因應行動上網效能需求 行動運算裝置整合WiMAX的開發趨勢

Nokia開發的WiMAX終端產品

前言：
隨著使用者對於上網瀏覽的需求大幅提升，所需要傳輸的資料量不斷加大，即便目前採3G行動上網技術可以輕鬆達到384KB/s的傳輸效能，但實際上在應用YouTube或是傳輸大量線上資料時，3G則顯得有點力有未逮，而隨後而起的WiMAX或是4G行動通訊，則將成為另一波無線上網的新趨勢...

本文：
WiMAX之所以受到眾多硬體業者青睞，也不光只是其無線傳輸規格的提升這麼簡單，因為除了基本的數據連線效能大幅提升外，WiMAX還提供豐富多樣的技術奧援，包括數據、IP語音(VoIP)、及視訊串流，與能確保VoIP能順暢運行的電信級的服務品質(QoS)技術，讓行動WiMAX成為第四代(4G)手機技術的熱門技術選項之一。

為讓WiMAX具備更豐富的運行經驗與部署工作，美國的Clearwire與韓國的Korean Telecom (KT)...等電信商已開始提供WiMAX無線網路接取服務，另日本UQ電信亦於日本進行系統部署。包含高度開發的市場、與新興國家市場，都相繼有大型建置案進行。

由於使用者期待行動運算裝置可以同時具備多樣功能，而行動電話也要求能做到如同電腦的繁複操作與娛樂應用，讓手機的設計變得越來越複雜，這些行動裝置必須同時支援多種無線通訊選項，例如，藍牙、Wi-Fi、3G通訊技術連上行動網路。

同時，使用者也要求需要更耐久的電池續航能力，甚至還不能增加產品的重量與體積。由於WiMAX是市場上第一個可上路的4G行動上網技術，多數手機製造商均爭相在產品中加入這項新的上網選擇，而產品設計人員整合WiMAX行動上網的建置方式，是否為正確組合就相當重要。

WiMAX 模組設計與應用

一般行動裝置，在因應各種不同無線技術的設計方式，就是採取預留空間與插槽，供日後選用的行動通訊模組隨時替換使用，此也是確保行動運算裝置可達到最多元化的常用方法，直接預留無線模組設置空間，而這類無線通訊模組的規格特性，另可依市場需求而調整，當市場有新的技術更新，也可透過更換模組的方式改善裝置的無線接取能力，而不用修改整部產品的電子電路，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。

要將WiMAX順利導入終端產品，也有另一種推廣方式，即將功能模組採取最小化的產品設計，搭配開發可具備完整功能的應用模組，即可支援行動WiMAX認證的相關要求，並能輕易加入至新產品。但這類功能模組需符合大量技術規範，包括合適的構型、尺寸、規範內的功耗水準、支援多種頻帶、以及高傳輸量等，模組運行時還必須不能干擾其他無線元件正常運作。

至於行動WiMAX模組，與3G行動模組差不多，大多必須包含WiMAX基頻實體層元件(PHY)實體層、媒體存取控制(MAC)晶片與射頻(RF)元件/功率放大器(PA)元件。至於行動裝置產品的處理器，在設計應用中多數是透過標準介面進行連結，例如USB、SDIO或SPI進行裝置連結。

WiMAX功能設計的低功耗要求

而為了達到最佳應用效益，理想的無線技術必須支援更高的資料傳輸效能，而且運行中的耗電量也必須更低，使用者固然喜愛高效能、高傳輸率的傳輸體驗，但卻完全不願意犧牲電池的續航力或為了提升電力奧援而追加額外電池。

行動WiMAX終端裝置可透過睡眠與待機來達到省電效果，省電的設計方式，是將行動裝置的部分沒有進行傳送或接收資料的時候，關閉這些未用功能的裝置電源，但這必須搭配區域型的電源控制IC來達成設計目標。

至於睡眠模式下的省電功能能設計，設計時可將此模式的行動運算裝置電源關閉，並維持一小段基地台所預設控制的時間差，在此模式搭配交遞機制支援，而當處於交遞狀態時，行動運算裝置可同時掃瞄其它基地台裝置。而當裝置處於閒置時，會比裝置進入睡眠模式節省更多的電力耗用，因為此時行動運算裝置可完全將供應電源的來源全數關閉，裝置本身也不用登入註冊基地台，自然裝置本身也不需處理其它交遞作業，當然所耗用的電源會是最低。

在不同模式下的設計方式，對整體運行的功耗也會產生極大影響。例如，當模式交換的速度與時機，若交換過程出現時間誤差，不只會讓系統傳輸產生對應的影響，對於功耗的影響幅度也會增大。

當然，對於行動上網模組的節能設計技巧，絕大多數都與時序與資料流量的傳輸量需求產生密不可分的關係，在進行功耗驗證的過程，必須直接實際於特定狀況進行負載實測，或執行特定應用，才能測得實際的效能與功耗現況。

另現有3G智慧型手機，通話時間平均是4~6小時，上網時間必須維持達到6小時表現，為了能讓所整合的終端產品能被市場接受，WiMAX模組必須也能讓行動裝置具備近似的電池續航力與應用效能，否則若因整合WiMAX而損失電池性能，也無法確實達到行動應用的目的。

因應跨國漫遊的多頻帶設計

在WiMAX設計規範中，不同的國家有其可用的頻譜範圍，若想達到跨國漫遊目的，沒有針對此預設最佳化設計，也會影響使用者的導入意願，而例如GPRS、GSM系統目前已能達到全球多數國家直接漫遊，若WiMAX無法提供接近此表現的設計，也會造成產品推廣的限制。

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，由於WiMAX為較近期推出的通訊技術，可用的頻譜自然限制較多，而能使用的頻率變得較為片段、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，為能在全球無縫地漫遊，行動WiMAX裝置就必須支援這些頻段。

●3.4至3.6 GHz

●2.5至2.7 GHz

●2.3至2.4 GHz

行動WiMAX 用戶端裝置

行動WiMAX可提升多種行動裝置的網路連結能力，包括行動上網裝置(MID)、超可攜行動電腦(UMPC)與Netbook，內建WiMAX無線上網模組，或在設計之初即預設可擴充之模組插槽，即能大幅簡化升級或內建WiMAX無線通訊技術的整合難度。

在相關業者推出整合型的產品前，行動WiMAX用戶的另一項選擇就是透過USB無線通訊模組或是PC介面卡進行功能擴充或升級，這些應用方式主要是針對行動上網需求較大的筆記型電腦用戶，而採USB介面設計的彈性，除可輕鬆搭配不同筆記型電腦或行動裝置，在許多大城市與大都會地區的WiMAX基地台順利運作，行動上網用戶會期待得到相較Wi-Fi有限的Spot點狀存取服務範圍更大的存取接收能力，甚至至少要超越Wi-Fi行動上網據點的涵蓋範圍。

WiMAX 與其他無線技術並存

至於在終端多行動裝置，不管是透過內建或是模組升級方式 得到WiMAX接取服務，設計人員必須確保WiMAX的無線電訊號不會與現有的裝置無線功能產生相互干擾，而電訊的強度也不可干擾到設備穩定的運行條件。

一般行動裝置多會內建的藍牙無線通訊技術，是一種專為手機設計的短距離無線通訊功能，主要是用以接續低速裝置或是耳機應用，但WiMAX若是使用時干擾這個頻段，就很容易透過耳機噪訊讓使用者察覺設備的設計問題。至於Wi-Fi是多數行動裝置會在家中或辦公據點運行的網路連接方式，而藍牙與Wi-Fi都是同時處於2.4 GHz頻帶進行連接與運作，雖然設備業者大多以針對相互干擾進行各種手段改善，但新興的WiMAX使用者採行的產品設計略有干擾，就會變成眾矢之的，影響甚鉅。

WiMAX裝置雖然避開了2.4至2.5GHz頻帶，可能重疊頻率運作的問題，這此頻帶本來就是藍牙與Wi-Fi裝置應用的公開頻帶，當這三種無線技術同時使用時，由於WiMAX採行的傳輸頻帶也相當接近2.4~2.5GHz，但三種無線技術中WiMAX無線通訊技術的輸出功率卻高出數倍，難保不會對Wi-Fi與藍牙裝置產生惱人的干擾，開發者必須透過更多手段嘗試改善這部分的問題。