802.11n支援裝置增多　數位家庭邁向無線化

根據In-Stat統計，2007年無線區域網路(WiFi)晶片組出貨量已達三億套，並以40%的年複合成長率(CAGR)迅速成長，目前已有四萬三千多種產品通過WiFi認證。  

另依ABI研究公司在今年3月的調查顯示，目前贏得全球WiFi市占前五強依序為博通(Broadcom)的35.2%、創銳訊(Atheros)的24%、英特爾(Intel)的13.5%、邁威爾(Marvell)的12%，以及台灣新興廠商雷凌(Ralink)的10.3%。縱觀這些領導廠商之所以能先聲奪人，與其個別的策略運用牽連甚深，各有巧妙不同。  

消費性電子成連網新寵  

圖1　博通副總裁兼家庭無線網路事業部總經理Michael Hurlston表示，2.4GHz和5GHz雙頻同存並非特例，目前11n標準的雙頻普及率約為20%。

博通是率先採用互補式金屬氧化半導體(CMOS)製程之WiFi龍頭廠商，該公司副總裁兼家庭暨無線網路事業部總經理Michael Hurlston(圖1)表示，博通在IEEE 802.11g(以下簡稱11g)和IEEE 802.11n(以下簡稱11n)晶片組的投入甚早，迄今分別已出貨超過兩億套和一千兩百萬套。他並預期，WiFi市場將持續以27%的平均年成長率向上攀升，特別是筆記型電腦的搭載率今年將達100%，出貨量約一億三千九百萬個；另隨著手機、電視、多媒體播放器等消費性電子產品採用無線技術拉力的增強，將取代既有電腦領域成為無線區域網路(WLAN)的新焦點，今年WiFi在家庭網路的應用將跨越50%的門檻。  

博通認為，目前WiFi市場著重的是基本的網際網路連接功能，但自2008年開始，在手機和多媒體串流的風起雲湧下，行動性已成新一波市場驅動力；Hurlston透露，部分已實現網路電視(IPTV)服務的電信業者，已將11n選為WLAN的主要傳輸技術。待今、明兩年交接之際，預估視訊機上盒和數位電視等將續扮領軍先鋒，屆時亦將壓縮到11g的市場空間。他並斷言，11n將會是數位家庭的重要支柱，因為在視訊和圖檔往來蔚為潮流下，未來的連網基礎傳輸單位將從百萬位元組(Megabytes)躍升至兆位元組(Terabytes)，WLAN頻寬也勢必有所長進；推估2009年年底，電信業的寬頻網路接取設備即有高達50%都將內建11n標準。  

看好11n日後在家庭多媒體的需求，博通日前針對消費端市場的不同運行時脈的深淺需求，為Intensi-fi家族新增三款內嵌中央處理器(CPU)的11n產品成員，分別是基本單頻路由、雙頻路由平台以及含括軟/硬體高整合的解決方案--BCM4716/17/18，同時首度推出11n雙頻USB單晶片，意欲一舉囊括連接、行動和媒體三大區塊市場的雄心有跡可尋。此外，對於任何無線傳輸技術來說，有效距離和覆蓋率皆是核心議題。眾所周知，11n具有多重輸入多重輸出(MIMO)特性，多根天線互相支援的結果，可大幅改善傳輸效能；而博通更在新款11n單晶片中導入名為Accelerange的自有技術，將11n的另外兩項特性--直接封包傳輸(Direct Packet Transmission, DPT)和選配的時空區塊編碼(Space Time Block Coding, STBC)發揮得淋漓盡致，較標準11n產品高出約30～50%的效能。前者可減少延遲、去除無線網路存取點(AP)的瓶頸，有利於點對點的視訊傳輸，更重要的是，直接封包傳輸不像Ad-hoc模式需要複雜的設定即可工作；後者可擴大11n標準的範圍，提升手持裝置和基地台之間的連接性，並具備省電特性。總括來說，博通因通訊類產品線最為完善，在多網匯聚的潮流中明顯享有策略布局的綜效。

WLAN市場邁向精緻化  

圖2　創銳訊行銷副總裁Todd Antes(右)表示，11n正式標準預計將在明年上半年定案，而明年下半年將會加速11n取代11g的腳步。圖左為創銳訊企業行銷資深總監Susan Lansing。

市占率緊追在博通之後的創銳訊，成立之初本就是以WLAN為出發點，蛻變至今，相對集中火力強打高整合及低耗電的利基策略。其首款11n雙頻路由器(Router)平台--XSPAN AR9002AP，單一射頻的實體傳輸率(PHY Rate)達300Mbit/s，CPU時脈高達680MHz，且擁有高達二十七個通道，可為WLAN提供完整頻譜存取；同時可提供有線轉無線的統包參考設計，僅需四顆晶片、單層電路板便能實現。另有鑑於環保節能的意識高漲，創銳訊特在核心WLAN之外，再另行畫出一塊行動WLAN分眾市場推出AR6002產品，強調近零功率的行動WiFi功能。  

創銳訊行銷副總裁Todd Antes(圖2右)指出，源於家用網路可支援的裝置數量增多，WLAN連線能力已成標準配備；但與此同時，因更多對延遲敏感的高頻寬內容也日見增多，故結合無線區域網路的802.11n及廣域網路的超高速(Gigabit)乙太網路連線能力的無縫連接至關重要。他並表示，僅增加傳輸流量無法確切提升網路效率，應靈活善用可用頻寬才是終極解決之道。為此，創銳訊亦以自有iQUE技術最佳化家用內容傳輸及配送。在廣域網路(WAN)方面，不僅能快速連結路由，且可對頻寬進行估計，並將封包分類、排定先後順序、流量編整；在進入區域網路後，則可最佳化傳輸率調整、總流量並重試演算法，進行多點對單點廣播轉譯、深層封包檢測、分類與佇列管理，確保服務品質(QoS)。  

英雄所見略同，創銳訊與博通對WLAN市場的觀察頗為一致；Antes表示，在今年以前，相形低階的單純路由產品較為盛行；但時序進入今年，家庭網路已不再純粹供個人電腦連網之用，而有擴及遊戲機和多媒體播放器之勢，亦加重了路由器的負擔；為容納更多的消費性電子裝置到家庭網路中，必須盡可能利用無線頻譜資源，而同時動用11b/g/n的2.4GHz以及11a/n的5GHz兩個工作頻段並非新鮮事。所不同的是，受惠於半導體技術的進步，目前已可大幅降低晶片生產成本。  

順帶一提的是，早於2000年推出首款802.11晶片組的創銳訊，在今年4月新加入WiFi聯盟董事會、成為贊助會員；而所有WiFi聯盟認證計畫的測試台(對WiFi認證侯選產品進行測試的一組參考產品)皆是採用創銳訊的產品進行。今年適逢成立第十年的創銳訊，特別以「堅韌的」(Tenacious)此一英文單字作為10年里程碑，積極擴充旗下通訊產品，包括近來火紅的全球衛星定位系統(GPS)。雖然目前創銳訊並無發展3.5G手機晶片的計畫，但Antes表示由於體認到WAN與WLAN銜接的高度連動性，創銳訊現正密切注意全球微波存取互通介面(WiMAX)的發展，並以策略結盟的方式與WiMAX晶片廠商合作；他並透露，未來一旦WiMAX需求趨於明朗，創銳訊亦不排除直接投入。  

嵌入式能量比獨立晶片更充沛  

除了廣域與區域網路的無縫連接，無線技術的另一項重大挑戰來自於互通性，11n亦不例外。由於不同草擬標準製造的產品可能無法互通，須透過韌體或軟體升級，才能與最終的11n標準相容；此時身為嵌入式系統鉅子的英特爾若能強力表態支持，不僅對11n的迅速擴展助益良多，對英特爾本身的晶片出貨量亦有直接拉升的作用。挾著隨機出貨優勢，英特爾順理成章名列市占前茅；其官方PROSet/Wireless軟體11.5版及更新版本皆已支援802.11n規格的2.0草案，且針對11n通過WiFi認證。  

近期，英特爾更進一步宣布將在第二代迅馳(Centrino 2)的Montevina平台中，將11n列為標準內建配備。英特爾表示，高畫質視訊、遊戲機以及動輒百萬畫素照片和高容量的數位歌曲已是日常之舉，使既有11a/b/g網路的單一工作頻段日見擁塞，因此如何尋求更大的頻寬迫在眉睫；而新出爐的11n強項在於可同時借用2.4GHz和5GHz兩個免費頻段以做動態補償，對無線傳輸將更具保障。惟須留意的是，任何無線技術的最大資料傳輸率(Data Rate)理論值並不等同於真實的吞吐量(Throughput)，如表1所示。因為無線網路易受環境、使用者集中度、距離及障礙物干擾等影響，使傳輸效能產生30～50%的耗損，導致訊號覆蓋不全、甚至形成死角區域或中斷；若距離基地台(AP)過遠，資料傳輸率和吞吐量亦會隨之下降。

表1　IEEE 802.11無線通訊協定摘要
通訊協定	頻率	訊號	最高資料傳輸率	最大吞吐量
舊式802.11	2.4GHz	跳頻展頻(FHSS)或 直接序列展頻(DSSS)	2Mbit/s	1Mbit/s
802.11a	5GHz	正交分頻多工(OFDM)	54Mbit/s	22M～24Mbit/s
802.11b	2.4GHz	高速直接序列展頻 (HR-DSSS)	11Mbit/s	5M～6Mbit/s
802.11g	2.4GHz	正交分頻多工(OFDM)	54Mbit/s	22M～24Mbit/s
802.11n	2.4GHz或5GHz	正交分頻多工(OFDM)	540Mbit/s	180Mbit/s以上

資料來源：英特爾，作者整理

圖3　邁威爾通訊與消費事業部新興與嵌入式事業總鑑Gopi Sirineni表示，去年全球11a/b/g的整體出貨量約占70～80%的市場，但預估今年11n的出貨占比將提升至30～40%；此一替代效應已初步顯現，邁威爾今年第一季11n晶片出貨量的季成長率即達20%。

同樣相中嵌入式誘人商機的還有邁威爾，該公司通訊與消費事業部新興與嵌入式事業總監Gopi Sirineni(圖3)指出，從去年全球WLAN路由器的出貨量來看，獨立的WLAN晶片出貨量約三千萬個，但嵌入式部分卻高達一億個，市場強弱立判。Sirineni表示，由於單顆晶片的毛利較低，因此邁威爾較為專注在嵌入式解決方案的經營；至於新興廠商雷凌，是否可能危及邁威爾原有的產業地位？Sirineni回應，目前雷凌僅止於單晶片發展，以嵌入式系統的出貨成長及獲利能力來看，與邁威爾相比仍有一段差距，且邁威爾11n晶片出貨已兩年，故短期內不致對邁威爾構成威脅。他並強調，邁威爾已是11n嵌入式解決方案的頭號供應商，產品遍布遊戲機、DVD播放器和手機等諸多行動裝置的應用。  

邁威爾亦肯定11n在數位家庭的關鍵地位，Sirineni認為基本上，11n在企業和家庭市場各有發展，但由於家庭網路可連結的裝置已不再限於電腦設備，連網產品數量增多的結果，似乎更勝一籌。值得一提的是，邁威爾亦留意到WiFi與個人短距傳輸及廣域無線網路連接的重要性，已有結合藍牙(Bluetooth)和WiFi的整合性產品，且規畫在CPU中備有兩個接頭，分別供連接WiFi和WiMAX之用；此外，該公司亦擁有電源部門，利用數位控制器達到節能目的。邁威爾早在今年年初即已率先推出具備三個空間資料串流的11n 3×3 WLAN的解決方案--TopDog 11n-450，它亦納入STBC架構，協助在較長距離時保持更高的處理量，資料傳輸率號稱可達450Mbit/s，比現有市面上的11n 300Mbit/s產品快上1.5倍。從覆蓋率來看，也比多數11n解決方案高出160%。如此，使用者同時在多處執行即時的視訊串流時，縱使離訊號源更遠，也不會減損訊號強度，致使畫面出現停格或面臨處理量延遲。  

不讓國外大廠專美於前，台灣網通晶片大廠雷凌，也運用自有MIMObility技術，於日前宣布推出首顆11n AP/Router單晶片，將CPU、基頻(Baseband)、射頻(RF)、10/100M乙太網路交換器及實體層整合在內，預計將於今年第三季量產，以0.13微米CMOS為製程。從應用架構區分為兩款，一是2×2的高效能RT3052單晶片，傳輸速率達300Mbit/s；一是1×1的RT3050單晶片，傳輸速率為150Mbit/s，主要用於取代現有11g AP/Router。雷凌主張，WLAN可提供最多方面適用的服務，而電腦網路、消費性電子和手持裝置將聯袂扮演要角。  

WiFi是不可或缺的中繼無線技術  

圖4　CSR台灣區總經理鄭元更表示，無論是家用或企業網路，WiFi皆是眾多無線技術的必要互補元素；而當多頻在同一裝置內運行時，互通性尤其至關重要。

劍橋無線半導體(CSR)亦同聲表示，相對於過去由電腦和基地台驅動WiFi市場，今年更對消費性電子青睞有加，預期今年WiFi產品的總體市場將達四億五千萬個。CSR台灣區總經理鄭元更(圖4)表示，IEEE 802.11標準是無線網路的基礎；家用印表機和立體聲影音設備的普及，使WiFi成為數位家庭中廣泛採用的連接技術。CSR的UniFi產品家族即是鎖定消費性電子而開發的多頻WiFi單晶片，採用晶片級封裝(Chip-scale Package, CSP)；它亦具備優異的射頻並存能力(Coexistence)，內建CSR專屬的Unity Bluetooth/WiFi碰撞決策邏輯(Collision Decision Logic)，讓廠商可將多重無線技術嵌入單一產品內，可與藍牙等互補型無線技術友好協同工作。  

CSR已於今年1月推出一款採用CSR UniFi單晶片WiFi技術的RadioPro WiFi網路收音機設計範例，讓使用者不需電腦就能透過WiFi無線網路連上一個專用的網路廣播入口網站；可支援RealNetworks RealAudio編/解碼器，將全球最完備的vTuner網路廣播入口網站整合到CSR的RadioPro參考設計，讓使用者透過網路收音機即可收聽世界各地一萬個以上的廣播電台。  

鄭元更表示，RadioPro物料清單成本不到15美元，並具備獨特的軟體升級能力，已獲Intempo Digital公司採用，以設計一款名為Daisy的網路收音機，讓一般民眾不須經過電腦即可直接以WiFi串流網路廣播收聽數千個網路和FM電台。期間，CSR亦與韓國Telechips半導體公司推出採用CSR UniFi單晶片無線連接技術的WiFi功能數位相框平台。  

鄭元更認為，手持裝置儲存空間的增加，意謂檔案傳輸速率亦須同步提升；而人們對於內容分享的渴望，也將促使各種通訊協定的誕生及互動更為蓬勃，超寬頻(UWB)與藍牙技術的結合即是一例；CSR亦擬在今年下半年推出超寬頻單晶片方案，並在2009年量產。  

WiFi只是數位家庭無線化的開始  

圖5　環隆電氣無線通訊產品規畫處處長武玉鼎表示，WiMAX乃奠基於一個開放通訊標準的IP化概念，可避免權利金的緊箍咒，有利以資訊科技見長的台灣廠商。

縱觀上述各領導廠商的動向，不難發現有下列共通點：首先是內建高效能CPU，以支援更多的終端應用需求，如：寬頻路由器、遊戲機、網路電話和家庭娛樂等；其次是極力雙向往廣域的外網及近距離傳輸尋求接軌；再來是就地取材公司資源優勢，加以串聯運用。推展至系統及設備商亦是如此。  

環隆電氣無線通訊產品規畫處處長武玉鼎(圖5)表示，11n主要是鎖定直線500公尺以內的小範圍區域傳輸，雖然最終標準未定，但自去年上半年開始，11n出貨已見明顯增溫；而近來火紅的WiMAX則是以半徑5公里為覆蓋區，兩者互為表裡，並不衝突。他並指出，對設備廠商來說，天線的「全向性」及對抗外在環境干擾的能力十分重要；特別是戶外產品，防塵、防水、防曬缺一不可。環電因在工業領域發展有成，所生產的用戶端設備(CPE)輸出靈敏度可達27dBm，且經得起-30～70℃嚴苛環境考驗。他也看好WiMAX擔任家用接取網路的未來成長性，特別是在尚未布建寬頻線路的新興區域；目前未見大量需求的原因在於Wave2標準尚未完全底定(最遲在今年年底應有解)。待拍板定案後，明年開始，802.16e將逐漸取代16d，讓固定及行動WiMAX萬流歸宗於同一標準。  

事實上，11n與WiMAX在技術上具有一定的共通點。武玉鼎說明，無論是11n或WiMAX，都具備適應天線波束賦形技術(Adaptive Beamforming, ABF)。它乃利用天線陣將訊號能量聚集成一個很窄的波束，以提高天線的傳播效率、無線鏈路的可靠性和頻率的重複使用率；只要得知基地台所處位置，便可集中火力向該方位發射訊號。這對於根基紮實的環電來說，多少可收資源最大化之效，目前環電已可將WiFi與WiMAX整合到同一個模組中。  

解決寬頻網路的接取問題後，又有人急著把無線化的念頭動到室內視訊源到顯示設備的短距傳輸上，無線高畫質多媒體介面(Wireless HDMI)、無線高畫質(WirelessHD, WiHD)和無線高畫質介面(WHDI)等新興技術便應運而生，亦有人將UWB著眼於此一用途；期能對壁掛式或懸空式等安裝美觀有明顯幫助，不再受制於眾多視聽纜線牽絆。其中，在英特爾、三星(Samsung)、樂金(LG)、松下(Panasonic)、恩益禧(NEC)、新力(Sony)、東芝(Toshiba)與新興公司SiBEAM的大力推動下，針對高解析視訊的基頻傳輸規格WirelessHD1.0版本已在今年一月初試啼聲，後勢值得注意。  

然而必須釐清的是，無壓縮的資料傳輸率在1,080p的全高畫質(Full HD)解析度時高達3Gbit/s，而720p和1,080i格式也有1.3G～1.5Gbit/s之譜，顯然802.11或UWB都無法達到如此高的要求。  

由於大部分的視訊源皆未經過壓縮，如何兼顧頻寬及畫質成了這些短距技術的最大考驗。這也是為何如博通和英飛凌(Infineon)等通訊大廠，極力倡導網路連接/路由及家庭閘道器應獨立成兩個機台的主要理由。近來推廣WHDI不遺餘力的Aminon公司，便是利用免授權的5GHz頻道，配合專為視訊量身打造的工作方式，以視訊調變技巧性地將資料損失控制在消費大眾不易察覺的範圍(即可視性原理)，藉以將資料傳輸率拉高到3Gbit/s以上。  

儘管在最後一段的數位內容分享末端，是否有必要無線化仍有待討論，家電廠商亦多觀望；就像無線鍵盤與滑鼠問世已久，卻未完全取代傳統有線裝置一樣。 或許大多數人們需要的，只是將線纜化繁為簡，如同HDMI最初的訴求即於願足矣，並不奢望過度先進的高科技。但毋庸置疑的是，在將寬頻接入家戶或辦公室等私領域後，對於WLAN的需求確實具有一定的支撐；而為了提高產品的附加價值，跳脫價格戰的輪迴，設備商亦紛紛竭力邁向應用端的整合。