創新固定式/行動式網路服務 WiMAX嶄露頭角

2007-08-13
在WiMAX問世之後,由於省去牽線的高昂成本,加上與線纜傳輸相較毫不遜色的傳輸速率,讓WiMAX在通訊產業中逐漸展露鋒芒。再加上各國政府紛紛加碼投資,讓政策支持與資金挹注成為WiMAX起飛的最佳後盾。
近年來最受注目的無線技術之一--全球微波存取互通介面(WiMAX),已逐漸於市場上嶄露頭角,成為一種商業化技術,並在全球各地進行部署。舉例來說,第一項得到認證的WiMAX產品已於2006年1月宣布上市,且自2007年初開始支援行動裝置。隨著WiMAX市場陸續傳出令人興奮的訊息,如許多網路營運商宣布將進行更多測試與部署,在在證明WiMAX應用技術的時代已經來臨。  

WiMAX具備超越其他類似技術的優秀表現,加上低部署成本的優勢,可望在市場上形成全新的服務、應用、裝置及商業模式。WiMAX可提供廣泛的服務,還能透過相同的無線介面提供固定式和行動式的網路存取功能,使電信營運商擁有更大的彈性、創造出具規模經濟的商機。  

市場商機迸發  

憑藉著技術與市場方面的優勢,使WiMAX服務供應商得以提供更進階的服務,如個人寬頻、固定式和行動式網路存取等。而WiMAX的出現,也帶來更多新商機。  

對新進入此市場的廠商和固定式網路業者而言,WiMAX提供了一個進入行動寬頻市場的機會;對於行動式網路服務業者來說,WiMAX將帶來更大的承載量、降低影音畫面延遲性、並可降低成本,使其能以更具成本效益的方式提供行動寬頻服務,同時支援更有效率的即時高頻寬應用。  

根據Senza Fili顧問公司的報告指出,未來五年間全球將產生對WiMAX的大規模需求,至2010年將會有一千五百四十萬個WiMAX使用者,創造超過一百六十億美元的服務營收。而此預測涵蓋了固定式和行動式WiMAX。  

由目前的成長趨勢來看,由於固定式WiMAX較早引進市場,因此能在早期具備市場支配性,並將持續在利基市場中成長;不過,時至2010年,行動式WiMAX的成長幅度可望超越固定式、並預計可吸引超過57%的使用者。  

事實上,每種新的無線技術都須要投注多年的研發並進行完整的技術與商品化測試,才能正式推出。就行動式WiMAX來說,未來五年為預定時程,預計在2010年大規模推出各項相關產品後,可望帶動更高的市場銷售成長。  

根據調查,亞太地區估計將擁有全球約41%的使用者,因而是被看好成為全球最大的WiMAX市場。此外,WiMAX技術也被預計於對行動服務有高度興趣的國家大受歡迎。一些位於亞洲地區、正在快速開發中的國家,則因擁有廣大的潛在市場商機,而出現不少WiMAX技術的大力提倡者。而由於技術的成熟程度,這些國家的營運業者會先將初期重心放在固定式網路服務上,再慢慢轉向行動式。  

調查結果也指出,早期當固定式與行動式WiMAX廣泛支援固定式網路服務時,新興地區將是最歡迎、且發展最快速的市場。由於這些國家原本就缺乏有線網路的基礎架構,建設有線網路架構所需的成本又十分高昂,使得以無線形式、成本低廉的WiMAX成為最理想的解決方案,讓這些國家的營運業者得以用合理的價格提供快速連接的服務。長期來看,當行動式WiMAX支援行動式網路服務更為普及時,這項技術在已開發國家將更具影響力。  

OFDM-MIMO助長WiMAX優勢  

無論在家裡、辦公室、咖啡廳甚至是學校等場所,也不管在鄉間、郊區或都會區等環境中行動漫遊,WiMAX提供使用者不間斷、不受限的多元寬頻服務,讓網路遊戲、數位音樂串流、電視與其他娛樂服務、視訊會議、影像監視以及多種即時數位資訊能夠任意讓使用者存取。  

藉由WiMAX,使用者毋須再忍受無線網路存取品質劣於固定式數位用戶迴路系統(Fixed DSL)及纜線存取服務(Cable)的窘境,WiMAX的無線網路傳輸品質已經堪與有線網路並駕齊驅。  

WiMAX能異於其他無線網路傳輸的原因之一,是WiMAX採用IEEE 802.16標準,同時,WiMAX亦採用另一項非直視性(Non-Line-of-Sight)傳輸標準IEEE 802.16e。IEEE 802.16e採用正交多工分頻技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)與正交多工分頻多重存取技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Multiple Access, OFDMA)兩套技術,這兩項全新的空中存取介面(Air Interface),相較於現有無線技術,在頻率使用效率、資料傳輸量以及系統容量方面皆有提升,讓WiMAX的理論傳輸速率上看75Mbit/s。而若搭配多重輸入多重輸出(Multiple Input Multiple Out, MIMO)處理技術,OFDM-MIMO的組合更能大幅提升系統容量與效能。  

而近年來OFDM和MIMO這類專利技術的進步,也強化了WiMAX與未來行動寬頻網路的發展。如部分業者便透過與無線網路解決方案的精華要件接埠、整合網路語音通訊協定(VoIP)和電信業者應用技術方式,提供市場成熟完整的WiMAX解決方案。  

WiMAX技術挑戰未歇  

目前WiMAX的挑戰主要來自如何在無線鏈路上處理高突發性(Bursty)、不可預測性的IP服務,並提供隨時隨地的連接性與移動性,達到與現今無線區域網路(WLAN)技術同級,甚至超越其他線纜服務的品質。  

相關WiMAX系統解決方案著重於下列數點:縮小封包資料的處理時間與網路的延遲,同時提供高頻寬、高容量傳輸;針對全球頻段管理政策的差異,提供頻率使用彈性;確保基地台間無縫隙移動性與降低天線的射頻連接纜線數目等。  

從儘量縮小網路傳輸延遲來看,傳統線路交換式無線系統的流量是可預測的,其資源配置與排程決策僅僅在連線建立之初處理一次即可;但WiMAX網路在設計上必須處理具有高突發性、不可預測性的封包流量。而要達成此一目標,網路必須儘量縮小時間延遲,讓系統層級的管理決策可迅速完成,否則如即時影像與網路下載這些多媒體流量,一旦出現傳輸延遲或傳輸中斷,將直接影響使用者的使用觀感與品質。  

到目前為止,資源配置管理與排程模組皆設計於一集中式高層網路設備中,如基地台控制器(Base Station Controller, BSC)或無線網路控制器(Radio Network Controller, RNC),以最佳化使用整體系統資源。但是為了迅速達成資源配置決策,這些模組必須設計於網路階層架構的接入層設備,也就是架構在每個基地台內。  

一般來說,排程機制在IEEE 802.16系統中負責處理四種類型流量,分別是:固定速率服務、即時可變速率服務、非即時可變速率服務以及盡力而為服務(Best Effort)等類型,這些服務的傳輸要求,如約定速率、最高速率及最大傳輸延遲等都包含在WiMAX行動裝置與基地台間的連線建立參數中。  

OFDMA系統的無線資源配置可分為時間軸與頻率軸,而802.16媒體存取控制層(MAC)則是依據現有流量要求與無線鏈路傳輸狀態,負責動態配置這些無線資源,以管理WiMAX移動裝置的高突發性流量。基於IEEE802.16排程機制也搭配先進編碼技術與自動重送要求(Automatic Repeat Request, ARQ)技術,因此MAC層中具時間敏感性功能模組都設計於基地台端;至於無線網路其他功能模組的位置則與802.16的應用服務有關。  

這些服務包括:

固定式存取
  在如無線寬頻連線至DSL迴路之存取多工器或DSLAM的固定式存取應用中,每個基地台都可被視為一個獨立網路單元,所以無線存取網路功能就設計於基地台內。
行動式存取(Mobile Access)
  在如無線寬頻連線建立WiFi廣域網路之行動式存取應用中,行動裝置可以在基地台間漫遊,維持服務連續性,所以連線與行動管理模組(Session and Mobility Management, SMM)應被設計於另一網路單元--行動控制存取點(Mobile Control Point, MCP),以負責基地台之間換手程序,將目前流量移轉至新的服務基地台。

行動式WiMAX逐步躍居主流  

姑且不論上述各項挑戰,WiMAX的技術與市場優勢仍使WiMAX在個人寬頻等固定式和行動式網路創新服務中,成為最強勢的競爭者。WiMAX將會從一個利基技術,成為在企業與消費市場中大受歡迎的技術。隨著在開發中或偏遠地區固定式接取的逐漸普及,將帶來WiMAX技術採用率的成長,並使WiMAX的應用推向一個更多元的局面。已開發和開發中國家將會並存固定式及行動式網路存取服務,以符合市場上不同的需求,而行動式WiMAX將逐漸會躍居主流位置。  

近期包括台灣在內的不少國家,都已積極運作,由政府發放WiMAX執照、或由民間系統業者與電信營運商一同打造示範園區,創造WiMAX整合無線網狀網路之測試環境,在在顯露官方與民間業者對這塊市場的重視程度。  

(本文作者為北電台灣區產品行銷副總經理)

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