行動WiMAX解決方案引領業界發展動能

WiMAX 模組

前言：行動WiMAX有充裕的能力，能滿足消費者對於寬頻存取的貪婪胃口，且提供許多選項，讓各界能運用此科技的成長動能。WiMAX是前景最被看好的技術之一，能滿足各種裝置對於寬頻連線的需求，包括從智慧型手機到筆電 – 當中還有較非傳統的選擇，像是Netbook與行動上網裝置。

本文：
行動WiMAX不僅滿足現今這些裝置之需求，還提供豐富的多樣性，能支援行動寬頻事業在未來數年持續變化的需求。憑藉著能夠為各種服務提供高效率的寬頻連結 – 包括數據、IP語音(VoIP)、以及視訊串流，並能為每個使用者提供電信級的服務品質(QoS)- 使得行動WiMAX成為第四代(4G)手機技術的首選之一。

為充分運用這些能力，服務供應商在全球各地展開WiMAX網路的部署工作。Clearwire與Korean Telecom (KT) 已分別在美國與南韓開始為消費者提供這類網路服務。UQ 電信公司計畫在2009年初開始在日本展開部署。市調機構Informa Telecoms公司首席分析師Mike Roberts則預測：在上述與相關計畫陸續推動後，WiMAX預計在2013年將擁有1.03億用戶。

包括高度開發以及新興市場均熱烈支持，各界預估直到2013年，WiMAX將會發展成為一項成熟技術，大幅領先各種4G方案。
為了支持這波成長，市場需要大量的新增行動WiMAX用戶端產品，涵蓋各種尺寸規格、功能、以及價位。手機與半導體元件供應商將面臨規模可觀的研發工作，必須解決在推出這些新產品時所面臨的各種技術問題。本篇白皮書已蒐集許多這類問題，並推薦理想的解決方案，不僅最能滿足市場需求，還能因應行動WiMAX發展持續增溫的發展態勢。

在組態這些WiMAX與4G無線解決方案方面，行動產品研發業者與半導體廠商必須通力合作，提供消費者想要的解決方案。雖然挑戰艱鉅，但業界現已掌握技術，能把WiMAX連結功能建置在眾多行動產品中，並能調節寬頻連線速度(超過1 Mbps)，且支援包括網際網路接取、電子郵件、網路電話、串流視訊等服務，還能維持現有3G裝置的尺寸規格與電池續航力。

行動WiMAX 用戶端裝置

行動WiMAX能提升幾乎任何種類裝置的網路連結能力，現今行動無線市場蘊藏可觀的發展潛力。寬頻網路促使許多新形態裝置崛起，包括行動上網裝置(MID)、超級行動電腦(UMPC)、以及Netbook。如本文之前所述，內建WiMAX的附屬系統的自足完整功能模組，能更簡化這種無線技術的整合性。

隨著全國各地WiMAX網路設置完成，加上成本持續下降，更多功能也進入實際開發階段。各種消費性產品從汽車到眾多家電應用產品等，都是運用WiMAX的受益者。應用空間幾乎無上限。以下列舉一些目前可結合的產品:

筆記型電腦

在推出行動WiMAX用戶產品方面，業者自然而然會挑上的規格，就是USB配接器與PC介面卡，主要目標鎖定筆電使用者。這些產品已經在許多大城市與大都會地區的WiMAX基地台順利運作，在這類環境中，行動使用者希望得到範圍更大的存取服務，超越WiFi上網據點的涵蓋範圍。

智慧型手機到VoIP手機

自從首款USB配接器與PC介面卡問市以來，行動無線市場的焦點就轉移至行動手機及各種體積小於筆電的裝置。雖然目前市面上眾多手機尚無定義標準規格，但業界已開始採納許多規範：包括智慧型手機與VoIP手機。

智慧型手機可能是現今市場上最熱門的產品，本身能支援各種功能，像是收發電子郵件、上網、以及基本的手機功能。藉由加入如3G與WiMAX等多模通訊功能，這些手機就能提供顧客在WiMAX網路開始營運時，可以無縫地使用語音與數據服務。

手機頻譜的另一端，是低成本的VoIP手機，傳統的語音通訊是首要應用，而WiMAX則是廣域連結上網唯一可行的無線技術。在某些情況中，這類手機可能會包含幾項其他基本功能，像是簡訊或簡單的數據傳輸。VoIP手機的主要市場是新興市場的國家，這些地區的有線通訊基礎建設並不完善，大多數民眾對於語音服務的需求高於任何其他應用。

Netbook應用

市場對於Netbook的興趣持續攀升，這種功能基本的小型筆電，搭配7至10吋的LCD螢幕，且無搭載CD/DVD光碟機。這類產品提供行動上網與收發電子郵件功能，價位低於500美元，最受歡迎的價位則介於200至300美元之間。一般採用Windows或Linux作業系統，並支援近似低階效能筆電的各項功能。WiFi與其他通訊功能已是現今的標準配備，未來的Netbook也將加入WiMAX功能。

行動上網裝置(MID)

由英特爾創始的這種小型可攜式裝置，體積略大於智慧型手機，但比Netbook或UMPC來得小。其目標是提供最佳的行動平台，讓使用者連接網際網路與收發電子郵件，並支援各種多媒體應用。雖然在技術上讓人很感興趣，但這類裝置仍無法有效吸引消費者，因為沒有很多消費者願意在智慧型手機與筆電之外再攜帶第三個裝置。

行動裝置的歷史顯示消費者對於好產品是相當狂熱的，但前提是它們能以適合的價位提供符合期望的需求，並在市場掀起一定的熱潮。搭配出適合的組合難度極高，然對於能持續上網、支援各種應用、且體積更小行動裝置，其市場需求仍不斷成長。因此，像是WiMAX這樣的高效能無線連結選項，將成為未來此類裝置的整合功能。

行動WiMAX裝置的技術要求

由於消費者希望行動產品能具備各種功能，無線手機的設計也變得越來越複雜。這類裝置必須支援各種無線通訊選項，像是藍芽與手機連線，在住家或上網據點連上WiFi、以及透過像是3G等廣域通訊技術連上行動網路。在此同時，消費者也開始要求更長電池續航力，且不要再增加裝置的重量或體積。

由於WiMAX是市場上第一個4G技術，因此許多手機製造商競相在產品中加入這項新功能。產品設計人員整合WiMAX的方式，將協助判斷該裝置是否符合市場需求特性的最正確組合。

WiMAX 模組

確保行動產品達到最大多元化的方法之一，就是為無線模組預留空間，這類模組的特性端視市場的需求而定。以這種方法來設計服務，行動裝置廠商就能支援各式各樣的無線技術。

因此，想把WiMAX推入手機市場的最佳方法，就是開發小型化、自足完整功能模組(尺寸約為20mm X 20 mm)，可支援行動WiMAX認證的所有要求，並能輕易加入至新產品。這樣的模組須符合大量的技術規範，其中包括適合的尺寸規格、低功耗、支援多種頻帶、以及高傳輸量。此外，模組還必須能不影響行動產品中其他無線元件之效能。

行動WiMAX模組必須包含一個WiMAX基頻實體層元件(PHY)、媒體存取控制(MAC)晶片、射頻(RF)元件、以及功率放大器(PA)。行動產品的主處理器通常透過某些標準來連結模組，像是SDIO、SPI、與/或USB。

採用模組能讓行動產品廠商簡化在設計上的需求，並讓業者能或多或少忽略WiMAX產品的建置細節，以便能專注於開發最佳的產品核心特色。

低功耗要求

一般而言，理想的技術必須支援更高的資料傳輸率，且耗電量更少。消費者雖然喜歡更高效能，但卻不願意另外犧牲電池續航力，或增加電池重量。因此，為確保消費者能快速採納WiMAX產品，裝置的功耗要求須類似現有技術 – 儘管WiMAX具備更高的資料傳輸率。

為把功耗降至最低，行動WiMAX裝置具備兩種省電模式︰睡眠與待機。省電的方法是行動裝置的某些部分沒有傳送或接收任何資料時，就關閉這些部分的供電。在睡眠模式下，行動裝置會將電源關閉並維持一段由基地台預設的時間。這種模式支援交遞機制，在交遞時行動裝置可以掃瞄其他基地台。閒置模式可比睡眠模式節省更多的電力，因為行動裝置可以完全關閉供電，且不登入至基地台，裝置本身也不會處理交遞作業。

這些模式建置的方法，對整體功耗有極大的影響。模式交換的速度和準確的時機，對於功耗的影響程度甚大。除了這些模式外，系統單晶片(SoC)設計人員，可利用許多技巧來降低操作中與睡眠/待機模式的耗電量。

由於這些技巧都與時序以及資料流量的傳輸量需求有密切關係，因此很難產生合乎使用者期待的特定功耗值。在執行特定的實際應用時，就能測試實際的效能。 .

對於現有的3G智慧型手機而言，通話時間平均為3到6小時，上網時間平均為5到6小時。為了能被廣泛採納，WiMAX裝置必須提供類似的同樣電池效能。

要達成這項目標，似乎並不像所想的那麼困難，因為倘若裝置在閒置/待機模式時切入/切出的切換速度夠快，更高的資料傳輸率，實際上反倒會降低整體耗電。藉由在更短時間內傳送更多資料，WiMAX裝置就能花較少時間在主動模式，花較多時間在電源關閉模式，這種模式僅耗用一小部分的啟用模式功耗。只要使用者不執行會持續要求全傳輸量的應用，WiMAX裝置就能在現有的電池使用時間內運作。

多頻帶裝置

在完美的世界中，行動WiMAX裝置僅須支援一個頻帶，讓裝置使用者能使用極低成本產品的產品，在世界各地任意漫遊。但不幸的是，現實世界並不完美。

各國與國際的無線電頻譜規範，讓像WiMAX這類無須授權的技術，能使用的頻率變得較為片段且不連續。目前關於行動WiMAX的最新發展，有三種最受歡迎的頻帶。就理想情況而言，為了能在全球各地無縫地漫遊，行動WiMAX裝置必須支援所有這些頻率。
行動WiMAX最受歡迎的頻帶包括：

●2.3至2.4 GHz
●2.5至2.7 GHz
●3.4至3.6 GHz

針對其中一部分頻帶設計的產品，將僅能在特定國家使用，這對於成本最低的手機而言是理想的設計。但現今市場已有體積極小的無線電模組，以合理的成本涵蓋所有三種頻帶，為使用者提供無限漫遊功能。

WiMAX 與其他無線技術並存

由於許多行動裝置整合多種無線技術，設計人員必須確保無線電不會相互干擾。藍芽為手機提供短距離通訊功能，而WiFi則能連結至上網據點與家用網路。這兩種技術都在2.4 GHz頻帶運作，但由於半導體廠商會安排各種並存運作的方法，以減少相互干擾的情況，讓它們能同時並存使用。

如先前所述，WiMAX裝置在不會與2.4至2.5GHz頻帶重疊的頻率中運作，這個頻帶正是藍芽與WiFi裝置所使用的頻帶。由於這三種技術使用的頻帶相當接近，但WiMAX的輸出功率卻高出許多，因此這種組合一定會形成干擾的問題。

不幸的是，這些無線技術的標準架構並沒有解決干擾的問題，因此這些工作就留給這些特殊建置的開發人員。由於WiFi與藍芽是已發展一段時日的無線技術，因此合理的方法應是由WiMAX半導體製造商，開發與支援各種技巧，藉此避免WiMAX產品造成干擾。在選擇WiMAX晶片組方面，傳送廠商與其他無線技術並存運作的能力，是其中一項重要工作。

支援多重作業系統

各式各樣的行動裝置，會衍生出更多元化的作業系統(OS)。為了支援這些平台，並協助推動市場採納WiMAX，半導體廠商必須提供理想的裝置驅動程式，以支援種類最多的作業系統。這些量身打造的驅動程式，能支援每家作業系統廠商所建構的介面。
對於PC而言，最簡單的選擇就是微軟的Windows Vista以及其後續版本。位居其次的Linux落後有一段很大的距離，但在像是netbook等較小的裝置的影響，將後勢看好。

在行動手機方面，主要選擇包括Symbian、iPhone OS、RIM Blackberry、以及Windows Mobile。這些作業系統在手機市場佔了超過90%比重。但包括Google的Android 以及Palm的Web OS，這些新作業系統的前景也相當看好。

在這方面的挑戰，是選擇最適合的作業系統來支援每款WiMAX裝置。除了支援範圍最廣的作業系統外，重點在於這方面的支援功能須通過測試，甚至是驗證，以確保產品的運作狀況符合預期。

Fujitsu的開發經驗

Fujitsu投入WiMAX技術研發，致力開發多個世代的半導體解決方案，並擬定一個高競爭力的4G藍圖，其中包括LTE與WiMAX。Fujitsu的先進製程技術帶動高效能SoC的發展，這類元件符合手機的價位要求，且功耗極低，可確保消費者不會察覺到電池續航力有縮減的情況。

Fujitsu緊接著該公司第一款產品之後，最近又推出第二代行動WiMAX晶片組–此款行動WiMAX模組完全相容於IEEE 802.16標準以及WiMAX Forum的驗證profiles規範。新模組在一個可擴充的OFDM實體層元件上運作，採用分時多工(TDD)模式。新模組能支援3.5、5、7、10、以及20MHz等頻帶，並能選擇支援2.3、2.5、與/或3.5 GHz等多種頻帶。

Fujitsu的第二代行動WiMAX晶片組，可最佳化智慧型手機與PDA，並針對一個完整的模組化解決方案進行組態。此款晶片組透過多重模式，鎖定超低功耗的運作模式。由於基頻晶片建置在Fujitsu自身的65奈米低漏電製程技術之上，並採用電源閘控(power-gating)技術，搭配許多其他低功耗設計策略，因此這款晶片在閒置與待機模式下的功耗皆非常低。此外，晶片組內含一個專屬的電源管理IC，能以極高效率控制系統層級的耗電量。透過這些功能，Fujitsu的第二代嵌入式模組，將可提供市場上最低功耗的行動WiMAX解決方案。(香港商富士通微電子有限公司臺灣分公司提供)