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運用White Space優勢 Super Wi-Fi逐步成形

  • DIGITIMES企畫

即便使用MIMO天線技術,現有Wi-Fi的傳輸效能與訊號範圍改善仍相當有限。TP-Link
即便使用MIMO天線技術,現有Wi-Fi的傳輸效能與訊號範圍改善仍相當有限。TP-Link

FCC在2010年開放的White Space頻譜,目前已經成為網通業者積極搶攻的新戰場,不但多家網通大廠已相繼投入Super Wi-Fi應用產品,以透過White Space頻譜較大覆蓋率與穿透率特性,改善現有Wi-Fi應用限制,甚至進一步擴增應用場合與用途...

現有的Wi-Fi在先天的頻譜限制與回溯相容設計要求下,即便採行更具效率的頻段使用技術,在現有技術限制下並不容易取得突破性發展,但目前各網通大廠已將開發重心移往新一代使用White Space頻譜的Super Wi-Fi解決方案,透過新開放的頻譜進一步擴張原有Wi-Fi無法達到的應用技術條件。

Super Wi-Fi解決方案擁有眾多使用優勢,目前各大晶片廠積極布局。Texas Instruments

Super Wi-Fi解決方案擁有眾多使用優勢,目前各大晶片廠積極布局。Texas Instruments

家用寬頻網路業者大多會額外提供網路擴充Wi-Fi無線應用支援,未來在Super Wi-Fi應用成形後,將可讓家用無線網路的涵蓋範圍大幅擴增。Clear

家用寬頻網路業者大多會額外提供網路擴充Wi-Fi無線應用支援,未來在Super Wi-Fi應用成形後,將可讓家用無線網路的涵蓋範圍大幅擴增。Clear

多天線設計方案雖可有效提升傳輸效能與訊號涵蓋範圍,但在解決方案的使用條件也相對限制較多。Quantenna

多天線設計方案雖可有效提升傳輸效能與訊號涵蓋範圍,但在解決方案的使用條件也相對限制較多。Quantenna

傳統Wi-Fi必須使用多天線技術方案,大幅擴增傳輸效能與訊號涵蓋範圍。Quantenna

傳統Wi-Fi必須使用多天線技術方案,大幅擴增傳輸效能與訊號涵蓋範圍。Quantenna

即便Super Wi-Fi優點多,但未來需有高度整合與具備回溯相容之解決方案,才能有效地在行動裝置進行功能整合。Samsung

即便Super Wi-Fi優點多,但未來需有高度整合與具備回溯相容之解決方案,才能有效地在行動裝置進行功能整合。Samsung

運用TV開放頻譜 Super Wi-Fi性能發威

所謂的White Space頻譜,實際上是美國FCC(United States Federal Communications Commission)在2010年底針對寬頻電視應用開放的頻譜,受此核准頻譜開放的頻段包含VHF(54M∼216MHz)、UHF(470M∼698MHz)兩個頻段,這兩個頻段不僅訊號穿透率較原有Wi-Fi技術可用頻段表現更佳,能使用新頻段所能達到的網路覆蓋率也可進一步擴展網路接取範圍,利用先天頻譜條件優勢一舉大幅跨越現有Wi-Fi的應用方案限制與突破現有網通產品的技術限制瓶頸。

檢視使用White Space的Super Wi-Fi解決方案條件,基本上相較現有Wi-Fi訊號,可以進一步將現有Wi-Fi的信號覆蓋範圍擴增近10倍!傳輸速度也是現有技術方案的3倍以上!目前針對White Space頻譜使用規範已由FCC公布應用規則,而英、美、日等網通大廠則開始進行產品測試、驗證,嘗試在不同區域現有電視頻譜下進行測試,避免屆時相關產品無法滿足不同區域的電子驗證規範,造成Super Wi-Fi應用產品的出口與販售阻礙。

在White Space開放頻段的相關技術標準中,有針對Super Wi-Fi解決方案相關應用的IEEE 802.11af,目前已在IEEE 802.11af Task Group發佈了2.0技術草案,預計可在2014年完成完整的Super Wi-Fi技術規範。除Super Wi-Fi外,使用White Space開放頻段的還包含IEEE 802.22技術,此為針對Cognitive Radio應用技術在White Space開放頻段的使用準則。

3G/4G傳輸效能有限 Super Wi-Fi可扮演備援角色

行動裝置對無線寬頻的資料接取效能要求越來越高,現有的3G/4G無線技術已倍受相關網路應用挑戰,電信商使用現有通行的無線網通服務可能會面臨巨量頻寬用戶的嚴峻挑戰,因此電信商已要求用戶在特定3G/4G無線通訊壅塞的時段或區域,改行3G/Wi-Fi、4G/Wi-Fi切換方式紓解通訊閘道壅塞問題。

雙網或多網切換應用雖可暫時紓解用戶需求,但若將使用場景換到無雙網奧援的使用環境,對無線寬頻要求高的用戶就無法使用現有網路滿足所需應用條件,尤其是偏遠或山區用戶,往往僅有4G/3G(或更差)的數據傳輸接取條件。就技術規格觀察,現有Wi-Fi技術應用的Industrial Scientific Medical頻段於通訊、傳輸過程相當易受環境干擾,如IEE802.11n需使用MIMO(multiple-input and multiple-output)天線技術搭配4x4天線方案才能擴增傳輸距離與效能。

Super Wi-Fi有助發展M2M/D2D應用

若無線應用導入White Space頻段的Super Wi-Fi無線通訊解決方案,可將Wi-Fi原有的覆蓋範圍大幅擴增、同時訊號穿透率也有倍數增長!以現有逐步成形的應用方案觀察,Super Wi-Fi的傳輸範圍可達160公里,穿透力與訊號覆蓋率與現有的Wi-Fi技術不可同日而語。

再觀察傳輸效能表現差異,以IEEE802.11n所運行的2.4GHz頻段,可在4×4多天線環境下達到最高300Mb/s的傳輸效能,而IEEE802.11ac為使用5GHz頻段,搭配4×4 MIMO天線可令傳輸效能進一步達到1.73Gb/s水準。反觀使用較低頻段之Super Wi-Fi無線傳輸技術方案,雖然實際的最高傳輸效能並無顯著倍數提升,但實際上在無線網路的傳遞覆蓋範圍,則能達到傳統Wi-Fi無線傳輸方案更高穿透力的網絡服務表現,使用在商用、家用應用環境中,更有利於無線網路部署與建置。

而運行於White Space頻段的Super Wi-Fi無線通訊解決方案,更讓發展M2M(Machine to machine)、D2D(device to device)解決方案的業者,視為新一代網通技術解決方案!因為M2M、D2D應用產品在導入Super Wi-Fi通訊技術方案後,可善用White Space頻段優勢獲得成本更低廉、更高穩定度的中、長距離網通架構,讓原有使用Wi-Fi技術的智能電錶、智慧家電等產品,可以大幅改善網路通訊品質。

但實際上Super Wi-Fi網通技術發展並非一帆風順,即便基於White Space頻段的應用條件優勢,讓Super Wi-Fi網通技術深受矚目,但目前在網通、家電與IT產業,仍未建構完整、共通的White Space頻段技術規格,在無共通標準前提下,對於晶片大廠來說並不容易推出通用技術方案,也會讓解決方案在各區域的產品驗證、改善成本大幅增加,進而限制Super Wi-Fi網通終端產品的使用共通性與便利性,甚至導致初期產品終端價格過高,造成Super Wi-Fi網通產品市場推廣不易。

Super Wi-Fi應用欲成形 許多問題尚待改善

另一方面,Super Wi-Fi網通環境若終端使率過低,也會造成終端產品的天線設計空間限制,這將影響Super Wi-Fi網通技術用於行動裝置、平板電腦的使用條件,尤其是Super Wi-Fi和現有Wi-Fi技術所運用的頻段差異大,早期產品若要求回溯相容原有Wi-Fi網通應用,初期可能會因為無技術整合晶片方案,而必須選擇使用離散元件架構雙網技術方案,因此不只會擠壓有限的載板面積設計難度,也會使終端產品成本增加。

甚至全球各區域可供運用的White Space頻段會略有差異,若筆記型電腦、智慧型手機或平板電腦等可攜式電子產品,碰到進入跨區範圍應用時,終端產品如何透過當地資料庫獲得White Space可用頻段轉換使用網通資源,不只會增加終端產品的開發難度,對於產品進行跨國、跨區產品驗證的複雜度也大幅提升。

更現實的問題是,Super Wi-Fi網通技術目前仍處於技術實測階段,在不同區域的實測進展與推進速度不一,加上不同區域的頻譜開放程度差異大,即便2014針對Super Wi-Fi網通技術順利推出完整規範,但在技術落地的關鍵應用區域頻譜開放速度,若無法順利跟進,也會造成相關技術導入市場的新瓶頸。

即便Super Wi-Fi網通技術前景似乎晦暗不明,但實際上Super Wi-Fi網通技術搭配White Space頻段的應用優勢,仍吸引不少重量級網通服務大廠爭相投入資源,搶占Super Wi-Fi網通技術的應用優勢。由於美國FCC已通過法規,所有使用Super Wi-Fi網通技術的業者不需申請執照,因此也吸引了多加重量級網通與軟體服務業者投入,例如Google、Microsoft就計畫投入發展教育市場的Super Wi-Fi網通應用。

此外,除了Google與Microsoft業者外,Super Wi-Fi也吸引了hp、Dell、Philips、Samsung、Texas Instruments等業者參與White Space頻段使用聯盟,緊密關注Super Wi-Fi應用技術與發展市場動態;至於電信服務商則計畫在現有提供語音、數據無線接取服務條件下,額外擴增Super Wi-Fi應用服務,期望補足現有3G/4G備援的Wi-Fi服務缺陷,利用覆蓋率更高的Super Wi-Fi網通技術,強化無線數據傳輸服務的使用體驗。