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WiMAX 技術與發展趨勢
   
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  作者:資通訊產業聯盟 發表於2011/5/11 下午 04:20:51
 
WiMAX 技術與發展趨勢
資通訊產業聯盟

1、前言:

 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)無線通訊技術近一兩年 有快速的進展。隨著  IEEE  802.16  無線都會區域網路( Wireless  Metropolitan  Area Network;WMAN)的各項技術標準相繼制訂完成,WiMAX 所掀起的全球熱潮也持續 加溫。在全球主要通訊系統大廠及研發單位投注研發之下,市面上已經可以陸續看到以 IEEE 802.16-2004 高規格的 WiMAX 的產品,以及行動 WiMAX 產品即將發表的消息; 根據 Yankee  Group  的預測,若在全球網路通訊業者持續順利推展下,行動(mobile) WiMAX 的用戶數可望在 2010 年達到 2,770 萬。這些資訊顯示了 WiMAX 已逐步接近大 規模商用化的階段。由於 WiMAX 在技術標準上已日趨成熟,因此高度整合網路的議題 也不斷的被提出討論,目的就是因應未來提供寬頻且無間斷的多媒體行動服務。因此, 成立於 2001 年的 WiMAX ForumTM 近幾年來開始強力主導 WiMAX 在全球商用化推廣, 以及系統建置佈設的各項細部規範,希望能依照 Wi-Fi 成功的模式,將 WiMAX 的效能 及穩定予以實現,為需求日益迫切的寬頻服務提供最佳的解決方案。

 2006 年六月韓國開始提供 WiBro  的服務,美國 Sprint-Nextel  也接著宣布選擇 WiMAX 為該公司的 4G 技術,加深世界各國對於 WiMAX 的信心。在國內方面,為了 達成全面行動化,在政府推出「台灣 WiMAX  發展藍圖」之後,相關的 M-Taiwan  和 WiMAX  加速計劃同時展開,目前正持續的進行。本文介紹 WiMAX 的技術發展與推動 現況,以及世界各國與各地區對於 WiMAX 系統的佈建規劃。
 

2、 WiMAX 技術現況:

 WiMAX 技術採用 IEEE 802.16 工作組及 ETSI HiperMAN 所制定的無線寬頻接取標 準。繼 IEEE 802.16-2004 固定/低速的標準版本之後,支援行動服務的標準版本 IEEE802.16e-2005 也已於 2005 年底正式發表;而可進一步擴大基地台的涵蓋範圍、提升傳 輸速率的多跳躍傳遞(Multi-Hop Relay)技術標準 IEEE 802.16j 也積極制定中,目前正進行討論及解決會員們針對 806.16j 標準草案所提的意見。在最近一次今年五月於美國波 特蘭舉行的 IEEE 802.16 第 49 次會議中完成 Baseline Document 的修正,通過對 IEEE802.16 Working Group 提出進行 Letter Ballot 的動議。但多數會員對於 Baseline Document 的成熟度有高度爭議,最後在 Working Group 閉幕會議中否決於本會期結束後進行 Letter Ballot 的動議。另外在 TG m 部分,在同一會期針對 System Requirement 以及 Performance Evaluation Methodology 進行提案與建議之討論。有關是否支援 Multi-Hop Relay 技術的 問題,最後以表決方式確定 TGm 的系統必須在沒有 Multi-Hop Relay 技術下達到。換句 話說,Multi-Hop Relay 技術在 TGm 仍定位為性能加強型技術。IEEE 802 標準委員會計 劃把 802.16m 規格提到 IMT-Advanced 成為 B3G(或 4G)標準之一。根據原定的工作計畫, IMT-Advanced 標準化正密集進行,預計於 2008 年初開始徵求 IMT-Advanced 技術提案。 IMT-Advanced 技術必須提供更高的資料傳輸速率,目標為在低速移動時提供 1Gbps,高 速移動下 100Mbps 以上的傳輸速率。

 IEEE 802 標準委員會及 WiMAX Forum 從去年底即積極準備,將 IEEE 802.16e-2005 的一個特別子集投到 IMT-2000 成為一個新的 3G 地面無線電介面(terrestrial radio interface)技術標準。在今年五月底於日本京都舉行的 ITU-R 8F 工作組(WP8F)第 22 次會 議上,稱為“OFDMA TDD WMAN”技術的該提案被通過提交到上級申請批准。這個新的 地面無線電介面補充現有的 IMT-2000 家族,並對 ITU 成員面臨不斷成長的無線市場所 產生的需求做了直接的回應。這顯示 WiMAX 成為 3G 標準的策略成功的邁進關鍵的一 步。WiMAX 被 ITU 接受成為 IMT-2000 技術之一的一項重要意義為,WiMAX 將可在全 球分配的 3G 頻段中運作,帶來可觀的經濟利益,它可以補充其他 3G 技術,也能夠提 供營運商在佈建網路和提供服務時更多的選擇。WiMAX Forum 副主席 Mohammad Shakouri 表示,3G 與 WiMAX 並不衝突,兩者是互補。如何發展規劃取決於應用的需 求以及政府和營運商對業務的規劃。

 由於 IEEE 802.16 只制定終端設備和基地台的 Layer 1 實體層(Physical layer, PHY)及 Layer 2 媒體接取控制層(Media Access Control, MAC)的規格,真正要將技術落實,還 需要待 Layer 3 以上規格的完整制定。Layer 3 的 WiMAX 網路管理,包括基地台與核心 網的互通、應該使用何種網絡資料、安全性、覆蓋性和授權問題等,都在 WiMAX Forum 制定中,預計今年下半將趨於完整,屆時會有詳細的認證規範,產品的規格、互通性問 題和操作等,應能夠底定;之後才能導入產品上市。
 

3、WiMAX Forum 與產品認證:

 目前無線寬頻接取技術主要由 WiMAX Forum 在推動。WiMAX Forum 為 2001 年4月成立的一個非營利性的組織。該組織的主要工作是根據 IEEE802.16 和歐洲電信標準 協會(ETSI)的 HiperMAN 無線城域網標準形成一個可互通的國際標準,制定 WiMAX  產品的ㄧ致性(conformance)和互通性(interoperability)規範,並成立實驗室進行產品認證,以確認設備商開發的產品之間的互通性。WiMAX Forum 之於 IEEE 802.16 正如同 Wi-Fi Alliance 之於 IEEE 802.11 或者 Bluetooth SIG 之於 IEEE 802.15.1。WiMAX Forum 為有效推展 WMAN  的佈建及營運,於2006年增加 Global  Roaming  Working  Group  及 Evolutionary Technical Working Group 
 
 • Applications Working Group (AWG):

 主要工作在定義 WiMAX 應用服務,充分發揮 WiMAX 的能力,以凸顯更優於其 他技術的效能。AWG 之下還包含兩個 Task Groups:Application Architecture Task Group(AATG)以及 Application Business Task Group(ABTG)。

• Certification Working Group (CWG):

 負責處理 WiMAX 認證程序的運作內容,並研議各種測試項目、全球測試認證實 驗室的設置申請評估與管理。CWG 與 TWG 互相配合各種測試認證技術的發展, 並由 TWG 提供 System Profiles、PICS (Protocol Implementation Conformance Statement)、以及 TSS&TP (Test Suit Structure & Test Purposes)。
 
• Evolutionary Technical Working Group (ETWG):

 為了讓固定式 IEEE 802.16-2004 所採用的 OFDM 技術也能支援部份的行動能 力,WiMAX Forum 成立了 ETWG 以研擬在既有標準下,可提昇行動應用之架構、 相關無線技術規範、行動台∕基地台之互通規範、相關測試認證標準等議題。

• Global Roaming Working Group (GRWG):

 為確保漫遊之互通性與穩定性,GRWG 針對漫遊之無縫式(seamless)共通運作、漫遊網路迅速佈建、以及區域頻段造成的影響之議題加以研議。其主要目標為提供漫遊之技術說明、漫遊流程、漫遊參照模式、計費方法等,希望能藉由與其他 網路系統的整合達到擴展之目的。
 
•Marketing Working Group (MWG):

 主要工作在推展 WiMAX Forum 在全球的市場,包括其相關商標與認證標籤等, 為推動 WiMAX Forum 全球化營運的主要工作組。
 
•Network Working Group (NWG):

 目的在以 IEEE 802.16 相關標準為基礎,訂定上層的網路規範,並依據 SPWG 所 定的需求指標而提出可行的網路架構與規範做為網路佈建與認證審核時的參 考。此外,NWG 於去年成立了 Network Interoperability Testing (NWIOT) Task Group,負責處理 WiMAX 網路系統在互通性方面的議題。
 
•Regulatory Working Group (RWG):

 工作重點在於彙整全球電信法規中與 WiMAX 相關的頻譜規範,期望能制訂全球 共通的 WiMAX 專屬頻譜,並協助製造商解決產品商用化時可能遭遇的區域頻譜 問題。目前 RWG 在全球各大區域,包括北美、歐洲、亞太地區、拉丁美洲與加勒比海、中東與非洲等地區設有工作小組。此外,WiMAX Forum 從去年開始與 AT4 Wireless 合作,建立全球 WiMAX 的頻譜與法規線上資料庫,包含全球各地 對於 WiMAX 之認證頻段的規劃與開放釋出狀況。目前已有 206 個國家的資料, 為加入會員的主管機關及廠商提供迅速查詢的管道。
 
•Service Provider Working Group (SPWG):

 以服務提供者(service provider)為主的工作組,目的在從服務業者角度的需求 討論營運方面的議題,包括網路架構、認證之產品與市場、營運模式等。
 
•Technical Working Group (TWG):

 主要工作為訂定產品設備所採用的技術規範項目細節,諸如實體層(PHY)、媒 體控制層(MAC)、無線介面、功耗、通訊模式…等所有系統設定之參數,在依 據這些細項訂定出 MS/SS/BS 測試認證、向容性、互通性等標準。因此,TWG在其下又成立了若干小組,負責處理 RCT (Radio Conformance Test)、TSS/TP、IOT、測試介面、SMSG (Spectrum Mask Subgroup)、以及 IMT-2000 相關技術等。
 
 為了加強於世界各地推廣 WiMAX 技術,WiMAX Forum 除了美國總部以外分別於 中國、印度、台灣、日本、及巴西成立辦公室。台灣辦公室於四月成立,並於五月十六 日由 WiMAX Forum 主席 Ronald Resnick 主持辦公室開幕儀式,目前台灣辦公室主任為 工研院資通所的謝慶堂博士。台灣與 WiMAX Forum 積極合作,會員快速成長,目前有13 個主要會員(principal member)及 23 個一般會員(regular member),從 2006 年初以來每 次會員大會都組成二、三十人的代表團參加,也爭取到今年 10 月在台灣舉辦會員大會。 在兩年來努力推廣之下,台灣及 M-Taiwan 在國際 WiMAX  community 享有很高的知名度 , WiMAX  Forum也於今年三月發布M-Taiwan  Program白皮書 。另外,我們也配合 WiMAX  Forum 赴印度及巴西等地分享 M-Taiwan 經驗,協助 WiMAX Forum 於 世界各地區推廣 WiMAX 的佈建應用。

 目前市面上已有很多符合 IEEE 802.16-2004 規格的固定式 WiMAX 產品,也有營運 商以此產品佈建網路取代 ADSL,解決最後一哩或最初一哩。行動 WiMAX 的產品將於2007 年底及 2008 年開始問世。WiMAX  產品根據不同的 profile 來認證。WiMAX profile 依據不同的頻率、頻寬、和多工模式來定義。在 2007 年 5 月於法國舉行的第三次 Mobile Plugfest 中有 24 家設備供應商、9 家測試設備商,以及超過 150 人參加,測試了表一所 示的四個 certification  profile。第四次 Mobile Plugfest 將於今年 10 月 14 日到 20 日在台 灣舉行。
 
 目前全世界共有五家 WiMAX  Forum 認可的認證實驗室,除了最早的西班牙 AT4 wireless  之外,中國 CATR 實驗室於今年四月開始提供固定式 WiMAX 產品的認證,並 將於今年 11 月開始提供 Mobile WiMAX 產品的認證,美國實驗室、韓國 TTA、以及台 灣的誠信科技將於今年 11 月開始提供認證服務。另外,WiMAX Forum 也規劃於明年中 在台灣成立第二家認證實驗室。
支援行動服務的 IEEE  802.16e-2005 在定案的同時,也將 WiMAX 的應用由最後一哩(last mile)進一步延伸成為了行動接取網路(mobile access),這更表示了系 統整合與產品互通將是攸關 WiMAX 成功與否的關鍵。目前正導入產品克服互通和操作 等問題,預期在今年下半年將趨於完整。著眼於此,WiMAX Forum 除原先著重的產品 規範的實用化及測試認證項目之外,也在應用服務、頻譜法規、市場推廣與全球漫遊等 攸關未來大規模佈建的議題上更為密集地投入。WiMAX 市場能否成功的另一項因素就 是用戶端設備(CPE)的價格與效能。雖然 WiMAX 的產品於今年將相繼問世,但產品 的價格、效能、耗電量等問題,都還待克服。現階段固定式 WiMAX 產品已有 28 項通 過 WiMAX Forum 的認證,預計在 2009 年的認證產品可超過五百項,屆時 CPE 價格可 望大幅降低,就有可能出現大量生產佈建;而 Mobile WiMAX 的產品測試認證也即將開 始,預計最快在今年就會有認證產品問世。而且隨著 WiMAX 產業生態系統 (ecosystem) 日益完備,WiMAX 逐步大規模佈建,再加上 Mobile WiMAX 的產品價格若能趨於合理, 則相關市場規模將可能創造通訊產業的另一高峰。圖二及圖三分別是工研院 IEK 與資策 會 MIC 對於全世界及台灣 WiMAX CPE 產值的預測。
 
 
 
4、WiMAX 系統的佈建應用:

 世界各地對於 WiMAX 極為熱中,根據 WiMAX Forum 的統計,全世界有包含台灣 在內的 65 個以上國家進行 250 項 WiMAX 的試驗與佈建。許多國家,包括印度、俄羅 斯、巴西等新興國家參與積極,也都成立了 WiMAX Forum 辦公室或分會,對 WiMAX 的關注程度可見一斑。頻譜分配的問題,是阻礙 WiMAX 發展的一大因素,現在很多國 家開始為 WiMAX 劃分專屬的頻段,目前全球約有超過 400 家營運商擁有專屬的 WiMAX 頻段。我國於今年上半年宣布開放六張無線寬頻接取執照,台灣南北區各三張。在 6  月11 日申請截止前共有 13 家廠商提出申請,包刮 9 家北區申請案及 10 家南區申請案,預 計於 7 月底或 8 月初進行開標。

 為了提高國內的無線寬頻應用,發展下一波新興無線產業,行政院於2005 年推出「台灣 WiMAX 發展藍圖」與「M-Taiwan」等計畫,來推廣 WiMAX 基礎建設的研發與 應用。M-Taiwan 計畫在 2005 年共核准了 11  個申請案。
 

 經濟部於今年  5  月  13-15  日舉辦  2007  年亞太地區產業高峰論壇(2007  Taipei Summit)  ,與東南亞各國就 WiMAX 發展應用進行交流,並展現台灣發展 WiMAX 的成 果,共有來自 19  個國家的四百多人參加。除了專題演講及專題討論之外,也包含產品 及應用展示和 live demo。Nortel 的 WiMAX & Wireless Mesh  部門總裁 Peter Mackinnon 於五月底在  WiMAX  World  Europe  2007  的演講中還當場播放一段該公司在  Taipei Summit  實況展示車上有關醫療照顧應用的影片。Mohammad  Shakouri 及數位其他演講 者也提到台灣在無線通訊設備發展上的能力與貢獻。
由於 WiMAX Forum 尚未開始進行 Mobile WiMAX 產品的認證,影響 M-Taiwan 計 畫廠商網路的佈建,台灣辦公室也不斷向 WiMAX Forum 反映國內會員對這一問題的關 切,WiMAX Forum CWG 主席 Edward Agis 表示今年 11 月包含台灣所採用 2.5-2.469GHz 頻段的 Mobile WiMAX  第二波(wave 2)認證時程不會延遲。到時候 M-Taiwan 計畫網路 及我國 WiMAX  商用網路將可大規模的進行。
 

5、結語:

 行政院 2005 年推出「台灣 WiMAX 發展藍圖」藉由 M-Taiwan 及 WiMAX 加速計劃 等計畫,以提高國內的無線寬頻應用,希望繼成功的 WLAN 產業之後,發展下一波台灣新興無線產業。這些工作需要透過國際合作,把我國 WiMAX 產業推到國際舞台,以在競爭激烈的全球市場爭取商機。在兩年多的努力之下,我國與 WiMAX Forum 建立了良好關係,WiMAX  Forum  成立台灣辦公室是對台灣發展 WiMAX  所做努力的一大肯 定,未來我們可運用這一平台加強服務國內會員以及與 WiMAX Forum 的溝通。另外在 無線寬頻的應用服務方面,工研院代表與 WiMAX Forum 於今年六月在馬德里的會員會 議中達成協議, WiMAX  Forum  董事會核准在台灣成立全世界第一家  WiMAX Proof-of-Concept lab,稱為 M-Taiwan WiMAX Application Lab。雙方將在工研院的網路上 開發新的 WiMAX  應用,以充分利用 WiMAX 技術的功能。這項工作將結合國內大學及 研究機構,在台灣辦公室的推動之下充分合作,希望未來我國不但在世界 WiMAX 產品 製造上居於關鍵的地位,也能在 WiMAX  應用服務產業上能佔重要的一席之地。

 

 
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