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无线区域网路晶片的发展现况与远景
 

【作者: 吳秉思】2000年11月01日 星期三

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WLAN的定义可用较广的角度来看待,如Bluetooth、HomeRF、IEEE802.11和Hip​​er LAN等。在这里我们采较狭义的说法,视定位在企业用市场的802.11和Hip​​er LAN等为WLAN;当然在价格合理的情况下,这些产品有机会在家庭市场上大显身手。



1999年后2.4GHz被大力开发


WLAN的主要技术和标准系出IEEE802.11,在1997年底定(表一)。当时容许两种技术并存,直接连续展频(DSSS)和跳频展频(FHSS)两种。可是802.11的传输速度只有2Mbps,相对于Ethernet的市场主流正由10Mbps移转至100Mbps,其差距甚远,且价格又昂贵,难被市场接受;于是业界便积极着手802.11b的标准化,将速度提高至11Mbps。唯FHSS之硬体虽较便宜,但速度不易提升,需要有较大的频宽,DSSS恰好与FHSS完全相反。802.11遂只采用DSSS,原在802.11使用FHSS之业者便转向HomeRF,改以在家庭市场为新定位,提出廉价的解决方案为诉求(表二)。 802.11b在1999年标准确立。不管是802.11或802.11b,均是利用2.4GHz的频带。 1985年美国FCC规定了三个毋须申请执照的频带带,规划为工业、科学和医学用途,简称为ISM频带,分别落在900MHz(902~928MHz,频宽26MHz)、2.4GHz(2.400~2.4805GHz ,频宽125MHz)和5GHz (5.725~5.850GHz,频宽125MHz)。HomeRF、Bluetooth和802.11、802.11b都是锁定在2.4GHz,以2.4GHz射频为主的无线通讯技术开发遂成为1999年来最热络的话题。




《表一 各种WLAN技術之比較》"技术之比较》




《表二 802.11b和HomeRF阵营的成员》



不过部分业者对于2.4GHz为基础的WLAN抱持着怀疑的态度,盖此区隔的晶片组市场已被Intersil和Lucent等业者独占(表三),新进业者的资源有限,不易与之抗衡;二来WLAN的传输速度若不能再提升,势必无法满足更多的应用。 2.4GHz的WLAN虽有计画在未来爬升到20MHz以上的速度,但并不容易达成。有些业者遂直接选择5GHz,朝向高速化努力,以差异性摆脱既有业者的努力范围。在5GHz频带上,速度多少可提高至24Mbps,已可传送MPEG之资料,无论在企业市场或家庭市场上的应用都是可胜任。




《表三 企业用WLAN晶片组供应商》



5GHz欧美规两版本相互较劲


在5GHz上的WLAN标准有两种,一是IEEE802.11a、二是HiperLAN2。 HiperLAN2是定位在建筑物内和大都会上的应用,主要由Nokia、Ericsson、Bosch、TI、Dell和Telia等欧美业者所共同倡议;为欧洲通讯标准协会(ETSI)的官方标准,初期商品化产品可能的速度订为25Mbps,未来将提高至155Mbps,视为ATM OC-3的短距离无线连结。 HiperLAN2和美规版的802.11a大同小异,除了频带近似和使用相同的OFDM铜变技术与实体层(PHY)外,最大的差异不过是在媒体接取控制(MAC)而已。802.11a的MAC系以Ethernet为基础,而HiperLAN2则是近似ATM,前者是非连接型的拓朴,采碰撞侦测;后者是连接型的连结(Connection-Oriented Links),但仍可接收Ethernet讯框。 HiperLAN2成员的最大特色是部分重量级业者,如Nokia和Ericsson,同时也是Bluetooth的创始会员,他们将Bluetooth定位为个人用的区域网路(PNA),而将HiperLAN2视为建筑物内的高速无线区域网路,等于是和Bluetooth相互搭配。另有两位成员TI、Bosch则致力于28GHz频带的LMDS之发展,则又是承接HiperLAN2的更高速无线网路之角色。已开始将802.11b对应的WLAN界面卡列为部分商用笔记型电脑选用配备的Dell,以浓厚的美系PC业者立场加入HiperLAN2阵营,更引人注目。



除了上述发起成员外,陆续加入HiperLAN2成员包括欧系的Alcatel、Siemens、Philips、Grandig、Cambridge Silicon Radio;和美系的Motorola、Silicon Wave和日系的NTT。 5GHz之WLAN之欧美规对抗,将隐含更多的政治因素。部分加入HiperLAN2的重要业者强调HiperLAN2相对于802.11a的技术优势在于具备QoS之能力。致力于WLAN颇深的Intel在IDF Fall 2000中则主张欧美规合而为一,有利于WLAN市场的推展。



矽谷专业IC设计公司开发廉价版5GHz WLAN晶片组


不管使用哪一种技术,都不能逃避WLAN晶片组成本昂贵的事实,唯有确实解决此一问题,才能真正使WLAN打开市场接受度。业界对于2.4GHz乃至于5GHz的技术开发尚未到炉火纯青的地步,还未到达可大幅度讲低成本的阶​​段。即使是WLAN目前的主流2.4G级的802.11b晶片组的主导业者Intersil,仍须借重IBM的SiGe制程来解决高频的问题,价格不易在短期内降低。部分矽谷的IC专业设计公司可利用早期和当地大学的研究成果,径开发制程较便宜的CMOS方式直攻5GHz,以Radiata和Atheros Communications为代表。这两家公司已在2000年10月推出样品,对应802.11a,并锁定分别在2001年1月和7月正式量产。若其产品能为系统制造商采用,将是WLAN的一大里程碑,并将WLAN提前推进高速的境界(表四)。




《表四 使用CMOS制程之5GHz WLAN之两代表性业者产品》



Radiata的WLAN晶片组可达802.11a的极速54Mbps,价格和现行802.11b的11Mbps的晶片组相当,为35美元,包含基地周边的零组件,整片PC界面卡的制造成本约为55~65美元,实际的零售价格约150美元,速度比802.11b增加了4倍,价格却相同。该公司准备瞄准的市场大概可分为三类,一是家庭市场,作为PC、TV、VCR等AV设备和各种数位消费电子产品间的网路连结,和1394、HomePNA、HomeRF、802.11b等共同竞争预期在2004年会有56亿美元的家庭网路市场。由于54Mbps几乎是现行DVD之MPEG之资料速度的2倍,在家庭的应用上能应付自如,第二个目标市场是企业用LAN,过去的主流产品只有2Mbps,故相当具竞争力。第三个市场将是公众之接收网路,在机场、饮食店设立接取点(或基地台)作为Internet之接取之用。 Atheros亦是使用CMOS,价格和Radiata相当,但速度提高至72Mbps,属于独自开发规格的Turbo等级,晶片整合程度较Radiata的高。



2.4GHz技术与市场潜力尚未完全被开发


此两公司确实将5GHz WLAN提前进入市场,使业界原先的预期被改写,但5GHz未必就可以在市场上大放异彩。事实上,无线的要求十分严谨,新的晶片组尚须系统厂商长期的验证,方可能正式上市,同时802.11a的标准也尚未完全底定,大概最快也得等到2001年,其和HiperLAN2的主导权之争更加添不少不确定性。5GHz的另一个大问题是无法和2.4GHz回溯相容,使得既有已渐形成规模的2.4GHz之用户,不愿贸然采用5GHz,更何况全球大部分的业者依然在积极开发2.4GHz之更高速版本,亦即2.4GHz虽在物理特性上的高速化比5GHz不易,但实质潜力仍未十足完全被开发出来,是否需要立即迈入5GHz,恐有很大的存疑空间。特别是在家庭市场、数位影像的传送和编辑应用尚未发展成熟,并无有立即需要高速网路的急迫性。



目前大部分的OEM业者依然拥抱2.4GHz的802.11b(表五),使在此领域上的晶片主导业者Intersil和Lucent,可以借此为基础整合其他2.4GHz的无线技术。如Intersil便和以Bluetooth起家的赫赫有名之Silicon Wave合作,让后者的Bluetooth整合至前者的802.11b的晶片组之中。 Bluetooth和802.11b的功能几乎是互补的,两者同时可利用2.4GHz频带,前者负责连接个人装置到WL​​AN间的无线连结;后者则是担当接收Internet的角色。甚至必要时HomeRF也可同时整合进去。近来FCC虽同意让HomeRF享有更宽的频带以资利用,但WLAN在和Bluetooth的整合进度愈快,有效地以市场规模优势降低成本,定位在Bluetooth和WLAN之间模糊地带的HomeRF,不太容易闯出一条明路。




《表五 WLAN之介面卡出產量預測"出产量预测》"》



朝全方位整体解决方案努力方能赢得市场


相对于有限的Ethernet,WLAN似乎仍只是在婴儿期的萌芽阶段,技术发展和市场潜力仍有极大的开发空间。业界在布局的考量上,不能忽略无线相关通讯产品的整体性,势必走入全方位性的解决方式,一如Bluetooth和802.11b的整合一样。若过份强调单一独立性产品的单方向发展,极可能难讨好市场或无力和对手竞争。正如过去National Semiconductor曾在有线的Ethernet上叱咤风云,不料美好光景却在缺乏整合更齐全的解决方式和低价化速度不及他人的情形下终止。又如HP曾自行开发的FastEthernet规格优于IEEE官方版,因而自认必获业界广泛遵循,结果事实恰好相反,终迫使HP回归IEEE版产品。如今由有线Ethernet看WLAN,亦有类似的情境,业者必须有智慧地订定正确的策略,避免重蹈覆辙。



WLAN有相当的进入障碍,台湾业者应会选择先从系统下手,在晶片组方面则以Bluetooth为尝试的起点,在市场明朗和需求较大时,WLAN进入的时机较适合,或许是2002~3年前后吧。



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