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新一代无线都会网路技术发展与解决方案
 

【作者: 蘇建元】2001年09月01日 星期六

浏览人次:【7722】

无线通讯与网际网路无疑是近年来发展最迅速蓬勃的两大产业领域,而随着无线通讯技术快速的发展,以及行动数据服务的技术逐渐成熟,无线通讯与网际网路已快速的结合形成新一波的产业与应用,即所谓的无线网际网路(Wireless Internet or Mobile Internet)。


在无线网际网路系统中,最主要是让使用者可以透过行动终端设备方便地去存取网际网路(或任何数据网路)上的数据,影像,视讯...等,等语音之外的各式各样服务与应用。整个通讯之发展趋势,为因应网际网路服务应用之蓬勃发展,演进到无线行动上网,再推展到新一代高速多媒体之无线上网服务。其发展速度与市场规模都被相关产业寄予厚​​望(图一),因此各方业者无不纷纷摩拳擦掌,投入无线宽频接取相关技术研发。



《图一 通讯服务市场成长趋势预估(数据源:UMTS Forum 2000,Siemens)》
《图一 通讯服务市场成长趋势预估(数据源:UMTS Forum 2000,Siemens)》

无线网路接取技术

目前宽频无线接取技术发展上,依据通讯范围大小而发展出各类型的技术,在小型通讯范围有无线区域网路(Wireless LAN),大区域的广域网路则是利用蜂巢式网路(Cellular Network ),如UMTS等来达成无线宽频资料撷取。


上述技术都有其不足之处,无线区域网路虽然传输速率​​高,但其传输距离短,以802.11b为例,虽然传输速率​​可达11Mbps,但有效距离仅达数十公尺,高出范围的话,传输速度会下降至2Mbps甚至1Mbps;即便是新一代的802.11a或HiperLAN 2等技术传输速率可高到54Mbps,但传输距离相对的也降低到50公尺(图二),因此无法解决长距离却仍能维持高速传输的需求。


然而无线广域网路接取则是以蜂巢式网路技术,藉由频率重复使用规划来提供大区域的覆盖,但以目前第3代行动讯系统(3G)传输速率最高只到2Mbps(定点),即便是未来第4代规划目标也仅于10Mbps(图三),因此在考量通讯覆盖范围之下,只能牺牲传输速度,而且建置成本非常高昂。


无线都会网路成形

然而在无线接取技术发展上,对于都会型区域网路的发展多半是以较高频段的微波技术来因应,有鉴于此IEEE于2000年开始成立802.16工作小组研究无线都会网路(Wireless Metropolitan Area Networks;WMAN)接取技术。目前802.16工作小组之下有两个提案,802.16a以及802.16b。其中802.16a是以2~11Ghz需授权频段(Licensed Band)为其工作频段,而802.16b则是以免授权的U-NII实验用频段为其工作频段,因为是使用免授权频段因此工作小组特别为802.16b取了一个名字WirlessHUMAN (Wireless High-speed Unlicensed Metropolitan Area Network )。



《图二 无线局域网络技术发展趋势(数据源:工研院经资中心 2001)》
《图二 无线局域网络技术发展趋势(数据源:工研院经资中心 2001)》

802.16 WirelessMAN简介

由于802.16技术仍处于开发中阶段,对于通讯协定中的各种参数尚未完全定义,对IEEE而言802.16仍谈不上是个标准,​​且对外公开资料甚少,因此以下将以有限的资料向大家介绍802.16相关技术。


IEEE 802.16 Fixed Broadband Wireless Access Systems,由字面即可知,其所提供的是距离较长、固定式、宽频无线传输。其目标是设定在传输距离20公里,最高传输速度24Mbps的无线接取技术。


802.16工作小组所定的标准包含媒体控制层(Media Access Control Layer;MAC)与实体层(Physical Layer;PHY)。实体层方面,根据8月10日IEEE公布的新闻显示,802.16a已确定采用2~11Ghz频段,802.16b则采用5~6Ghz UNII频段,其传输通道频宽(Channel Space )为6或8Mhz;射频调变采用64QAM 、16QAM 或QPSK,提供24Mbps、12Mbps、6Mbps三种传输速度;至于在通道编码(Channel Coding)方面,采用W-CDMA、OFDM、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access ),而目前以OFDM为主流;而错误更正码则采用回旋码(Convolution Code)以及Reed Solomon Code。


在MAC层发展方面,由于通讯协定仍处于提案待审的阶段,不过依据新版IEEE 802.16 Working Document所记载,MAC通讯协定将会支援Single Carrier以及OFDM两种格式,详细资料请参见IEEE的网站。



《图三 无线广域网(行动通讯)接取技术演进(数据源:NTT DoCoMo,工研院经资中心 2001)》
《图三 无线广域网(行动通讯)接取技术演进(数据源:NTT DoCoMo,工研院经资中心 2001)》

WirelessMAN的规格特质

由WirelessMAN的规格可分析出以下特质:


  • (1)能支援不定长度资料封包传输


  • 提供传输品质保证(QoS),包含频宽需求与延迟控制保证、封包分级、动态连结建立


  • (2)提供安全传输服务


  • (3)提供数种传输速度


  • (4)提供封包分割/重整



WirelessMAN的发展优势

WirelessMAN发展目前最大的优势在于以OSI的7层网路架构规划之下,仅定义PHY层与MAC层通讯协定,在与TCP/IP相连时能提供透通性连接(Transparent Connection),因此利用WirelessMAN网路可以直接界接到任何网际网路上,并能提供足够的频宽以利通讯。


目前WirelessMAN主要是以提供点对多点宽频无线网接取,其系统架构,包含基地台(Base Station)、用户端设备(Subscriber Unit)以及网路管理系统(包含无线电资源、服务品质、接取服务、帐务以及各资料库等次系统)等。 (图四)


目前已投入开发WirelessMAN产品的厂商并不多,包含部分从事WLAN产品研发的厂商如BreezeCom(www.breezecom.com),从事OFDM技术研发的WiLAN(www.wilan.com)以及WiDAX(www.widax- corp.com)等,其中WiDAX于日前曾来台湾展示其802.16a的产品。而许多投入802.11aWLAN产品的厂商也开始密切观察WirelessMAN的发展,尤其是802.16b与802.11a之间有许多共通性的技术,因此WirelessHUMAN或有可能成为WLAN厂商下一波发展的重点。



《图四 WirelessMAN网络架构示意图(数据源:工研院经资中心 2001)》
《图四 WirelessMAN网络架构示意图(数据源:工研院经资中心 2001)》

未来发展性探讨

由于WirelessMAN能在传输速度与传输距离之间取得一个平衡点,因此WirelessMAN在目前已被视为提供无线网际网路接取的最佳技术,也因此WirelessMAN已成为继第三代行动通讯之后宽频无线接取技术的掌舵者,唯一可惜的是WirelessMAN现阶段还不能让其使用者具备行动通讯能力。


又因为WirelessMAN所采用的多工技术、调变技术与传输频段都已开始使用于各类宽频无线接取网路上而且与网际网路的发展主流-IP based应用能很顺利的融合,因此在未来也有可能在结合蜂巢式网路的频率重复使用的概念以及漫游技术后,而成为新一代行动通讯技术标准。以笔者所观察的现象分析,WirelessMAN技极有可能成为5G的标准,届时所创造出的市场规模就非常惊人了。


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