2007年3月13日 星期二

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對於無線傳輸來說,有三大考量的議題,分別是:傳輸率(throughput)、距離/涵蓋範圍和可靠性(reliability)。不同的應用會對這三大議題有所偏重,以即時性的串流影音來說,就需要極高的傳輸率及保證傳輸上的高度可靠性。無線市場上不斷地運用各種可行技術來改善這三大議題,例如使用OFDM、64QAM等更複雜的調製(modulation)技術,以及提升對頻譜的利用率。
目前市場上有兩大新興技術可用來改善頻譜的利用率,一是超寬頻(Ultra Wideband, UWB),一是多重輸入多重輸出(Multiple-input, multiple-output, MIMO),後者被用在新一代的WLAN標準 – 802.11n中,而802.11n與UWB都被視為是家庭影音傳輸的可行性解決方案。雖然兩大技術仍在商品化的初期階段,但在這次CES中,我們可以看到兩大陣營摩拳擦掌,分別展示出許多的解決方案。
802.11n規格大致抵定
先來看看802.11n,此規格歷經WWiSE和TGnSync兩大團體的摩合後,在2006年1月總算整合擬定1.0的草案版本。接著Broadcom、Atheros、Marvell等晶片廠商開大力推動其draft-n(或稱pre-n)的晶片,而Netgear、Buffalo、Linksys等網通設備廠商及一些筆記型電腦廠商也開始推出採用draft-n的產品。
不過,由於在1.0草案制定後,出現了1萬2千多條的修正意見,因此市場上對draft-n產品在未來相容性上的相當存疑,加上實際應用上並未見到明顯的改善成效,這都讓draft-n的產品無法真正打開市場。在此情況下,各大廠商開始對市場做信心喊話,包括Broadcom和Atheros自行進行相容性的測試,Intel則展開了“ConnectwithCentrino”的計畫,強調消費者只要選擇了“ConnectwithCentrino”的產品,就不用擔心相容性的問題。而為了打開市場,甚至連Wi-Fi聯盟都準備提早開始進行draft-n的驗證工作。
在日前有好消息傳來,802.11工作組在今年1月14日到19日的第101次會議中,順利通過草案1.10版本,為草案2.0版本做了最終定稿,同時對802.11n標準時間表做進一步的規劃。在這次的會議中的投票結果是100票贊成、0票反對、5票棄權,顯示出在歷經9個多月的溝通後,大家對11n的版本已達成高度的共識,預估2.0版本並不會對1.10版本做太多的改動,而1.10版本與現在市場上的draft-n產品能夠相容,對於修訂的部分只需透過軟體的更新即可進行升級。這對於現行的產品及今後的市場推展來說當然是一大利多,即使最後的正式版本預估要到2008年才會完成,但因規格發展至今已大致抵定,想用的人已可放心使用了。
802.11n大幅提升WLAN效能表現
無線傳輸性能的好壞會受到PHY層及MAC層標準所影響,其中PHY層標準規定了所使用的頻帶、調製方式、傳輸速率等;MAC層標準則規定了所使用的網路拓樸、封包長度、連結漫遊等功能。在802.11b、802.11a及802.11g的規格演進中,主要的修改部分為PHY,而802.11n則針對PHY及MAC都做了新的定義,因此可說是革命性的新一代規格。
相較於採用直接序列展頻(Direct-Sequence Spread Spectrum;DSSS)及補碼鍵控(Complementary Code Keying;CCK)調製技術的802.11b,802.11n在實體層方面採用和802.11a及802.11g相同的OFDM技術,不過,11n採用了比11a/g標準更高的最大編碼速率(code rate)和更大的頻寬,這種改變可將最大的數據傳輸率從54Mbps提升到65Mbps。11n與其他上一代規格的差異比較,請參考(表一)。

讓11n倍受注目的新作法是它採用了MIMO技術,此技術能在不加大頻寬的條件下讓數據傳輸率以倍數提升,此外,妥善設計的MIMO系統還可以同時改善涵蓋範圍和穩定性。在MIMO系統中,「有效傳輸率」(effective throughput)的提升比「峰值傳輸率」(peak throughput)還大(有效傳輸率是在離發射器特定距離所量測到的傳輸率,而峰值傳輸率是在離發射器很近的地方量測到的傳輸率),獨立的測試顯示一個設計良好的WLAN MIMO系統可以將有效涵蓋範圍提升八倍,同時也能將有效傳輸率提升六倍。請參考(圖一)。

在電波的傳輸中,多徑效應(Multipath)一直被視負面性的干擾因素,但MIMO採用空間分割多工(Space-division Multiplexing;SDM)的技術來克服這個瓶頸。簡單地說,MIMO技術是在WLAN發射端將數據流切分為多個部分,即所謂空間資料串流(spatial streams),再透過不同的天線發射到相應的接收端天線,當空間資料串流的數量提高一倍,原則上就能將傳輸率也提升一倍。但魚與熊掌難以兼得,當空間資料串流增加時,傳輸功耗會提升,會佔用更多頻寬,也會需要更高的成本。Draft-n規格中包括一項MIMO省能(power-save)模式,也就是只有在確定多重路徑的作法能提升效能時,才會採用更耗電的多徑途徑。
除了MIMO及更佳的OFDM作法外,11n還定義了多項新的技術特性,例如屬於智慧型天線的波束成形(beam-forming)和分集(diversity)技術,以及將兩條20MHz通道合併為40MHz的作法,能夠有效的提升數據傳輸率。其他的選項還包括高傳輸率複製模式(high-throughput duplicate mode),有助於延伸網路的範圍;窄化保護頻帶間隔(short guard interval),也就是透過進一步限制overhead的位元大小來改善封包傳輸效率;還有相當重要的匯聚(aggregation)作法,這種方法可充分提高MAC的效率,增加總體有效傳輸率。
11n與上幾代標準不同的地方,在於它提供了多種選擇模式和組態配置,因此各家廠商除了滿足基本的標準要求以達到相容性外,可以自行選擇支援更高階的技術選項,一方面可提高傳輸效能表現,一方面則能推出區隔化的產品,滿足高階及特定應用的需求。依目前的草案,11n最多可提供575種可能的數據傳輸率配置,而在理想的狀況下,如果廠商的產品支援了所有高階的技術選項,11n的產品最高可達600Mbps的傳輸率。這種產品需支援4 x 4的最高天線組,但目前市場上的產品才剛開始從 2 x 2 的天線提升到 3 x 3 的天線,最高的原始數據傳輸率為300 Mbps,這已是很高的傳輸率了。(表二)為802.11n 1.0草案中的主要特性

draft-n產品日益壯大
在這次CES中,原先已推出draft-n產品的晶片及設備廠商,仍舊不遺餘力推出最新的產品,並實機展示在影音方面的傳輸應用。在晶片方面,包括Broadcom的Intensi-fi及Atheros的XSPAN技術,其中Intensi-fi支援802.11n草案中的2x2、3x3或4x4天線配置,而且採用all-CMOS架構設計;XSPAN則採用了三射頻單晶片的MIMO架構。兩者皆同時支援2.4GHz及5GHz雙頻帶,這也是微軟最新作業系統中要求支援的規格。目前有Linksys、Buffalo和聯想等公司的產品宣佈採用Broadcom的解決方案,而聯想的ThinkPad T60、R60、X60與Z61系列產品中,也已有幾款產品採用Atheros XSPAN。
在Intel方面,該公司在CES中展示了多款支援Wirelss-N的AP和筆記型電腦,如(圖二)。目前基於Napa平台的筆記型電腦已採用其Wireless-N技術,預定在3月時,Intel的訊馳平台將會升級到Santa Rosa平台,到時將會內建支援下一代Wireless-N技術的11n Kedorn模組。另一個讓11n陣營感到振奮的,則是Apple電腦持續在其產品線上支援draft-n,目前包括其最新的Apple TV、AirPort Extreme/AirPort Express和iMAC電腦等,都已建置對draft-n的支援硬體,其中Apple TV的用途上正是用於無線影音內容的傳輸。

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