合厂商提供最佳的技术，因为这些厂商不愿意为多模解决方案支付太多的成本。成功的关键在于找出与解决架构上的设计问题，其中包括组成一套无线局域网络芯片组的射频IC、基频数字信号处理器（DSP）以及媒体访问控制器（MAC）。

事实上，分别针对RF与DSP子区块进行优化，对于开发多模型位解决方案而言已不再是一项可行的方法。在较旧的无线系统中，由于数据传输率较低，让次要的RF损坏不必进行弥补。但现今的无线通信系统使用密度极高的I－Q组件群以达到所需的高位传输率。因此无线电架构须为数据侦测器提供具备更高讯噪比（SNR）的讯号。透过各种主动式失真消除技术，让RF+DSP子系统能在整个频带范围内皆能符合各项严苛的要求。

Wi-Fi无线电的演进

综观WLAN的演进，让我们能分析出这些新衍生的带宽与调变机制所需的效能，正对无线电设计形成更严峻的限制。WLAN先前从1至2Mbps发展至5.5至11Mbps。在过程中，射频IC架构从分离式组件演变为结合许多支持零中频（ZeroIF）或直接转换无线电技术的IC。但组件群的尺寸仍维持相当大的规模－BPSK（1bps/Hz） 与QPSK（2bps/Hz）－且DSP方面的设计挑战延伸至支持Complementary Code Keying（CCK）调变，而不是先前的直接序列展频（DSSS）。为达到54Mbps的数据传输率，业界发展出使用组件（6bps/Hz）的OFDM。这项演进让设计业界在选择最佳无线电架构上分裂成两个派流：一派支持ZeroIF，另一派支持VLIF（very low-IF）。

位传输率加上现有Wi-Fi无线组件，让无线子系统的SNR成为关键的限制因素。数据侦测器所观测到的最终SNR取决于传送器的汇整噪声－热噪声、相位噪声、1/f噪声、量化（quantization）噪声、区域振荡器（LO）漏电；再者，透过无线媒体传送数据时所发生的Rayleigh衰落效应以及信道损失（path loss）；最后，接收器发出的噪声（热噪声、相位噪声、1/f噪声等）加上因频率、DC偏移以及I/Q不平衡所造成的讯号失真；另外，接收器亦面临因讯号分割与邻近频道干扰所造成的失真，所有噪声与失真的来源都会降低数据侦测器所见到的讯号质量。若最终SNR低于目标值，DSP就须执行消除失真的处理作业。

设计挑战

设计与建置OFDM无线系统面临的挑战，主要集中在了解整体噪声容许度以及RF与DSP领域的分布。在6Mbps下的SNR受到较多的热噪声限制，讯号失真的限制则较小，在54Mbps下的SNR，讯号失真的比率则较大。选择的无线电架构会产生重要的影响，因为54 Mbps OFDM无线电若没有某种程度的失真补偿与校正，就无法达到所需的效能。所需的校正程度取决于架构属于Very Low-IF、ZeroIF、或超外差（super heterodyne）；或者RF IC所选择的半导体制程－CMOS、BiCMOS、硅锗等（硅锗比CMOS能提供噪声更低的环境）。所需的补偿程度会影响整体系统的零组件数量（可能增加晶粒的尺吋）、整体设计方案的功耗、传输效能、整体解决方案在不同运作环境的强固性以及对生产因素变化的容忍度。

无线电前端组件以往都采用外差／超外差架构，利用一或多组中频（IF）位阶达到 完备的选择性与灵敏度。因此，外差／超外差无线电组件需要大量的独立组件，但也因此让系统难以达到较高程度的整合。针对广大市场提供低成本的解决方案，须运用直接转换的零中频以及超低中频无线电架构，将频道过滤功能拉至低频率环境执行。

选择ZeroIF或VLIF架构应根据目标系统的讯噪比以及失真率（SNDR）、无线电的最低灵敏度以及blocker的规格。两种架构在以下四个方面产生不同的研发挑战。

直接转移架构的主要优点在于成本。ZIF不须针对无线频率使用昂贵的过滤器以排除映像效应，亦不须过滤中频以支持频率选择作业。因此，它能达到较高的硅组件整合。直接转移证明是一项理想的替代方案，因为它有助于降低组件数量、功耗以及机板空间的需求。

为了将802.11的数据传输率提升至54 Mbps，802.11a与802.11g标准采用OFDM调变机制来提高频谱效率，让频道达到更高的流量。透过OFDM技术，系统可透过64组平行的子频道，每个子频道使用64-QAM，在20MHz的频带上传送高速数据讯号。64-QAM的数据调变需要高SNR比，由于OFDM调变对于DC与频率偏移所造成的失真相当敏感，故ZeroIF架构对于802.11a/g接收器而言，将会是较差的选择。

VLIF接收器本身就会针对DM讯号进行过滤，让系统排除DC噪声，这种模式能避免ZeroIF架构所面临的DC偏移问题。VLIF接收器的映像反射，可从区域的振荡器到混合器之间提供精准的求积讯号并加以支持。频道选择是由多相位过滤器负责执行，过滤器亦有助于反射最终下行转换与DC讯号之间的映像，减轻A/D转换器的动态范围需求，而成功建置OFDM无线电系统的关键在于防止阻碍数据侦测的讯号失真。若DC偏移问题透过明智地选择无线电架构加以解决，则DSP仅须执行频率偏移修正的工作。

由于失真问题须要在ZeroIF接收器上解决，故某些设计业者努力降低传送时的失真，以减轻接收器产生失真的问题且同时满足系统运作的需求。然而，WLAN市场是由制定标准的IEEE所主导，因此，藉由降低传输失真以扩大接收端失真的限制范围，可能在不同厂商产品之间造成互操作性的问题，这种现象必定会对WLAN产业的成长造成负面影响。

在系统须与2.4GHz以及5.2GHz的频道进行54Mbps无线通信所衍生的SNR需求下，通讯范围极为有限，且是造成企业建置的一项重要障碍。(图一)显示接收讯号的强度（数据侦测器的SNR）会因Rayleigh衰落效应而产生变动。针对未来WLAN系统发展的一项创新技术就是运用多组输入多重输出（MIMO）组态。如图一所示，其中一项可能利益（除提高流量外）就是提高MIMO型WLAN的通讯范围。一组双天线的接收器系统能在接收器的DSP输入端提供更高的SNR，并降低讯号衰减的幅度。

《图一 左图显示接收天线因Rayleigh衰减效应造成的讯号强度波动；右图显示透过减低接收器天线Raleigh衰减效应将克服此问题》

其中一种可能的MIMO组态可以透过单天线的既有客户端装置连上一组双天线的WLAN存取点，如(图二)所示。在接收模式中，分时多任务（TDD）存取点可使用最大比例结合（MRC）算法，并在传输模式中使用最大比例传输（MRT）算法。这种模式的优点在于不须变更802.11a/g标准或任何既有客户端系统，不必另外建置兼容产品。

《图二 透过升级存取点与既有客户端系统来扩大通讯范围》

结论

随着高画质电视等高带宽应用持续成长之际，Wi-Fi无线技术未来将继续延用OFDM技术，但将会进行小幅的修改－那就是运用MIMO技术延伸通讯范围以及带宽，如(图三)所示。事实上，藉由妥善校正双天线提升其SNR，将让未来的WLAN系统能随时在流量与范围之间进行切换，当客户端装置在存取点的无线通信范围移动时，能机动地调整传输流量。（作者任职于Agere）

《图三 Wi-Fi无线技术发展蓝图》