WiMAX世紀大秀 開演在即-技術應用透析

WiMAX世紀大秀　開演在即

在802.16e標準確立後，讓有意發展無線行動寬頻解決方案的廠商
可以積極投入產品的開發工作。
目前包括Intel、Fujitsu、Wavesat、Freescale等晶片廠商
北電、阿爾卡特、諾基亞等設備廠都整裝待發
國內廠商如何運用現有優勢
在下一波世紀熱潮中搶占商機
將是不容忽視的課題。
■企劃／編輯室

電工資訊 ． 2006年3月號

Special Focus
焦點報導

技術應用透析
打造新世代
廣域無線網路架構

在有線建置成本不斷增加、無線應用日漸普及的趨勢下，廠商紛紛針對無線通訊應用尋找新方法，而標準即將全面通過的WiMAX，由於在定點之間無線通訊達48公里，在半徑1.5公里之內提供高速無線上網，新通訊方式推出勢必創造新契機。

無線都會區域網路（Worldwide Interopera-bility for Microwave Access, WiMAX），可說是近來橫跨通訊、網路、手機與筆記型電腦業者最熱門的議題，因為WiMAX的最大特色，就是能夠有效建立長距離無線通訊使用，以及提供短距離內的高速區域性無線連接。不僅可以讓電信業者快速建立廣域網路連結，並且在包括英特爾（Intel）在內的諸多晶片大廠努力支援下，可望降低相關設備材料成本，提昇網路連接範圍的建置成本。
其實WiMAX推出的時間點遠落後於3G，在早期設計上也以數位資料傳送為主，跟3G以行動語音跟移動數據應用是有相當大的差異。然而當Intel跳入WiMAX領域，開始大肆宣傳WiMAX可能帶來的好處，而電信大廠Nortel與Alcatel也加入WiMAX陣營時，WiMAX便開始躍上新聞報導的熱門版面。
因為WiMAX在技術與規格還沒有成熟之前，就成為通訊市場的當紅炸子雞，使得WiMAX一開始被視為有雷聲大雨點小的態勢，遠遠落後於3G的設備成熟度。然而自從2004年固定式WiMAX應用的802.16-2004標準通過，再加上移動用的802.16e標準也預定在2006年確認，再加上各國政府開始將WiMAX可用頻段開放出來，所以最近WiMAX設備越來越多，應用也越來越實際，新應用通訊商機也開始浮現！

固定式WiMAX vs. 移動式WiMAX

WiMAX的通訊方式與標準倡議，最早是由電子電機工程師協會（IEEE），在2001年12月所推出的IEEE 802.16。該標準規劃的目的是希望透過無線寬頻的技術，有效建立單點對多點（Point-to-Multipoint）的固定式或移動式連接，並且提供與ADSL或T1/E1等數據連線服務相近的傳輸速度。由於早期設計是針對視野可見（Line-Of-Sight, LOS）應用所設計的，無法穿越障礙物，所以在2003年的1月推出802.16a，增加微波穿透障礙物的能力，提供視野不可見（Non Line-Of-Sight, NLOS）環境下的連線能力。後來又因為環境與應用上的差異，還有無線頻譜使用的問題，逐步推出802.16c、802.16d與802.16e。
由於802.16後續規格相當多，各種意見紛紛浮上檯面，使得IEEE無法在預定時間表之內將802.16做定案，因此在2004年6月正式將固定應用的標準與規範（以802.16d為主），整合成WiMAX第一個通用標準802.16-2004，讓全世界通訊業者與政府單位可以根據802.16-2004的標準建議規範，開始協調頻譜與進行產品驗證設計，藉此解決802.16標準遲遲未定的窘況。而這就是WiMAX主要規格之一，一般稱為固定式WiMAX規範，在LOS環境當中，採用10至66GHz的頻譜，在NLOS應用下，使用2至11GHz的波段。
至於另外一個WiMAX主要規格802.16e，一般被稱為移動式WiMAX，則是行動通訊應用為主，提供固定式與移動式的無線網路用戶接入，最重要的是要解決移動通訊當中，WiMAX通訊耗電量過大的問題，以及無線訊號傳送角度在移動當中不固定的狀況。由於802.16e的使用跟既有3G相當類似，包括電信、通訊、網通甚至是政府單位，對於802.16e的標準制定意見更多，規範也更加複雜。因此802.11e的標準制定，一直到2005年12月才正式敲定，所以又被稱為802.16e-2005。

符合802.16-2004通訊標準產品最先成熟

WiMAX在經過這幾年來的紛紛擾擾，以及與2G/2.5G/3G甚至是固網業者的利益糾葛問題，無線通訊晶片組廠商紛紛從2005年開始推出支援802.16-2004規格的通訊晶片，包括Intel、Fujitsu、Wavesat、Redline等廠商，都推出符合802.16-2004標準的晶片組，所以在產品設計上並不會有沒有晶片支援的問題。也因為802.16-2004晶片的推出，在WiMAX論壇（WiMAX Forum）於2005年12月與1月份所公布的互通性測試結果當中，包括Aperto、Redline、Sequans與Wavesat等公司都有產品通過測試，而陸陸續續還會有更多802.16-2004的產品通過驗證。
也因為有產品通過驗證，同時不少國家已經開始開放802.16-2004的特定使用頻譜，所以不管是通訊廠商、行動電話業者甚至是固網業者，都跳下來參與這一塊市場，甚至可以用動作頻頻來形容。因為實際產品所呈現出來的功能，不僅可以快速建立一定距離之內的數據通訊服務，而且在都會區大量建築物阻擋的情況下，也能夠提供一定的連線效果，並不會像傳統無線微波通訊，必須要將天線高高掛越過建築物阻擋才可使用，真的是讓行動電信業者感到驚艷，固網業者卻是壓力十足。
為什麼固定式WiMAX會如此吸引既有行動電話業者呢？因為包括GSM/GPRS/3G等基地台，在系統架構上都必須以T1/E1等數據專線與系統相接，藉此讓行動電話用戶，可以將數位化的語音通訊傳回到行動電信業者數據交換網路當中，進行跨系統的通話，所以包括中華電信、台灣大哥大、遠傳電信、亞太寬頻與威寶電信等行動電話業者，是數據專線使用的大宗用戶。當固定式WiMAX的出現有辦法降低數據專線的相關成本，甚至是在更低費用下提供更大頻寬時，不僅系統塞機狀況可大幅改善，營運成本也能減少，只要解決法律方面的問題，當然會被列入在設備採購上規劃的重點。

建置長距離通訊 802.16-2004拔得頭籌

在WiMAX應用上，台灣最早經過電信總局許可正式啟動的802.16-2004應用實例，是嘉義縣政府所規劃的鰲鼓溼地生態展演。鰲鼓溼地位處嘉義縣東石鄉，獨特的人工溼地生態景觀占地近2,000公頃，列為世界上七大溼地之一，孕育了世界上極珍貴稀少的黑面琵鷺，是生態保育學家觀察候鳥遷徙的重要地區。由於腹地廣大，再加上有線環境架設不易，因此採用了802.16-2004的設備與網路監視系統，提供「即時影像回傳技術」與「環境感測資訊收集」等應用，可以在「嘉義縣-無線寬頻入口網站」當中直接觀看影像，當然縣政府單位也透過WiMAX連線，即時連接在鰲鼓溼地當中的水質偵測設備，進行遠端監控與資料收集。
在該案例當中，基地台是架設在東石鄉衛生所的4樓，以單一90度收訊範圍的天線對著鰲鼓溼地當中的數個接收器，直線距離約在7至8公里之間，最遠達到10公里。由於當中有建築物與防風林的阻擋，所以實測無線傳輸速度上傳（設備端到基地台）約有8Mbps，下傳則可達10Mbps。然而之所以會在嘉義縣導入WiMAX應用計畫，這是因為現有的802.16-2004的設備大多是以3.5GHz為主，剛好是衛星固定業務所使用的頻率，而在嘉義縣恰好沒有這類設備，所以才在嘉義縣導入WiMAX應用計畫。
據了解，目前有多處單位或者是地方也開始進行802.16-2004的應用實驗，除了由交通大學、清華大學、中央大學、暨南大學及中華電信研究所所建立的802.16實驗室之外，包括基隆與淡水也都在進行短時間或者是特定實驗目的的WiMAX連接測試，就是希望了解包括在都會、郊外等各種環境當中，WiMAX設備可能使用的方式與效果。畢竟相較於既有的GSM、GPRS甚至3G，WiMAX還是相當新的技術，所以搶先實驗，不僅可以事先了解WiMAX應用的各種可能性，也是讓台灣通訊與電信產品，可以跟世界同步的助力之一。

頻譜與收訊為WiMAX無線城規劃瓶頸

在WiMAX應用當中，無線城市、無線鄉村甚至是無線觀光區，都是技術上可達成的目標，且可搭配既有的Wi-Fi使用，所以不管政府單位、電信業者甚至是固網業者，對於WiMAX可說是既愛又怕，因為WiMAX可以有效降低通訊線路佈建成本，但是頻譜規劃與無線通訊收訊方式，一但規劃錯誤，可是會嚴重影響政府特許執照的發放收入。
尤其是通訊頻譜的規劃，對於WiMAX的影響是最大的。根據行政院國家資訊通信發展推動（NICI），在2005年9月通過「台灣WiMAX發展藍圖」資料會發現，初步規劃2.5至2.69GHz的30MHz供實驗使用，而3.4至3.7GHz則是提供固網業者作為「基地台後端接取使用（Backhaul）」，或者是進行無線寬頻接取使用，採申請制，不用拍賣。
但是之後包括2.5至2.69GHz在內的WiMAX可用頻段，將以拍賣的方式，所以如果真的要透過WiMAX來建置無線城，恐怕不會只是單純的技術問題。而且同樣的情況，許多國家也都發生商業利益糾紛的問題，因此廠商在開發WiMAX產品時，也要將法規因素列入，這樣才有辦法避免因為利益糾紛所產生的限制，而可賺得WiMAX所帶來的商機。