從WPAN到WWAN 四種無線技術(shù)商機(jī)探密

導(dǎo)讀--這里介紹介紹四種無線通訊技術(shù)：WPAN、WLAN、WMAN、WWAN


　　隨著新興的無線通訊技術(shù)、低價(jià)位的無線設(shè)施、網(wǎng)際網(wǎng)路的普及化，加速了無線網(wǎng)路的發(fā)展、變得愈來愈普及。因此，消費(fèi)大眾能夠以全新的方式，在工作環(huán)境、家里，及旅途上，使用電腦及其他個(gè)人電子配備。

　　目前市面上有多種不同的無線通訊技術(shù)，分別以頻率、頻寬、范圍、應(yīng)用方式等要素來加以區(qū)分。在這篇白皮書中，我們將一一探討這些技術(shù)。如(圖1)所示，這些技術(shù)可大略分成四大類，從涵蓋面積最廣的無線廣域網(wǎng)路(WWAN)，到通訊距離小于10公尺的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)路(WPAN)等多種類型。

　　無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)

　　無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)是相當(dāng)小型的隨意網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network)，通常范圍不超過10公尺。由于通訊范圍有限，無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通常用于取代實(shí)體傳輸線，讓不同的系統(tǒng)能夠近距離進(jìn)行資料同步或連線。



　　無線通訊技術(shù)以范圍分成四大類

　　藍(lán)芽無線技術(shù)(Bluetooth)是目前最盛行的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)技術(shù)，透過2.4 GHz的未管制頻帶來運(yùn)作。(圖2)顯示藍(lán)芽技術(shù)由1.1版(資料速率為1 Mbps)演進(jìn)為1.2版(強(qiáng)化了訊號(hào)傳輸以及頻率波段共存的機(jī)制)。此外，3 Mbps的藍(lán)芽2.0+進(jìn)階資料速率(Enhanced Data Rate；EDR)標(biāo)準(zhǔn)于2004年11月正式通過，相關(guān)產(chǎn)品目前已陸續(xù)上市。

　　[附注：本報(bào)告書采用的資料傳輸率，通常稱為通道尖峰資料傳輸率(peak channel data rate)，而終端用戶所得的實(shí)際資料流量，會(huì)因?yàn)檠b置無線電、訊號(hào)狀態(tài)、距離，及協(xié)定效率等因素的影響而較低。]



　　無線通訊技術(shù)的發(fā)展沿革

　　未來的3年中，一些需要更高資料傳輸率的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)路(WPAN)應(yīng)用方案，可能會(huì)選擇目前新興的高頻寬超寬頻(UWB)技術(shù)。因?yàn)閁WB技術(shù)不但頻寬高，傳輸耗電量很低，而且采用相當(dāng)寬的頻率范圍。UWB實(shí)體層介面(PHY)規(guī)格——802.15.3a——目前正由IEEE制定其標(biāo)準(zhǔn)。

　　此外尚有另一個(gè)可與之競(jìng)爭(zhēng)的規(guī)格，則由多頻帶聯(lián)盟(MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alliance；MBOA)開發(fā)當(dāng)中。初期的UWB產(chǎn)品，其資料傳輸率將介于100～480 Mbps之間，預(yù)計(jì)2006年初可開始上市，后續(xù)延伸的版本預(yù)計(jì)資料傳輸率可高達(dá)1 Gbps。但如果不能解決規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)彼此競(jìng)爭(zhēng)的問題，可能會(huì)阻礙UWB技術(shù)的市場(chǎng)商機(jī)。此外，雖然美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)(Federal Communications Commission；FCC)已經(jīng)開放大范圍頻譜供UWB在美國境內(nèi)使用，但在美國以外的地區(qū)，仍然有一些法規(guī)及政策上的限制。

　　另外還有一套無線技術(shù)，約略也屬于無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)路的范疇-ZigBee(802.15.4)-最適合某些特定的低頻寬應(yīng)用方案，例如測(cè)試儀器與家庭環(huán)境自動(dòng)化。由于ZigBee這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)除了上述的特定應(yīng)用之外，不太可能應(yīng)用于其他領(lǐng)域，因此并未列于(圖2)之中。

　　無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)

　　與無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)相較之下，無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)能提供強(qiáng)大的無線網(wǎng)絡(luò)連結(jié)能力，范圍可涵蓋存取點(diǎn)到客戶端中間大約100公尺的距離。目前的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)以IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，稱為Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。802.11b是第一套成功商業(yè)化的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提供2.4 GHz頻帶及11 Mbps的傳輸速率。在改變不同的資料傳輸方式之后，采用了802.11g, 2.4 GHz頻帶，及802.11a, 5 GHz頻帶，在2003年成功將資料傳輸率提高到54 Mbps。目前常見所謂的“雙頻”Wi-Fi存取點(diǎn)及客戶端無線網(wǎng)卡，同時(shí)結(jié)合了支援802.11a、802.11b、802.11g三種規(guī)格。另外還有高整合度的單晶片解決方案，不但體積較小，電量需求也較低，因而帶動(dòng)了各種新型設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

　　除此之外，新標(biāo)準(zhǔn)也特別考量到Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的安全性，其中Wi-Fi保護(hù)存取規(guī)格(WPA)及802.11i規(guī)格(或WPA2)特別加強(qiáng)用戶的身份驗(yàn)證與資料加密。WPA2采用新一代的先進(jìn)加密安全(AES)技術(shù)進(jìn)行加密。WPA及WPA2中采用的IEEE 802.1X標(biāo)準(zhǔn)，提供了連接埠層級(jí)的驗(yàn)證架構(gòu)。另外，即將問世的802.11e標(biāo)準(zhǔn)特別針對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)品質(zhì)(quality of service；QoS)加以強(qiáng)化，讓語音、多媒體等較不容許網(wǎng)絡(luò)延遲的資料，能在網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)先傳送。Wi-Fi聯(lián)盟是業(yè)界專門負(fù)責(zé)Wi-Fi認(rèn)證及相容性測(cè)試的機(jī)構(gòu)，目前該聯(lián)盟已開發(fā)出Wi-Fi多媒體(WMM)測(cè)試規(guī)格，可認(rèn)證新產(chǎn)品的802.11e相容性。

　　下一代的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.11n，其規(guī)格目前還在制訂當(dāng)中。802.11n將具備與802.11a、b、g的回溯相容性，并提供超過100 Mbps的資料傳輸率。802.11n的效能提升，主要來自于新型多重輸入/輸出(Multiple-Input, Multiple-Output；MIMO)無線電技術(shù)、更寬的射頻(RF)頻道、以及通訊協(xié)定堆疊(protocol stack)的改良。MIMO技術(shù)藉由增加無線裝置中無線電以及天線的數(shù)目，提升資料傳輸率。IEEE預(yù)計(jì)于2006年中制定核準(zhǔn)802.11n的規(guī)格，戴爾公司目前正在Wi-Fi聯(lián)盟積極推動(dòng)一套產(chǎn)品認(rèn)證方案，預(yù)計(jì)將與IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)同步推出。

　　無線社區(qū)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WMAN)

　　無線都會(huì)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)是一種可涵蓋城市或郊區(qū)等較大地理區(qū)域的無線通訊網(wǎng)絡(luò)。以往具備T1或T3等級(jí)資料速率的長(zhǎng)距離無線技術(shù)都是由大型電話業(yè)者、獨(dú)立區(qū)域電信業(yè)者(Independent Local Exchange Carriers；ILEC)、以及其他供應(yīng)商所專有及經(jīng)營，用來連接距離較遠(yuǎn)的地區(qū)或大范圍校園。目前IEEE已經(jīng)將一套新的無線都會(huì)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加以標(biāo)準(zhǔn)化，這套新技術(shù)采用需要執(zhí)照以及免執(zhí)照的多個(gè)頻帶。

　　其中最為人知的是IEEE 802.16d，也稱為“WiMax”，將在2～11 GHz之間的頻率范圍運(yùn)作(在美國將采用2.5 GHz、3.5 GHz、5.8 GHz三個(gè)頻帶)，在理想狀況下若無障礙物阻隔，50公里距離的最高資料傳輸率高達(dá)70 Mbps。最初建設(shè)，需要在用戶所在的建筑物外加天線，另外還有一個(gè)移動(dòng)版(802.16e)預(yù)計(jì)于2007年推出。目前還不確定電信運(yùn)營商、網(wǎng)間網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商何時(shí)或是否愿意建構(gòu)WiMax，以及業(yè)界何時(shí)才會(huì)大規(guī)模架設(shè)定點(diǎn)式或移動(dòng)式WiMax所需的基礎(chǔ)設(shè)施。但是，業(yè)界大多預(yù)測(cè)WiMax的建設(shè)，將會(huì)運(yùn)用現(xiàn)有以及新增的“塔臺(tái)”基礎(chǔ)設(shè)施與安裝配備。

　　無線廣域網(wǎng)絡(luò)(WWAN)

　　無線廣域網(wǎng)絡(luò)是行動(dòng)電話及數(shù)據(jù)服務(wù)所使用的數(shù)字移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，由電信運(yùn)營商所經(jīng)營，例如Cingular Wireless、Vodafone、Verizon Wireless等公司。無線廣域網(wǎng)絡(luò)的連線能力可涵蓋相當(dāng)廣泛的地理區(qū)域，但到目前為止資料傳輸率都偏低，只有115 Kbps，和其他較為區(qū)域性的無線技術(shù)相去甚遠(yuǎn)。目前全球的無線廣域網(wǎng)絡(luò)主要采用兩大技術(shù)——分別是GSM及CDMA技術(shù)，預(yù)計(jì)將來這兩套技術(shù)仍將以平行的步調(diào)發(fā)展。

　　歐洲對(duì)GSM的標(biāo)準(zhǔn)化相當(dāng)早，目前包括GSM以及相關(guān)的無線數(shù)據(jù)技術(shù)：GPRS及新一代EDGE技術(shù)(Enhanced Data GSM Evolution)，大約共掌握了全球三分之二的市場(chǎng)，分布的范圍包括北美、歐洲及亞洲。新一代的EDGE 技術(shù)可提升GPRS的資料傳輸率達(dá)3～4倍。而其他GSM業(yè)者，尤其已經(jīng)購買新3G頻譜的業(yè)者，則主打WCDMA規(guī)格(Wideband CDMA)，WCDMA預(yù)計(jì)資料傳輸率可達(dá)2 Mbps。另外還有一套延伸技術(shù)稱為HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)，預(yù)期將于2006年開始架設(shè)，其資料傳輸率可高達(dá)3.6 Mbps以上。

　　主導(dǎo)CDMA技術(shù)的發(fā)展在美國，CDMA2000無線廣域網(wǎng)路技術(shù)在北美、日本、韓國及中國的建設(shè)已有相當(dāng)規(guī)模。CDMA2000 1xRTT技術(shù)(Single-Carrier Radio Transmission Technology)已相當(dāng)廣泛地建置。而下一代的1xEV-DO技術(shù)(1xEvolution-Data Optimized)也正由美國的Verizon Wireless以及Sprint PCS公司緊鑼密鼓建置之中，預(yù)計(jì)可支援2.4 Mbps的資料傳輸率。之后，電信業(yè)者將采用規(guī)格A版繼續(xù)發(fā)展EV-DO，以支援更高的資料傳輸率，以及VoIP(Voice over Internet Protocol)通話功能。

　　新興之RFID技術(shù)

　　一種新類型的無線通訊技術(shù)─無線射頻識(shí)別系統(tǒng)(Radio Frequency Identification；RFID)，目前正開始由大型零售商及其他企業(yè)率先采用，以取代傳統(tǒng)條碼，用于物品管理或庫存追蹤。在RFID系統(tǒng)中，每項(xiàng)物品或庫存貨品都附有一個(gè)RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上儲(chǔ)存有該項(xiàng)貨品僅有的資訊，例如獨(dú)一無二的識(shí)別碼，這些資訊可用特別的RFID讀取器予以辨識(shí)。而讀取器本身又與后端資料庫應(yīng)用程式相連，可利用讀取到的資料來進(jìn)行貨品的追蹤、監(jiān)控、報(bào)告及管理，以掌握貨品運(yùn)送的流向。

　　RFID技術(shù)的另一個(gè)全新應(yīng)用領(lǐng)域稱之為“近距離無線通訊”(Near Field Communication；NFC)。NFC技術(shù)主要針對(duì)近距離(大約7公分)、需要高度安全性的消費(fèi)應(yīng)用系統(tǒng)所設(shè)計(jì)。例如，內(nèi)建RFID晶片的智慧卡，可應(yīng)用于安全付款機(jī)制、安全交易等。

　　全球所有無線頻譜的和平共存

　　各國的無線通訊技術(shù)頻率不盡相同，是產(chǎn)業(yè)界面臨的一大挑戰(zhàn)。由于這些差異，例如采用GSM無線廣域網(wǎng)路的PDA或行動(dòng)電話，就有可能在某些地區(qū)運(yùn)作正常，但在其他地區(qū)則因無法取得特定頻率而造成服務(wù)中斷。此外，每個(gè)國家針對(duì)各種無線通訊技術(shù)特定的需求而分派不同的頻率。例如，GSM在歐洲所分配到的頻率為900 MHz以及1800 MHz，而在美國則為800 MHz以及1900 MHz。各地區(qū)頻率的差異，使廠商在設(shè)計(jì)支援全球多地通用GSM服務(wù)的無線裝置時(shí)，面臨更多的挑戰(zhàn)。而移動(dòng)裝置也因?yàn)橐�支持多個(gè)頻段，造成產(chǎn)品的復(fù)雜度及成本升高。目前產(chǎn)業(yè)界仍然繼續(xù)透過標(biāo)準(zhǔn)組織及政府機(jī)構(gòu)，努力使全球各地的頻率能更有效率地互相配合。(本文由戴爾公司提供，作者：Liam Quinn、Pratik Mehta、Alan Sicher/分別擔(dān)任戴爾通訊技術(shù)策略及架構(gòu)總監(jiān)、戴爾資深通訊技術(shù)工程師、戴爾無線產(chǎn)品經(jīng)理)