遵循802.11b標準的無線區域網路，已在市場上建立一套穩固的平台，協助業者發展各種無線網路。Wi-Fi標準已在不同廠商產品之間建立可靠的互通性，為最終使用者的投資提供保障。最近的發展焦點則延續至802.11g網路，它採用和802.11b一樣的2.4GHz頻寬，不僅支援更高的傳輸速度（最高為54 Mbps），更具備回溯相容的能力。另一方面，顧客亦可選擇使用5GHz頻寬的802.11a系統，享受和802.11g一樣的傳輸速度。在歐洲，通訊系統則面臨許多嚴苛的法規限制（考802.11h）。

市場上已出現能支援兩種傳輸頻寬的系統，例如像“多模（multimode）”、“複合型（combo）”、或802.11a/b/g之類的產品。Wi-Fi 聯盟亦正測試這些速度更快的網路技術，檢驗其互通性。然而，至今仍沒有WLAN技術能保證提供穩定的傳輸頻寬與服務品質，以滿足聲音與影像資料流的傳輸需求。尚未通過審核的802.11e標準，原先發展目的就是為了解決這方面的問題。當802.11e針對改善802.11/WiFi基礎應用服務品質上已有大幅度進展的同時，仍然有額外對於應用改進的要求，例如利用於網路資料流音訊（streaming audio）與影像內容的娛樂裝置。因此，雖然802.11於基礎上所提供的性能與特色在近幾年已持續快速地進行，業界仍不斷推出性能更強大的無線網路標準（802.11n），以提供更理想的無線電技術（radio technologies）、高生產率、增強錯誤校正能力，以及改善流量管理的特色。

服務品質——802.11e

類似大家熟悉的乙太網路，並配合CSMA載波感應多重存取通訊流程，是一套採用探索式存取機制的WLAN網路傳輸技術，通常被稱作為「竭力模式（best effort）」的通訊服務。由於一個傳輸頻率在一個時間與一個特定地點內僅能被一個站點所使用，因此須透過CSMA程序將資源儘可能公平地分配給所有站點使用。藉由這種作法，在經過長時間後，每個站點可透過網路接收到同等的資料量，但資料量等級不僅沒有可靠的保證，而且傳輸流量在短期也不平均。在最初的802.11標準中，這方面的功能稱為分散協調功能（distributed coordination function；DCF）。另一種替代方案則是站點協調功能（point coordination function；PCF），但卻從未被實際採納。在PCF中，WLAN的存取點（AP）能定義一個時間週期。在這個被稱為無競爭週期（contention free periods；CFP）內，DCF會定時關閉。這些週期中，屬於DCF的站點被要求保持靜止或在內部啟動。存取點會逐一查詢PCF中的每個站點，因此能提供虛擬的QoS（quality of service；QoS）層級。PCF的QoS能力並未發展完全，尚有一些缺失，這解釋了為何從未正式地被實行。

尚在發展中的802.11e QOS 標準，為網路站點建立一套頻寬配置機制，使得管理QoS層級上已有大幅度的進展，且俾使透過802.11傳輸語音變成真實性的應用。802.11e 的規格，甚至所有本身的能力，仍然需要額外overlays與強化其功能，以確保像是無線影音娛樂（wireless entertainment）的串流多媒體應用，其傳輸保質如同有線網路。802.11e並在現有實體媒體的傳輸能力範圍內提供即時傳輸的保證。在這方面有兩套機制，可單獨運用或搭配使用。此方面的功能稱為無線媒體延伸（wireless media extensions；WME），也就是延伸資料通道存取（extended data channel access；EDCA），能針對不同的資料流配置適當的優先順序。針對這方面的目標，每個站點以及存取點都可為封包套用四種分類（背景、竭力模式、影像以及語音），並根據IEEE 802.1D-1998標準配置優先順序。

《圖一　Wireless Medium架構圖》

在執行這項功能時，每個相關站點在其傳輸端會配置四組等待佇列（queues），封包會透過這些佇列依序傳送。此外，每個站點的傳輸規則是先傳送具有較高優先順序交流的佇列，然後再轉向處理優先順序較低的佇列。標準分類、「竭力模式」等模式會配合現有的DCF。背景資料傳輸流（background data streams）是指優先順序最低被委託交流的佇列，僅會在網路上沒有其它傳輸作業時才會被傳送。用來傳送影像與語音的影片與語音資料流，對於網路的傳輸有特別的需求。因為此種網路的需求，站點現今不只能為了一個單一封包佔用無線電網路，而是為了傳送一個佇列的封包（TXOP＝傳輸機會），尤其是更多的影片資料流。但亦須強調的是，EDCA一直以來亦指參數化的QoS，本身僅是一種根據統計資料的優先排程方法，擁有較高優先順序的資料流亦會被配置到較高頻寬之長時間週期。反觀若是觀察較短的時間週期，擁有較低優先順序的資料流亦能爭取到及時媒體控制權。

802.11e的第二種存取程序為混合控制通道存取（hybrid controlled channel access；HCCA），會建置真正的輪詢機制。為達到這方面的目標，存取點中安裝一套控制單元（HC＝hybrid coordinator混合協調器），負責管理輪詢作業程序。站點會接收8組輸出佇列，根據封包的需求依序排列至等候佇列中。每個等待佇列必須透過所謂的流量規劃（traffic specification；TSPEC）機制向存取點登錄。這套TSPEC 包含儲存佇列站點的“desired requirements”（最小與最大服務間隔，TXOP的最短時間）。存取點則傳回一組時程表，內含等候佇列的實際配置狀況，藉此滿足其傳輸要求。若AP的負載過大無法再為更多資料流提供傳輸服務，也有可能拒絕傳輸的要求。一旦發生此種狀況，HC就須透過輪詢機制為每個站點的等候佇列提供服務。由於HCCA擁有絕對的優先權，因此HC幾乎可在任何時間掌握控制權，針對資料傳輸率或同步性要求的資料流，以適當的資源提供傳輸服務。在此期間，EDCA被暫緩運作。

除了這兩種主要機制，802.11e亦提供其它強化功能：各種延伸型省電機制（extended power savings mechanisms）、性能更優異的同步作業程序（stronger synchronization procedures）、傳輸壅塞通知（block acknowledgements）以及“直接鏈結”（direct links）機制，將AP的傳輸途徑進行繞道以便與站點直接交換資料。這套標準目前正修訂第4版的草案，極可能在2004年中制定完成。

5GHz在歐洲的發展－802.11h

就全球環境而言，支援802.11a標準的5GHz元件，必須支援各國差異性相當大的通訊頻譜環境。2.4GHz在全球各地也面臨類似的狀況，美國、歐洲以及遠東等地區都有小幅度的修改、頻譜配置以及傳輸限制上的差異。在德國則是受到REGTP?order?35/2002法律規範。

在美國，美國聯邦通訊委員會（Federal Communications Commission；FCC）15.247規章中詳細記載有效發射功率（Equivalent Isotropically Radiated Power；EIRP）的規範。EIRP展現全效無線傳輸功率，包括從天線電纜所獲得與失去的頻寬。被廣泛應用在美國的802.11a元件，支持最大為200mW的有效發射功率，且使用在美國全境內所有的5GHz頻寬。然而在歐洲，法律規定使用較低的頻率（5.15～5.35GHz）時輸出功率上限為200mW，較高的通訊頻率（5.47～5.725GHz）則最高僅能使用1W發射功率，若要使用所有可用頻道，則必須支援以下兩項重要的802.11h機制：

• ●動態頻率選擇（dynamic frequency selection；DFS）。網路（AP與相關的站點）本身會根據目前的頻譜使用狀況自行選擇通訊頻率，若有必要則會變更目前的運作設定以避免主動雷達與衛星傳輸。其它WLAN也以此種方式來避免傳輸，俾使整個系統能以最高的效率來使用頻譜。





• ●傳輸功率控制（transmission power control；TPC）。參與通訊的每一方必須根據目前之需求調整本身發送功率。在德國，額定的傳輸功率為6 dB。此方面的限制亦能降低其它WLAN產生干擾的機會。若沒有支援TPC/DFS， REGTP特別准許使用5.15～5.25GHz的頻寬，且最大發送功率限制為30mW。

802.11h 標準規範大量的新封包類型以及資訊欄位，基地臺與AP透過這些封包與欄位搭配適當的發射功率與通訊頻率來交換資訊。在建立通訊鏈結階段，站點與AP建立通訊管道，兩者的“通訊權限（abilities）”將會協調完成。此時AP若得知站點違反當地的通訊規章（例如發射功率過高、支援通訊頻率不符合當地規定），就會拒絕支援通訊服務。若當地法規允許，在某些情況下，一些舊型站點即使不支援802.11h亦可進行通訊。

這些工作雖然看似簡單，但建置工作卻極為複雜。DFS機制必須檢查雷達訊號是否能被辨識（發射的系統以及目前的通訊）；這方面的標準是指ETSI EN 301893。指定的測試脈衝其週期為2～60秒，脈衝波型週期為5 至210ms；脈衝辨識的門檻值為－64dBm，在這個範圍內許多WLAN也能進行通訊。為了進行有效的量測，AP可暫時關閉WLAN（不發射）並啟動相關的站點來執行自己的量測作業，結果則會轉送至AP。若雷達波的辨識無誤，使用目前頻率的通訊就會被中斷，此時就找到一組“clean”可使用的替代頻率。之後會將這組頻率通知各站點，此時整個系統必須再次重新啟動。被棄用的頻率在之後的30分鐘內會被停用，且系統不會再使用這組頻率來進行DFS作業。DFS的作法就是將這個流程整合至封包傳輸作業，且讓使用者不會察覺。

在現階段的作業中，TPC機制的工作就是機動地調整各AP站點之輸出功率，儘可能縮小無線電資料元，讓系統能以最高的效率來運用通訊頻帶。為達到這些目標，各站點之間會交換TPC要求與回報封包，藉此決定通訊連結的效能水準。可惜的是，這套標準並未精準地描述要套用什麼標準與方法。這個問題有待製造商與相關業者共同來解決。

高流量（High-throughput）WLAN－802.11n

近來市場上出現許多IEEE 802.11系列無線網路產品，提供每秒54Mbit的資料傳輸率。包括像高解析度影像傳輸或家庭劇院系統等新型應用，則需要更高的資料傳輸率。對於IEEE而言，這些需求促使他們成立802.11“n”工作小組，此套規劃中的標準能提供每秒超過100Mbit的資料傳輸流量。

802.11a與802.11g實體層的資料傳輸速度為每秒54Mbit。系統中實際的資料傳輸速度（資料流量）僅有30Mbps，因為系統須傳輸許多通訊作業資料。規劃中的802.11n標準希望能排除這項低效率的缺點，嘗試提高資料頻道的使用效率，以及實體層的傳輸速度。

提供資料傳輸速度的三種方法

調幅延伸（Modulation extension）

調變整個 802.11a與802.11g使用64組正交振幅調幅（quadrature amplitude modulation；QAM），過程中在同一時間對一個載波調變6個位元。在這裡我們可以將設定值調高至256QAM、每個載波調變8位元，即可將20MHz頻道的資料傳輸率提高到每秒72Mbits。頻寬範圍大幅縮小產生顯著的負面影響，因為接收端需要品質更高的訊號才能在256種調變狀態中進行辨識。

提高頻道頻寬（Increase of the channel bandwidth）

高頻率頻道目前的頻寬為20或25MHz。透過結合或延伸這個規格，即可提高調變頻率與資料流量。此種作法的缺點是讓原本就偏低的頻道數量變得更少。

增加傳輸通道（Increase of transmission paths）

若不同資料在同一時間以相同頻率透過不同通道進行傳輸，此時就會使用MIMO技術。MIMO是Multiple Input－Multiple Output的縮寫，代表在傳送與接收端同時使用多組天線。MIMO會在頻率與時間軸之外，增加第三個座標軸，也就是空間。這種模式並不會與天線多元化（從WLAN技術發展之初就被採納）產生混淆，因為在多組天線模式中，僅會使用效率最佳的傳送與接收天線。MIMO則是在同一時間以相同的載波頻率傳輸多組資料流。由於受到來自牆壁與天花板的反射所干擾，每個天線的發射訊號傳到接收端系統的（多組）天線時，會變成不同的訊號強度與相位。這種傳輸頻道之特殊行為會在原始資料的訓練調整階段被系統發現，天線會使用一些數學處理技術來回復訊號。若反射訊號的強度夠大，且發送器與接收器以及相關天線所增加的技術成本會對系統成本產生負面影響，MIMO才會產生作用。802.11n標準預估在2005/2006年間進行修訂；目前已針對一些彼此不相容的“標準化之前（pre-standard）”裝置提出許多警告。

無線電技術的未來展望

在90年代，WLAN無線電系統被設計成超外差式的（superhet）接收器，透過一或多組中頻（interim frequencies）來提供最高的選擇性與靈敏度。然而由於系統需要大量的分離元件，因此難以進行整合。另一方面，ZIF（zero IF）或VLIF（very low IF）則是開發高整合度且低成本解決方案的理想選擇。

業界已發展出可行的替代技術。在90年代，支援各種高頻系統的積體電路，仍使用雙極技術進行生產。這種元件的整合度較低，不足以滿足無線電功能所需的電路板空間需求。ZIF或VLIF的無線電現在都是採用RF-CMOS或Bi-CMOS製程；這兩種技術都各有其優缺點。RF-CMOS能將無線電與邏輯元件整合在單一晶片，若系統需要達到最高的整合度，則這類技術會是最佳的選擇。Bi-CMOS具有較佳的高頻率屬性，使用的週邊元件數量也較少。

若採用ZIF技術，接收訊號會直接使用基頻。要求精準時序（time-intensive）的中頻過濾器與混合器在此系統中則全然派不上用場。對接收訊號進行強化處理的確有必要，但必須在適當的頻率下完成，以達到隔離的效果。在一個未經最佳化調校的環境下達到如此高的敏感度，所需承擔之風險就是接收器的敏感度可能因此而降低。ZIF技術是各種方案中使用的晶片空間最小的。解調變後的訊號頻寬趨近至DC，適合用來接收802.11b所使用的CCK訊號。接收頻率即使產生些微的變化，也會降低OFDM調變（802.11a與802.11g所使用的技術）之動態範圍。

VLIF 接收器的運作模式則完全不同。它不是直接將接收訊號轉換成基頻，而是轉換成大幅下降的中頻。由於其頻率大幅降低，故傳統的過濾器不再是分離模組，可建置成為積體電路中的運作功能。對於過濾與調變而言，適合採用數位訊號處理的技術，在數位電路中建置成可重複的功能元件。VLIF接收器的傳輸行為具有高流量的特性，但仍不適合搭配CCK訊號使用。由於沒有直接電壓的不匹配問題，OFDM調變的動態範圍沒有受到限制，因此能達到最佳的接收靈敏度。

在數位環境的轉換部份，兩方的系統都有轉換器，負責將傳送的類比電壓轉換成數位訊號，反之亦然。這些轉換器的各種屬性，例如像掃瞄率、位元數以及線性等，對於建置無線電概念而言都是重要的參數，而且會嚴重影響整個無線電系統的品質。在90年代，無線電系統僅含有類比技術並有多個平衡點（balance point），但在數位技術出現後，已逐漸將系統轉移至數位領域。

ZIF與VLIF等接收器的概念提高了系統整合度，因此有助於降低製造成本。可以很容易選出適合的接收器與製造技術。每套設計方案都可根據不同的概念進行最佳化。從目前的觀點來看，支援VLIF與ZIF的接收器特別適合應用在無線區域網路傳輸上。

（本文作者任職於Agere Systems）