802.16m規格制定快馬加鞭　新舊WIMAX相容仍棘手

由國際電信聯盟(ITU)轄下的無線電通訊部門所主導的國際行動通訊(International Mobile Telecom-munications, IMT)先進草案(Advenced Proposal)，由於被行動通訊業界公認為未來4G行動通訊標準的搖籃，因而成為全球微波存取互通介面(WiMAX)陣營必須亦步亦趨地參與提案討論的重點組織。為了趕在IMT先進草案最終提案截止期限之前提出草案，過去10個月來，電子電機工程師學會(IEEE)下的802.16m工作小組以驚人的效率完成了802.16m系統描述文件(System Description Document, SDD)的制定工作，次世代WiMAX的最終風貌亦隨著呼之欲出。  

強化小封包傳輸效率　VoWiMAX不是夢  

為了成為貨真價實的4G行動通訊技術，802.16m針對語音通訊做出了許多改進。工研院資訊與通訊研究所任芳慶指出，由於訊框(Frame)設計的關係，現有WiMAX用在語音通訊上其實存在著相當嚴重的效率問題。語音封包通常是以小封包的方式在網路中傳輸，不若資料封包通常會以大封包的方式傳輸，因此頻譜浪費的情況相當嚴重。802.16m在訊框設計部分做出了許多改進，如大訊框(Superframe)還可進一步切割成更小的訊框與次訊框(Subframe)，且不同次訊框所酬載(Payload)的資料方向可以5:3的排序方式上下行交錯(圖1)。

資料來源：工研院 圖1　802.16m訊框結構圖

由於採用新的訊框設計，802.16m系統在傳輸語音封包時的頻譜利用率可以更高。未來若採用802.16m做為網路語音通訊協定(VoIP)的承載網路，每個頻寬為5MHz的通道可支援一百五十個用戶使用，約比現有的WiMAX高出1.5倍。  

在媒體存取控制位址(MAC Address)方面，802.16m亦增加了更精簡的模式。每個802.16m裝置除了都具備一個獨一無二的48位元IEEE 802 MAC位址之外，在實際進行通訊時，基地台會在行動裝置進入網路時提供一組16位元的基地台辨識碼(Station ID)，而在進行資料傳輸時，用戶端的每個連結所被指派的流程辨識碼(Flow ID)更只有4位元長度，因此訊框的標頭(Header)長度得以大幅壓縮，所能酬載的資料量亦隨之提升。  

除了訊框重新設計之外，在混合式自動重送請求(HARQ)方面，802.16m將支援同步與非同步兩種不同模式。在傳送小封包(如VoIP)時，系統可採用同步式HARQ來減少重送傳輸時的經常成本，在傳送大筆資料時則改採非同步式HARQ，以方便系統視其傳輸通道的狀況來調整相關參數。  

新舊版WiMAX不能完全相容  

除了將訊框做更細密的切割以提升小封包傳輸的頻譜效率之外，為了支援現有WiMAX系統，802.16m的訊框也做了一些新的設計。與舊版WiMAX訊框上下行配置比例為固定的3:5相比，新版WiMAX的上下行訊框雖然仍維持此依比例，但由於新版WiMAX的次訊框排序較為彈性，為了使新舊WiMAX系統能夠在上下行傳輸的時序得以同步，新版WiMAX規定在進入回溯支援(Legacy Support)模式時，新系統的上行訊框一律與舊系統對齊，因而出現像是4:3:1這種以往不存在的新型訊框結構(圖2)。

資料來源：工研院 圖2　802.16m在共存模式下所採行的訊框結構

此外，值得注意的是，當802.16m與802.16e處於相鄰通道時，為了確保訊號不致相互干擾，802.16m與802.16e兩條通道之間會刻意留下一條空白頻段作為保護頻寬之用，但若兩個相鄰通道上所傳輸的訊框均為802.16m訊框，這段被保留的保護頻寬即可用來傳輸訊息，從而達到比較高的頻譜使用效率(圖3)。

資料來源：工研院 圖3　相鄰通道傳輸新舊版WiMAX訊框時的頻譜使用規劃

然而，WiMAX 802.16m規格制定快馬加鞭之下，雖然使得802.16m得以趕上ITU的開會時程，卻也造成許多配套規格銜接不上，最後只能忍痛放棄支援的情況。例如802.16j所提出的中繼設備概念，在802.16m雖然仍會繼續沿用，但新的中繼設備與現有的基地台或中繼站設備之間就無法完全相容。任芳慶表示，為了協助營運商降低802.16m網路的布建成本，中繼站仍有存在的必要。但根據目前的規畫，802.16m中繼站將只能中繼802.16m基地台的訊號，無法與現存的基地台互通；而在多重跳躍(Multi-hop)式中繼，亦即基地台訊號通過兩次中繼以上才與用戶端設備建立聯結的情況下，802.16m的中繼站與現有的802.16j中繼站也不能互通。若網路營運商要以多重跳躍的方式布建802.16m網路，則全套設備都必須改採支援802.16m的新設備(圖4)。

資料來源：工研院 圖4　802.16m雖然仍支援中繼架構，但新一代的中繼站與現有基礎設施完全不互通

除了中繼設備無法完全沿用之外，802.16m也不會完全支援所有的現存802.16e系統，例如802.16m雖然將支援符合WiMAX論壇行動系統1.4版所定義的802.16e系統設備，但若該設備運行在4.1.1.2條款所規定的頻段中，就無法與新一代的802.16m系統相容。  

更重要的是，在即將定案的系統描述文件中將強制規定所有的新一代802.16m系統必須將回溯支援這項功能視為必須實作，但在實際部署時可以關閉的功能。根據工作小組的說法，這是因為要支援現存的802.16e，系統設備必須背負許多沉重的包袱，如降低頻譜使用效率等。因此，設備供應商必須提供網路營運商一條可以拋棄既有包袱的途徑，而不是逼著網路業者只能繼續背負千斤重擔往前走。  

撼動電信傳統思維　WiMAX準備好了？  

來自不同背景的廠商，在思考相容性問題的時候，往往會得出不同的答案。以資通訊廠商為主要支持者的WiMAX技術，在朝向次世代發展的過程中，將傳統視為包袱的心態表露無疑。新版WiMAX除了有限度地支援既存設備之外，還保留了向純粹802.16m網路邁進，徹底與過去一刀切斷的升級路徑。這種作法與英特爾(Intel)在銷售其新世代運算平台的時候幾乎如出一轍，也每每在許多特殊的垂直應用市場，如工業電腦等領域引發客戶反彈。  

許多國外分析機構都指出，自詡為電信級技術的WiMAX，雖然在訊號涵蓋範圍方面確實可以稱得上是電信級技術，但其技術發展路徑走的仍是資通訊的老路。從WiMAX 802.16d_2004、WiMAX 802.16e到即將規格底定的802.16m，WiMAX陣營幾乎每年都有新技術浮上檯面，就跟桌上型電腦每年都有新平台上市一樣。  

相較之下，過去20年來，電信業界的技術更新週期平均為2～3年，且多為小幅更動。已經習慣逐步演化，代代相傳地向前邁進的電信業界，究竟能不能接受WiMAX這種革命性的演進方式，在即將到來的IMT先進草案大會上，WiMAX陣營又將如何與3GPP陣營所提出的長期演進計畫(Long Term Evolution, LTE)過招，值得後續觀察。