你的小黑有多无限？从四种无线通讯技术：WPAN、WLAN、WMAN、WWAN

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随著新兴的无线通讯技术、低价位的无线设施、网际网路的普及化，加速了无线网路的发展、变得愈来愈普及。因此，消费大众能够以全新的方式，在工作环境、家里，及旅途上，使用电脑及其他个人电子配备。　　目前市面上有多种不同的无线通讯技术，分别以频率、频宽、范围、应用方式等要素来加以区分。在这篇白皮书中，我们将一一探讨这些技术。如(图1)所示，这些技术可大略分成四大类，从涵盖面积最广的无线广域网路(WWAN)，到通讯距离小于10公尺的无线个人区域网路(WPAN)等多种类型。

　　无线个人区域网络(WPAN)

　　无线个人区域网络是相当小型的随意网络(ad hoc network)，通常范围不超过10公尺。由于通讯范围有限，无线个人区域网络通常用于取代实体传输线，让不同的系统能够近距离进行资料同步或连线。

　　无线通讯技术以范围分成四大类

　　蓝芽无线技术(Bluetooth)是目前最盛行的无线个人区域网络(WPAN)技术，透过2.4 GHz的未管制频带来运作。(图2)显示蓝芽技术由1.1版(资料速率为1 Mbps)演进为1.2版(强化了讯号传输以及频率波段共存的机制)。此外，3 Mbps的蓝芽2.0+进阶资料速率(Enhanced Data Rate；EDR)标准于2004年11月正式通过，相关产品目前已陆续上市。
　　[附注：本报告书采用的资料传输率，通常称为通道尖峰资料传输率(peak channel data rate)，而终端用户所得的实际资料流量，会因为装置无线电、讯号状态、距离，及协定效率等因素的影响而较低。]

　　无线通讯技术的发展沿革

　　未来的3年中，一些需要更高资料传输率的无线个人区域网路(WPAN)应用方案，可能会选择目前新兴的高频宽超宽频(UWB)技术。因为UWB技术不但频宽高，传输耗电量很低，而且采用相当宽的频率范围。UWB实体层介面(PHY)规格——802.15.3a——目前正由IEEE制定其标准。
　　此外尚有另一个可与之竞争的规格，则由多频带联盟(MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alliance；MBOA)开发当中。初期的UWB产品，其资料传输率将介于100～480 Mbps之间，预计2006年初可开始上市，后续延伸的版本预计资料传输率可高达1 Gbps。但如果不能解决规格标准彼此竞争的问题，可能会阻碍UWB技术的市场商机。此外，虽然美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission；FCC)已经开放大范围频谱供UWB在美国境内使用，但在美国以外的地区，仍然有一些法规及政策上的限制。
　　另外还有一套无线技术，约略也属于无线个人区域网路的范畴-ZigBee(802.15.4)-最适合某些特定的低频宽应用方案，例如测试仪器与家庭环境自动化。由于ZigBee这项标准除了上述的特定应用之外，不太可能应用于其他领域，因此并未列于(图2)之中。
　　无线区域网络(WLAN)
　　与无线个人区域网络相较之下，无线区域网络能提供强大的无线网络连结能力，范围可涵盖存取点到客户端中间大约100公尺的距离。目前的无线区域网络以IEEE 802.11标准为基础，称为Wi-Fi网络。802.11b是第一套成功商业化的无线区域网络技术，提供2.4 GHz频带及11 Mbps的传输速率。在改变不同的资料传输方式之后，采用了802.11g, 2.4 GHz频带，及802.11a, 5 GHz频带，在2003年成功将资料传输率提高到54 Mbps。目前常见所谓的“双频”Wi-Fi存取点及客户端无线网卡，同时结合了支援802.11a、802.11b、802.11g三种规格。另外还有高整合度的单晶片解决方案，不但体积较小，电量需求也较低，因而带动了各种新型设计与应用。
　　除此之外，新标准也特别考量到Wi-Fi网络的安全性，其中Wi-Fi保护存取规格(WPA)及802.11i规格(或WPA2)特别加强用户的身份验证与资料加密。WPA2采用新一代的先进加密安全(AES)技术进行加密。WPA及WPA2中采用的IEEE 802.1X标准，提供了连接埠层级的验证架构。另外，即将问世的802.11e标准特别针对网络服务品质(quality of service；QoS)加以强化，让语音、多媒体等较不容许网络延迟的资料，能在网络上优先传送。Wi-Fi联盟是业界专门负责Wi-Fi认证及相容性测试的机构，目前该联盟已开发出Wi-Fi多媒体(WMM)测试规格，可认证新产品的802.11e相容性。
　　下一代的无线区域网络标准为IEEE 802.11n，其规格目前还在制订当中。802.11n将具备与802.11a、b、g的回溯相容性，并提供超过100 Mbps的资料传输率。802.11n的效能提升，主要来自于新型多重输入/输出(Multiple-Input, Multiple-Output；MIMO)无线电技术、更宽的射频(RF)频道、以及通讯协定堆叠(protocol stack)的改良。MIMO技术藉由增加无线装置中无线电以及天线的数目，提升资料传输率。IEEE预计于2006年中制定核准802.11n的规格，戴尔公司目前正在Wi-Fi联盟积极推动一套产品认证方案，预计将与IEEE 802.11n标准同步推出。
　　无线社区区域网络(WMAN)
　　无线都会区域网络是一种可涵盖城市或郊区等较大地理区域的无线通讯网络。以往具备T1或T3等级资料速率的长距离无线技术都是由大型电话业者、独立区域电信业者(Independent Local Exchange Carriers；ILEC)、以及其他供应商所专有及经营，用来连接距离较远的地区或大范围校园。目前IEEE已经将一套新的无线都会区域网络技术加以标准化，这套新技术采用需要执照以及免执照的多个频带。
　　其中最为人知的是IEEE 802.16d，也称为“WiMax”，将在2～11 GHz之间的频率范围运作(在美国将采用2.5 GHz、3.5 GHz、5.8 GHz三个频带)，在理想状况下若无障碍物阻隔，50公里距离的最高资料传输率高达70 Mbps。最初建设，需要在用户所在的建筑物外加天线，另外还有一个移动版(802.16e)预计于2007年推出。目前还不确定电信运营商、网间网络服务供应商何时或是否愿意建构WiMax，以及业界何时才会大规模架设定点式或移动式WiMax所需的基础设施。但是，业界大多预测WiMax的建设，将会运用现有以及新增的“塔台”基础设施与安装配备。
　　无线广域网络(WWAN)
　　无线广域网络是行动电话及数据服务所使用的数字移动通讯网络，由电信运营商所经营，例如Cingular Wireless、Vodafone、Verizon Wireless等公司。无线广域网络的连线能力可涵盖相当广泛的地理区域，但到目前为止资料传输率都偏低，只有115 Kbps，和其他较为区域性的无线技术相去甚远。目前全球的无线广域网络主要采用两大技术——分别是GSM及CDMA技术，预计将来这两套技术仍将以平行的步调发展。
　　欧洲对GSM的标准化相当早，目前包括GSM以及相关的无线数据技术：GPRS及新一代EDGE技术(Enhanced Data GSM Evolution)，大约共掌握了全球三分之二的市场，分布的范围包括北美、欧洲及亚洲。新一代的EDGE 技术可提升GPRS的资料传输率达3～4倍。而其他GSM业者，尤其已经购买新3G频谱的业者，则主打WCDMA规格(Wideband CDMA)，WCDMA预计资料传输率可达2 Mbps。另外还有一套延伸技术称为HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)，预期将于2006年开始架设，其资料传输率可高达3.6 Mbps以上。
　　主导CDMA技术的发展在美国，CDMA2000无线广域网路技术在北美、日本、韩国及中国的建设已有相当规模。CDMA2000 1xRTT技术(Single-Carrier Radio Transmission Technology)已相当广泛地建置。而下一代的1xEV-DO技术(1xEvolution-Data Optimized)也正由美国的Verizon Wireless以及Sprint PCS公司紧锣密鼓建置之中，预计可支援2.4 Mbps的资料传输率。之后，电信业者将采用规格A版继续发展EV-DO，以支援更高的资料传输率，以及VoIP(Voice over Internet Protocol)通话功能。
　　新兴之RFID技术
　　一种新类型的无线通讯技术─无线射频识别系统(Radio Frequency Identification；RFID)，目前正开始由大型零售商及其他企业率先采用，以取代传统条码，用于物品管理或库存追踪。在RFID系统中，每项物品或库存货品都附有一个RFID标签，标签上储存有该项货品仅有的资讯，例如独一无二的识别码，这些资讯可用特别的RFID读取器予以辨识。而读取器本身又与后端资料库应用程式相连，可利用读取到的资料来进行货品的追踪、监控、报告及管理，以掌握货品运送的流向。
　　RFID技术的另一个全新应用领域称之为“近距离无线通讯”(Near Field Communication；NFC)。NFC技术主要针对近距离(大约7公分)、需要高度安全性的消费应用系统所设计。例如，内建RFID晶片的智慧卡，可应用于安全付款机制、安全交易等。
　　全球所有无线频谱的和平共存
　　各国的无线通讯技术频率不尽相同，是产业界面临的一大挑战。由于这些差异，例如采用GSM无线广域网路的PDA或行动电话，就有可能在某些地区运作正常，但在其他地区则因无法取得特定频率而造成服务中断。此外，每个国家针对各种无线通讯技术特定的需求而分派不同的频率。例如，GSM在欧洲所分配到的频率为900 MHz以及1800 MHz，而在美国则为800 MHz以及1900 MHz。各地区频率的差异，使厂商在设计支援全球多地通用GSM服务的无线装置时，面临更多的挑战。而移动装置也因为要支持多个频段，造成产品的复杂度及成本升高。目前产业界仍然继续透过标准组织及ZF机构，努力使全球各地的频率能更有效率地互相配合。(本文由戴尔公司提供，作者：Liam Quinn、Pratik Mehta、Alan Sicher/分别担任戴尔通讯技术策略及架构总监、戴尔资深通讯技术工程师、戴尔无线产品经理)