無線網路走向多工時代

MIMO讓802.11n更快更好

繼去年可提供54Mbps傳輸速率的802.11g標準通過，引起相當大的風潮之後，這段時間以來，無線網路的熱度似乎又逐漸地降溫。雖然Atheros、Intersil、Broadcom等廠商試圖透過通道匯整（Channel Bonding）的方式提升傳輸速率到108Mbps，但是整體市場卻不像當初802.11g剛通過時那樣熱絡，除了無線網路本身的安全隱憂是一大原因之外，另一個最大的問題出在服務效能上。因此這一年來有許多人致力於訂定新的無線傳輸技術與標準，希望能夠打造更新更好的無線網路環境。

在實際的使用中，我們可以很明顯的感覺到，當無線用戶數量增加時，每一臺用戶端的實際傳輸效能就會隨之降低，這是因為無線基地臺一次只能與一臺用戶端互相傳遞訊號，而用戶端數量越多，就會縮短可連線的時間，因此造成傳輸效能的降低。在個人消費市場這種問題並不會太困擾使用者，不過在企業端導入時，就會發生相當明顯的問題，試問誰會捨棄有線網路的100Mbps保證傳輸速率，而轉用無線區域網路的56Mbps理論傳輸速率，只為了偶爾會用到的機動性？

為了解決傳輸單一性的問題，同時提供更高的效能，在802.11n草案中，就提出了「MIMO（Multiple Input Multiple Output）」傳輸方式，提供高速資料傳輸速率以及較佳的服務品質，讓企業導入時可以兼顧效能及機動性，並可降低基地臺負載量，提高設備的可用性。SIMO、MISO及MIMO

以一般的基地臺來說，在實際傳輸時僅會使用單一支天線，並沒有辦法自動切換讓效能提升，這種模式我們可以視為SISO（Single Input，Single Output），無線傳輸的兩端都僅利用單一介面傳送與接收，不論天線再多，也沒辦法達到加成的效果。為了解決這項問題，必須由無線電波的物理特性著手，因此就有廠商研發出智慧型天線。智慧型天線會協助基地臺在發送或接收時將訊號匯聚到一個特定的方向，藉以提高信號接收的能力，這種系統即為SIMO或MISO系統，能從兩支天線中選擇效能較佳的天線，可以增強傳輸時的能力，但僅限於發送或者是接收，沒有辦法兩者兼顧。

而MIMO則是兼具SIMO與MISO兩者所長，不論發送端或接收端都採用多天線的方式，能夠透過所有的天線以同樣的頻帶，在同一時間傳送獨立的訊息，就彷彿是同一時間有多臺基地臺發送給不同的使用者一般，因此效能可以得到顯著的提升。以理想狀態來說，採用MIMO技術且有三組發送接收天線的802.11a基地臺，就能夠達到3×54=162Mbps的傳輸速率，是相當誘人的傳輸速率。

MIMO是一種增強無線通訊效能的方式，因此我們可以期待不只是在802.11n中會使用，就連目前常用的802.11a/b/g都能夠使用上，不過除了採用5GHz為傳輸頻帶的802.11a之外，802.11b/g都會遇到2.4GHz頻帶不足的問題，連帶著也會影響到使用MIMO之後的效能呈現。使用5GHz，避免頻道擁擠

以目前802.11n草案來說，目前採用的是5GHz頻帶，因為2.4GHz頻帶已經過於擁擠，不管是802.11b/g，藍芽、無線電話、微波爐等，許多會發送電波的設備都是在這個範圍之中，就算使用了MIMO技術，也很難保證傳輸的穩定。在5GHz頻帶之中，能夠提供11組40MHz的頻道，共計440MHz的傳輸頻寬，不但能夠提供較多設備使用，甚至可以切割出專屬頻帶供特定服務使用。不過目前5GHz頻帶大多屬於軍事或是緊急通訊之用，在歐洲受到嚴格的管制，因此還有像是傳輸功率與距離等問題需要克服。

802.11n草案中，除了提升傳輸效能之外，另一項重點就是提供更好的服務品質（QoS）。除了原有的QoS技術之外，還加上了訊框整合技術，可以將多組訊框結合成同一個封包，這種方式對於無線網路的VoIP以及多媒體串流是相當有利的技術。同樣無線，功能大不同

今年在無線網路領域中，除了802.11n與MIMO受人矚目之外，另外還有兩項技術也是令人無法忽視：802.16與UWB。

802.16系列是WMAN的寬頻無線通訊標準，目前WiMAX推動的為802.16a，所使用的頻帶為2GHz到11GHz之間。

或許有人會感到好奇，為什麼有了Wi-Fi與802.11系列之後，還要推動WiMAX與802.16系列呢？這是因為802.16系列能夠藉由較寬的頻帶以及較遠的傳輸距離，協助電信業者與ISP業者建置無線網路的最後一哩路，802.16設計成點對多點的網路架構，而802.16a則是能夠構成網狀（mesh）架構，單就拓樸上就比802.11系列的星狀拓樸來的完整且具有容錯能力，更遑論更快的傳輸速率與更遠的距離。就目前的計畫而言，802.16與802.11並不會彼此排斥，相反地，可以先藉由WiMAX連接到企業據點，而後藉由相容的802.11設備將訊號接入企業內部，就像是目前連接ADSL的方式一樣。

而UWB則與802.16有著明顯的差別，802.16適用於無線廣域網路中，而UWB則是在極近距離的個人網路中使用。UWB目前的草案標準為802.15.3a，以UWB目前的定義而言，可以用到上萬MHz的頻寬，就算是已經在使用的頻寬也可以傳送訊息，不過由於距離短，發送功率不高，因此理論上不會干擾在這頻帶之內的任何裝置。

以目前來說，WPAN區域最常用的是藍芽技術，不過UWB會比藍芽還要快上百倍的速度，最快可達480MHz，我們可以將它視為無線的USB裝置，藉以連接所有周邊設備與電腦，甚至可以延伸到工作區域的所有電子設備。雖然有這項優勢，不過要說UWB可以取代WLAN還言之過早，除了頻帶過寬可能帶來的問題之外，傳輸的距離過短也是一項明顯的區隔。真正在建置無線網路時，還是要確認應用的範圍與方式，選擇正確的設備與標準，才能打造出完善的無線網路環境。多種無線網路提供多樣的服務

目前的無線網路根據所應用的距離不同，傳輸距離最遠的是使用衛星傳輸訊號，其他則可分為無線廣域網路（WWAN）、無線區域網路（WLAN）以及無線個人網路（WPAN），而日前由統一安源資訊得標的臺北市無線網路計畫則是都會無線網路（WMAN）。

我們一般常見無線網路，是架設基地臺並在訊號涵蓋範圍中提供資訊傳輸的服務，在建置WLAN及WMAN時是經常使用的方法，隨著使用的基地臺種類不同，WLAN的有效距離為100公尺，而WMAN的有效距離則可延伸至10公里；衛星通訊網路是藉由低軌道的同步衛星傳輸資訊，有效距離可達1600公里，地型的影響最低，不過容易受到天候狀況影響，目前常見於軍事或是無基礎設備的地點使用；WWAN除了可使用基地臺之外，也包含2G、GPRS、3G等應用於手機上的標準，能夠提供長達100公里的有效距離。

臺灣目前不斷推動「雙網整合」計畫，就是希望能夠將原本分屬數據傳輸的WLAN與WMAN，和屬於語音傳輸的WWAN（2G、2.5G及3G）整合至同一設備上，讓設備具有自動切換的能力，在都會或是室內時，可以使用費用較便宜、傳輸較快的WLAN及WMAN，在沒有基地臺服務的地區，則能夠使用WWAN的方式通訊。目前已經有DECT無線電話可透過WLAN使用VoIP方式通話，在沒有WLAN服務時，只要有DECT主機也可以使用一般公眾電信網路通話。文⊙羅健豪