关于WiMAX技术,经过数年的相关文章报导,许多人都有了初步的了解,但对于更深入或更后续的发展却不一定有完整认知…
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WiMAX现在可说是无人不知、无人不晓的无线技术,且众人也对其技术特性也已有概略了解,例如WiMAX拥有70Mbps的传输速率、WiMAX的QoS设计比Wi-Fi更优异、2005年12月制定的新标准:IEEE 802.16e能支持移动式通讯等。
虽然许多人对WiMAX有概略了解,但有时却又缺乏更进一步的了解,或更完整的了解,因此本文将对WiMAX的技术标准进行更多的说明。
WiMAX有三种
有人以为WiMAX只有一种,但程度更进者即知道WiMAX有两种,一种为固接式通讯,另一则为移动式通讯(或称:行动式通讯)。但其实就技术演化进程来看WiMAX有三种,第三种严格而论是第一种,也是WiMAX制定的初衷功用:取代实体宽带线路(指T1或ADSL),而固接才是第二种、行动为第三种。
第一种WiMAX的特性许多人也了解,那就是视界性(Line Of Sight;LOS)的传输,即是收发波的传递途径中不能有任何遮蔽物,但除此之外,许多人不知道第一种WiMAX与第二种WiMAX间的差别在何处,事实上第一种WiMAX属于单点对单点式(Point-to-Point;PtP)的基地台传输,而第二种之后的WiMAX才属于单点对多点式(Point-to-MultiPoint;PtMP)传输。
PtP多是指WiMAX基地台与WiMAX基地台(Base Station;BS,大陆方面称为:基站)间的传递,用来替代实际的宽带线路牵布,而PtMP就像一般的手机基地台般,是基地台与客户端装置(Subscriber Station;SS)间的传递。而业者宣称WiMAX基地台拥有70Mbps的速率,指的是PtP下的传输表现,而非PtMP。
固接PtP的表现为70Mbps,PtP的协调运作最少,仅是2个基地台间的数据传递,如此在PtMP下能用的实质传输率就会降低,因为PtMP需要较多的沟通协调运作,至于移动式的PtMP就会有更多的沟通协调,因为牵涉到换手(Handoff)机制,当某个用户脱离A基地台的覆盖区而转往B基地台的覆盖区,A基地台必须通知B基地台持续为其服务,并将原有客户端的相关信息传递、移交给B基地台。
此外,PtP WiMAX在布建时为了最佳化传递多半会用上方位性天线,有关方位性天线在文后会有更多的说明。
WiMAX存取方式有五种
前述的三种区别是以WiMAX基地台运作型态来看,但若从WiMAX客户端的存取方式来看又有五种分别。
第一种称为Fixed Access,WiMAX客户端装置(Customer-Premises Equipment;CPE)只能从一个WiMAX基地台上取得服务。第二种是WiMAX CPE能从不同的WiMAX基地台上取得服务,不过在换用其它基地台提供的服务时,客户端必须进行注销、登入的动作(类似漫游机制)。
前两种都属于固接式运用的WiMAX,另外有三种是属于移动式的WiMAX,第一种只允许人员用走动的速度来移动WiMAX CPE;第二种允许将WiMAX CPE放在车上,并在低速行车下使用;第三种则是高速行车下也可使用。
移动式的第一种与第二种差别不大,至多是WiMAX CPE的差别,第一种较诉求于笔记型计算机,第二种则除了笔记型计算机外也支持PDA、智能型手机。而第一、二种与第三种间就有较大的差别,为了支持更高移动速率下的通讯,移动式的第三种作法其基地台必须使用软性换手(Soft Handoff),而不能像移动式的第一、二种实行硬性换手。
基地台的规模差别
台湾的网通业者多年来较专注于CPE的研发制造,欧美业者则专注于基地台端的研发制造,所以WiMAX兴起后,台湾的文章也较少谈论WiMAX基地台,而多半专注在WiMAX技术、WiMAX芯片组(目前绝大多数的WiMAX芯片都无法单芯片化,而必须实行芯片组的方式提供)、WiMAX模块等方面。
不过,由于WiMAX的一大诉求就是低廉,更具体而言就是要比3G、Wi-Fi低廉(相同覆盖下的布建成本,WiMAX将比Wi-Fi低廉),所以台湾、南韩等业者将有机会进军WiMAX基地台,而不是像过去般完全只专注在客户端。
虽然有机会跨入WiMAX基地台,但并不表示台、韩业者有办法制造所有类型的WiMAX基地台,初期只能从小规模性的基地台开始进入,而大规模性(大覆盖率、高服务量)的基地台仍是无缘,大规模性的基地台仍是由西方业者主导,如Axxcelera、Alvarion、Airspan、Aperto等,这些业者也非传统电信业者中的一线业者,但与台、韩网通业者相比仍在WiMAX基地台方面有较高的主导权。
大规模性、小规模性只是个形容词,更具体而言又是如何?关于此WiMAX基地台可分成几种规模,由小至大是:Femto、Pico、Micro、Mini、Macro、Maxi等。台湾的网通业者已经开始进入Femto层级与Pico层级的WiMAX基地台,未来也将逐步朝Micro迈进,至于Mini、Macro、Maxi等短时间仍难企及。
值得注意的是,近年来Femto层次的基地台(原称:Access Point Base Station,AP级基地台)愈来愈受到重视,不单是Femto层次的WiMAX基地台,也包含Femto层次的Wi-Fi基地台、3G基地台、CDMA2000基地台。Femto层次的基地台直接用居家的ADSL、Cable Modem做为后置线路(Backhaul),Femtocell与UMA(Unlicensed Mobile Access)在固接移动聚合(Fixed Mobile Convergence;FMC)的发展中属于互竞态势。
WiMAX基地台的规模层次,除了在覆盖率、传输距离上有所区分外,在无线服务频宽、同时间的服务人数上也都有差异,而且大规模性(如Macro、Mini)的WiMAX基地台可使用方位性天线,每个WiMAX基地台允许使用1至6个方位性天线(6个天线时,每个天线夹角60度),至于小规模性(如Femto、Pico)的就无法使用,而只能用1个全向性天线(360度)。
另外,前面谈到PtP型的WiMAX基地台,PtP型WiMAX基地台也可使用方位性天线,来强化点对点间的传输效果,而大规模性WiMAX基地台则是透过多个方位性天线,来增加无线服务频宽,以及同时间的服务联机数,此在人口稠密,服务密集的地区格外需要。
方块:追求严谨、速度兼具的WiMAX量测

图说:台湾罗德史瓦兹公司/系统应用工程部/系统部副理/蔡文璋(摄影:郭长佑)

图说:罗德史瓦兹公司针对WiMAX/Mobile WiMAX量测验证而推出的测试机:CMW270。(资料来源:www.rohde-schwarz.com)
有关WiMAX的量测验证,到底是要力求严谨完整呢?还是简洁快速呢?对此台湾罗德史瓦兹(Rohde & Schwarz;R&S)公司/系统应用工程部/系统部副理/蔡文璋认为:答案是两者兼具。
为何要两者兼具?当网通业者的WiMAX产品在研发阶段时,为了抓出各种可能的疑点,因此必须尽可能完整、严谨地测试产品的各项特性表现,而在产品开发完成后,接下来将进入量产阶段,在量产的过程中则是要追求简洁快速的量测,使产品能合格、快速地出货。
除了产品阶段有别外,WiMAX可说是介于Wi-Fi与2G/3G两者间,Wi-Fi属信息阵营,而2G/3G则属电信、通讯阵营,两大阵营在产品的验证测试上也多所不同,一般来说Wi-Fi产品只进行简单的非信号性验证,验证核可即可出货,快速验证才能降低测试成本,进而降低产品成本。相对的2G/3G产品会实行较严谨的作法,会进行基地台仿真,以更贴近现实的方式来验证,其验证程序及项目比Wi-Fi繁复。
如此对应到WiMAX,WiMAX期望复制Wi-Fi的快速低廉普及模式,但同时也期望在未来的技术及市场上能与3G分庭抗礼,所以自然要兼顾测试的严谨与速度。有鉴于此罗德史瓦兹推出了WiMAX/Mobile WiMAX专用的通讯测试机:CMW270。
CMW270具备的non-signaling模式可进行快速的发送器量测,同时可产生出各种波形来加速接收器的量测,简言之non-signaling模式可满足快速性、成本性的量测。另一方面CMW270也能模拟WiMAX/Mobile WiMAX基地台,使验证测试更贴近实际WiMAX网络的运作型态,以此来满足严谨、完整的测试需求。
End:方块

图说:在2007年11月的台北WiMAX论坛期间,台湾的东讯(TECOM)公司展示了Pico层次的WiMAX基地台。(刘家任摄)

图说:同样是在2007年台北WiMAX论坛期间,台湾的合勤(ZyXEL)科技展示了Pico层次的WiMAX基地台,覆盖率约为10公里,同时间可服务约40个WiMAX客户端装置,此型WiMAX基地台已小量供货给营运业者。(刘家任摄)

图说:行政院科顾组委托工研院、资策会、威盛电子、钰程科技,以4,000万新台币、10个月时间研发出MTube的口袋型上网机,该上网机以WiMAX方式连网。(刘家任摄)

图说:正文科技展示WIXBS-100的户外固接式WiMAX天线,该天线使用3.5GHz的无线频段。(刘家任摄)

图说:广达计算机展示其研发的WiMAX USB Dongle,该Dongle支持IEEE 802.16e Wave2的最先进标准,使用2.49GHz至2.69GHz的无线频段,手持式装置接上该Dongle后即可存取WiMAX服务。(刘家任摄)

图说:东讯展示WM5061的多扇区(Multi-Sector)型WiMAX基地台,该基地台使用了3个扇区,即是使用了3组方位性天线,该基地台除了最低层的系统控制板外,其上的三层电路板,每一层即负责一个方位性天线的收发调变与运算。(摄影:刘家任)

图说:WiMAX的无线宽带特性适合各种创新应用,在数公里范围的传递上可取代传统SNG车,另外也适合用在远距看护、远距医疗上。图为WiMAX远距医疗看护应的情境模拟展示。(刘家任摄)
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