WLAN近年來在市場上取得很大的成功，這和其技術上的可用性高有很大的關聯性。此外，從IEEE 802.11b到11g和11a，在傳輸率上的提昇也讓人相當肯定，進一步奠定了802.11系列在市場的地位，其應用領域從企業到家庭，目前更拓展到了與廣域無線區域的連結上，如我國政府正在推動的「臺北無線新都」等計畫。

然而，使用者對頻寬的需求是無止境的，因此下一代的WLAN技術正在如火如荼規劃中。目前由IEEE進行制定的下一代標準為802.11n，目標是將WLAN的傳輸率由現在最快為54Mbps，一舉提升到100Mbps以上。由於802.11a/g分別採用2.4GHz和5.8GHz兩個工作頻段，為了保有向下對802.11b/g/a的相容性，802.11n協定將採雙頻工作模式。

802.11n規格競賽

隨著WLAN市場的蓬勃發展，也吸引了全球相關廠商紛紛投入其中，IEEE制定小組的成員就有400多人，他們是來自於各個公司的代表，如何擺平大家的利益，已成為很高難度的事，與當初只有40多家廠商的環境確實大不相同了。

在上一回的802.11g制定時，就因為技術作法上的爭議而延遲了標準的推出。而這次參與802.11n提案的廠商更多，在去年6月18日徵求提案結束時，IEEE 802.11 Task Group N（TGn）共收到了62件提案。不過，在眾多的提案中，以WWiSE和TGn Sync兩大陣營的提案最受重視，據參與審核的重量級人物指稱，目前兩個陣營的提案幾乎已確定能夠出線，現在的問題只是需要花多少時間來整合兩者的差異，以形成大家都同意的標準。

IEEE 802.11n會議已明確通過「功能需求」、「比較要件」、「使用環境」、「模擬環境」等提案規範與評比依據，而分屬兩陣營的領導廠商Atheros和Airgo都同意，該標準應該在18個月內達成共識，也就是最後的標準可望在2006年第二季確定。如果真如廠商預期的進度發展，那將比IEEE所設定的時程還要快上將近9個月。IEEE的制定進度是在2005年7月投票決定第一個版本，並預計2007年3月確定最終版本公布。以下將介紹兩大陣營的提案特色與差異：

WWiSE

WWiSE（World Wide Spectrum Efficiency）陣營是由Airgo、Bermai、Broadcom、科勝訊（Conexant）、意法半導體（ST）及德州儀器（TI）等廠商所組成。該陣營向TGn提出的共同建議案中強調五大重點：

為了讓這項建議案獲得更廣泛的支持，WWiSE的贊助會員廠商一致同意，如果建議案獲選為802.11n標準，這些公司還同意將以互惠性RAND-Z（reciprocal RAND under Zero royalty）的授權方式，把他們的關鍵性智慧財（IP）提供給提出要求的任何一方。也就是說，這項協議並不是專利共有（patent pool），而是一種互惠性（reciprocal）的免權利金個別授權選項。根據這項協議，WWiSE成員不會針對他們所擁有、且為實作802.11n標準所必要之專利向廠商收取802.11n授權費用，這將能降低發展商、製造商和消費者的成本。

《圖一　OFDM將頻寬分為多個正交子通道》

TGn Sync

TGn Sync的主要成員為Atheros、Agere、英特爾、Nokia、思科、飛利浦、Matsushita與Sony等等重量級廠商。TGn Sync的提案目標是讓802.11n可以達到最高640 Mbps的速度，而即使在普通雙天線的條件下TGn Sync的新技術也能提供243Mbps的速度。

該提案還採用了自適應射頻技術，以確保無線產品能依中國大陸、日本、南韓、北美、歐盟及其它各種地區的授權及未授權頻譜進行擴張規劃。此外，TGn Sync規範的設計也希望降低電話連上802.11n網路時的耗電情況。

為滿足這些目標，TGn Sync的提案需要更大的無線頻譜範圍以確保和未來?品的相容。提案廠商之一的Atheros指出，在此規格下，不同的廠商能以此技術為核心，並加入一些特殊功能，進而對不同的產品及應用領域做最佳化的支援，這些產品可以包括手機、HDTV、藍光光碟及網路設備等等。

兩大陣營提案比較

從功能特色的定位來看，可以看出由於TGn Sync的成員中有Nokia、Sony及思科等不同應用領域的大廠參與，所以在提案規格中規劃具有更多的設計彈性，也就是期待讓802.11n能走出電腦的領域。

若就傳輸速率來做比較，在雙方均為2x2天線的基本組態下，TGn Sync的速率為 243Mbps，而WWiSE的速率為135Mbps，TGn Sync似乎更勝一籌；但是TGn Sync此時使用的是40MHz頻寬，而WWiSE是20MHz頻寬，當TGn Sync以2x2天線並使用20MHz頻寬時，速率為108Mbps，反而低於WWiSE。

不過，比起當初802.11g提案時意見南轅北轍的情況，這次兩大陣營提出的技術架構其實相當類似，皆採用MIMO（Mutiple Input, Multiple Output）加OFDM技術，而且均提供2x2/4x4天線和20/40MHz頻寬等組態選擇，最高可達到500Mbps以上的傳輸速率。因此只要雙方不要太過堅持己見，標準的審核進度確實可以加快。

兩大關鍵技術：MIMO+OFDM

在無線傳輸領域最受重視的當紅技術，少不了MIMO及OFDM，而兩者的結合更能將現有的傳輸效能做出重大的改善突破，因而被視為是下一代無線通訊系統中必備的兩大關鍵技術。以下將對兩項技術的優勢做一介紹。

《圖二　OFDM採用FFT/IFFT調變傳送訊號》

OFDM技術

所謂的正交分頻多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM）技術其實是MCM（Multi-Carrier Modulation；多載波調製）的一種，其主要的概念是將可使用的頻寬被劃分為多個狹窄的頻帶（正交子通道），再將高速資料信號轉換成並行的低速子資料流程在每個子通道上進行傳輸。

由於在OFDM系統中各個子通道的載波相互正交，所以它們的頻譜是相互重疊的，這樣一來不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率（High bandwidth efficiency）與資料傳輸率（High data transmission rate）。

採用OFDM技術的好處很多，例如透過頻寬的切割，OFDM系統只要提供下載資料較多子通道的方式，讓下行傳輸有更大的頻寬，就很容易地解決無線應用中常見的上下行非對稱傳輸需求。此外，由於OFDM的傳輸速率與子載波的數量有關，增加子載波數目，就能夠提高資料的傳送速率；加上OFDM每個頻帶的調製方法可以不同，這也增加了系統設計上的靈活性，因此OFDM相當適合用於多用戶的高靈活度、高利用率的通訊系統中，如(圖一)。

在整個過程中是利用離散快速傅利葉轉換（FFT）和反快速傅利葉轉換（IFFT）來調變和解調變傳送的訊號，如(圖二)所示。由於大型積體電路技術與數位信號處理（DSP）技術日新月異，使得IFFT和FFT的處理更容易實現；而FFT/IFFT的引入，降低了OFDM實作上的複雜性。此外，OFDM不需通過很多帶通濾波器（Band-pass Filter；BPF）來實現，而是直接在基頻（Baseband）處理，這也是OFDM有別於其他系統的優點之一。

《圖三　MIMO多天線收發架構示意圖》

MIMO技術

天線的收發技術對於無線訊號的傳輸來說，一直是扮演著關鍵性的角色。MIMO（Multiple-Input Multiple-Output；多入多出）即是一種革命性的天線技術，它能在不增加頻寬的情況下大幅提高通訊系統的容量與頻譜利用率。

一般來說，無線信號採用的調變結構（Modulation scheme）愈複雜，頻譜使用率就會愈高；但這種作法也容易造成電路設計困難、太昂貴或收發設備過於龐大等問題。此外，由於室內的電磁環境較為複雜，多徑效應、頻率選擇性衰減和其他干擾源的存在使得室內的高速無線高速傳輸比有線網路來得困難許多。

MIMO透過在發射端和接收端，分別使用多個發射天線和接收天線的方式，將原本視為有害的多徑效應轉變成為有利因素，而且。傳統的通訊系統是單進單出SISO（Single-Input Single-Output）系統，基於發射分集和接收分集的多進單出MISO（Multiple-Input Single-Output）方式、單進多出SIMO（Single-Input Multiple-Output）方式也是MIMO的一部分。

MIMO系統在發射端和接收端均採用多天線（或陣列天線）和多通道，傳輸資訊流經過時空編碼調製技術（Space-Time Coded Modulation）形成N個資訊子流，這N個子流由N個天線發射出去，經空間通道後由M個接收天線接收，(圖三)為MIMO多天線收發架構示意圖。

多天線接收機利用先進的時空編碼處理，能夠分開這些資料子流並進行解碼，從而實現最佳的處理。這N個子流同時發送到通道，各發射信號使用同一頻帶，因而並未增加頻寬。若各發射、接收天線間的通道回應獨立，則MIMO系統可以創造多個並行的空間通道。MIMO將多徑無線通道與發射、接收視?一個整體進行優化，因而可實現高通訊容量和頻譜利用率。

MIMO技術的最大特色是將收發訊號處理從二度空間進入三度空間，如(圖四)所示，以更複雜的技術來讓微波信號通訊更穩定，並提升傳輸率。在MIMO系統架構中，一般接收的天線會比傳送的天線來的多，而理想上採用愈多天線，傳輸效能的改善也就愈大：從一個天線變成兩個天線，可以造成在信噪比（Signal-to-noise ratio；SNR）上有10dB的改善（SNR是訊號穩定性的主要測量數值）；再加一個天線可以再增加5dB改善，也就是約四倍的額外改善。

《圖四　MIMO將收發信號處理從二度空間進入三度空間》

MIMO-OFDM WLAN技術

如果沒有功率和頻寬的限制，適當選擇各載波的頻寬和採用糾錯編碼技術可以消除多徑衰落對系統的影響，因此可以用OFDM技術實現任何傳輸速率。但是實際上為了提高傳輸速率而在WLAN傳輸上增加載波的數量，將會增加系統複雜度，並增大對系統頻寬的需求，這對目前無論是頻寬或功率都受限的WLAN系統來說都不太適合。

這個時候，引進MIMO技術能讓OFDM系統在不增加頻寬的情況下，倍數性的提高通訊系統的傳輸率和頻譜利用率，因此MIMO與OFDM的結合已成為下一代WLAN傳輸技術的最佳選擇。

這多副安排恰當的天線可提供多個空間通道，可以克服信號衰減的不良影響。輸入的位元流經調變分?多個分支，每個分支都進行OFDM處理，即經過編碼、交織、正交幅度調製（QAM）映射、插入導頻信號、IFFT變換、加迴圈字首等過程，再經天線發送到無線通道中；接收端進行與發射端相反的信號處理過程，例如：去除迴圈字首、FFT變換、解碼等等，同時進行通道估計、定時、同步、MIMO檢測等技術，來完全恢復原來的位元流，(圖五)所示為MIMO-OFDM WLAN技術架構示意圖。

《圖五　MIMO-OFDM WLAN技術架構示意圖》

結論

根據市調研究公司In-Stat/MDR的報告指出，目前WLAN晶片市場的主要推力還是802.11g，預計到2006年時它將佔全部無線連結市場的78％；不過，802.11n產品預計將自2006年開始供應市場，到了2008年就可望搶佔WLAN市場的55％。

採用MIMO OFDM技術的802.11n對於無線傳輸率的提升相當令人期待，以美國的頻譜規範為例，現在有24條運行在5GHz上的非重疊WLAN通道以及3條2.4GHz通道，假如每條通道都具有基於MIMO的108Mbps的傳輸率，這27條通道將可提供近3Gbps的可用頻寬，比起有線傳輸將是有過之而無不及。

MIMO OFDM技術的實現相當複雜，大多數WLAN晶片廠商才剛開始學習這兩項技術。然而，僅管802.11n標準的確定至少還得等上一年半以上的時間，但這場技術競賽其實已在市場上展開了。

這場戰火是由擁有MIMO教父的Airgo所掀起，該公司在去年8月率先推出以MIMO技術為主的所謂「Pre-N」RF晶片AGN100，並搭配MAC/基頻晶片AGN103，據稱可讓現有的Wi-Fi傳輸率提升到108Mbps。日本NTT在去年12月也宣布採用MIMO方式，開發成功了傳輸速度達108Mbps的無線通訊系統。該系統配備兩個接收天線和發射天線，頻帶為5.08GHz，在實體層（PHY）的參數則與IEEE802.11a等標準相同。該系統的開發者是NTT網路創新實驗室。此外，Agere、Atheros、Maxim、Athena、CSR等公司也在日前紛紛推出具有MIMO功能的相關晶片產品。

他們迫不及待這樣做的目的，當然是希望爭取進入市場的時間差，以賺取更高的產品價格，或贏得市場對其技術實力的肯定。不過，Wi-Fi聯盟也在去年10月對此一情況提出嚴正的聲明，為確保Wi-Fi使用者的品牌信任度，Wi-Fi 聯盟強烈建議不要在任何通過Wi-Fi認證的產品上，使用「IEEE 802.11n」一詞，以避免造成客戶的混淆。

不僅如此，該聯盟還很難得以重話指出，若任何產品被發現可能影響與其他Wi-Fi認證產品的互通性，則Wi-Fi聯盟將撤銷任何聲稱擁有IEEE 802.11n功能的產品，廢止其Wi-Fi認證。據稱此項決定的目的在於實行2004年7月19日所發佈的Wi-Fi聯盟功能延伸政策。

不過，此聲明或許能產生一時的嚇阻效果，但當愈來愈多的廠商開始偷跑時，將會引發市場上的連鎖反應。特別是一些新興的公司，如Airgo，並沒有太大的既有認證上的束縛，如何在新一代的技術市場上爭得先機是第一考量，是否能合乎標準以後再說。在此情況下，這些現今市場上的大廠被逼急了，也得將壓箱的技術提早曝光。因此，在802.11n正式頒佈前，基於MIMO的準技術超過200Mbps將不會是很令人意外的事。

延 伸 閱 讀

截至目前為止，率先推出 MIMO 相關技術晶片產品的 Airgo 已售出超過 100 萬套； Athena 與 WLAN 晶片設計大廠 Atheros 也都在近期推出相關技術產品， MIMO 這個未來 802.11n 中相當重要的一個技術，不僅增加了資料傳輸速度，也大幅擴增了傳輸覆蓋的範圍。相關介紹請見「2005年WLAN MIMO產品能否佔有一席之地？」一文。 隨著無線通訊日趨流行，香港研究人員忙於探索的一個領域，就是智慧型天線的應用。在香港科技大學（科大），有兩項研究計劃探討如何最佳化多入多出（ MIMO ）技術，提高其表現而無須增加無線電頻譜或電力。你可在「新天線設計減低體積與輻射量」一文中得到進一步的介紹。 產業研究機構 Forward Concept 預測至 2006 年內含 Wi-Fi 的裝置將可達到 1 億 6 千萬台。 Globalpress Connection Inc. 在美國矽谷舉辦的亞洲電子工程媒體聯合會中， 各家廠商除了 PC 相關應用帶動的聯網需求外，皆看好 Wi-Fi 手機、 VOIP 及各種嵌入式系統的聯網應用。與會廠商皆致力研發新技術來提升現有 802.11a/ b/ /g 晶片的效能，並積極投入 802.11n 技術的卡位戰，即使這項新的 IEEE 標準，還需一段時間才可能拍板定案。在「WLAN大廠爭相推出延伸技術卡位802.11n市場」一文為你做了相關的評析。

相關組織網站	Airgo公司網站 Atheros公司網站 IEEE 802.11工作小組網站