尖端技術大幅墊高成本　平價Wi-Fi 7設備仍須努力(1)

2023-10-30

黃繼寬

Wi-Fi 7是近年來Wi-Fi技術最重要的一次標準更新。由於獲得新的頻譜，加上導入諸多最先進的射頻相關技術，使Wi-Fi 7的效能出現飛躍成長，但相關產品的設計與製造成本，也隨之大幅增加。

Netgear

雖然Wi-Fi 7大戰已經提前開打，但從目前網通設備商所端出的產品組合來看，當下支援Wi-Fi 7的接取點(AP)、路由器(Router)，零售價格普遍落在600~800美元之間。這樣的價格顯然跟主流市場的價格帶還有一段差距，因此廠商紛紛鎖定電競(Gaming)、影音內容製作者這類對網路效能有更高要求，同時也願意為此花大錢的頂尖客群。

為何Wi-Fi 7設備在效能創下新高的同時，產品價格也同步刷新歷史紀錄？這跟Wi-Fi 7增加了新的工作頻段，以及導入大量最尖端的射頻技術有關。

4096QAM帶來諸多挑戰　開發成本隨之墊高

NI半導體事業部亞太區市場發展經理潘建安(圖1)表示，為進一步提升Wi-Fi網路的效能，Wi-Fi 7不僅增加了新的頻譜，同時也導入了許多當下最尖端的射頻技術，例如4096QAM調變的導入，就為Wi-Fi的測試硬體帶來極大的挑戰。

圖1　NI半導體事業部亞太區市場發展經理潘建安表示，4096QAM的導入，為Wi-Fi訊號的測試帶來極大挑戰。

誤差向量幅度(EVM)是評估Wi-Fi訊號品質的主要指標之一，代表發射機訊號IQ調變後，偏離理想值的程度。EVM數值越高，訊號品質越差，再經過無線通道的衰減之後，路由器接收機就很難正常解調該訊號，造成封包遺失和重傳，導致傳輸延遲的情況惡化。因此，設計者會期望在發射端的訊號品質盡可能好，才能確保傳輸的穩定和低延遲。

由於EVM值反映的是RF鏈路的雜訊性能，如果相關儀器如向量訊號分析儀(VSA)、向量網路分析儀(VNA)本身的雜訊水準(Noise Floor)過高，就會疊加到待測訊號，影響EVM測量結果的準確度。一般來說，儀器的雜訊水準要低於EVM規範要求的10dB左右。例如採用256QAM的802.11ac，也就是Wi-Fi 5，對EVM的要求是不能高於-32dB，因此對應到儀器的雜訊水準要求，就是-42dB；採用1024QAM的Wi-Fi 6，則將EVM要求進一步壓低到-35dB，因此儀器的雜訊必須壓低到-45dB。

採用4096QAM的Wi-Fi 7，對裝置的EVM要求變得極端嚴格，必須做到-42dB。換句話說，Wi-Fi 7射頻的EVM要求，就已經跟測試Wi-Fi 5的儀器雜訊水準相當，而能夠測試Wi-Fi 7的VSA，雜訊水準要壓低到-52dB。這對測試儀器的設計帶來非常艱鉅的挑戰。

因此，Wi-Fi 7晶片組的開發，對晶片設計者跟儀器開發商而言，都是非常有挑戰性的工程任務，這也導致有能力開發Wi-Fi 7晶片，以及為這些設計團隊提供儀器的廠商，都是寥寥無幾。二線晶片供應商跟儀器商，若想跨入Wi-Fi 7，恐怕會十分辛苦。

據了解，一座能測試Wi-Fi 7訊號的微波暗室(Chamber)，連同相關儀器、治具的建置成本，約在新台幣2,000萬上下。這不只會墊高IC設計團隊的產品開發成本，網路設備供應商在進行晶片設計導入時，也需要進行相對應的測試。等Wi-Fi聯盟的Wi-Fi 7認證制度開始執行後，產品還要再送第三方公正實驗室認證取得Logo，這些成本費用都不能小看。

而且，4096QAM的導入，不只墊高了測試儀器的成本，同時也讓測試過程出現失誤的機率增加。圖2是QAM調變機制的演進圖，為了在同樣的訊號空間裡傳輸更多資料，QAM的星座點密度變得越來越高，到4096QAM，基本上已經是密密麻麻一片。這會造成一個現象，即便Wi-Fi訊號出現整體偏移，某些偏移後的訊號還是會打在星座點的位置上，就像當兵時打靶訓練，射擊技術不好的人可能會打在鄰兵的靶紙上一樣。這會讓工程師誤以為自己的設計沒問題，但事實上問題可不小。