新通訊元件雜誌日前舉辦的行動WiMAX研討會已圓滿落幕，本次研討會中邀請WiMAX產業界重量級晶片及模組供應商，剖析全球行動WiMAX市場現況與未來趨勢，並闡述行動WiMAX晶片與系統設計挑戰與解決方案，做為業界全球市場運籌帷幄之參考。
行動全球微波存取互通介面(WiMAX)市場正急速升溫，尤其是具備多重輸入多重輸出(MIMO)技術的Wave2規格，更是眾家廠商鎖定的重點，同時，廠商也積極研發整合WiFi和WiMAX的雙模解決方案。雖然目前行動WiMAX的發展遭逢互通性(ITO)測試不足、基地台布建效率不彰、營運模式尚未建立、殺手級應用未明等問題，但看好WiMAX可滿足行動聯網裝置的寬頻上網需求，並具有實現Web2.0行動化夢想的潛力，晶片、系統供應商仍持續挹注龐大的研發能量，期提升產品效能，確保市場競爭力。
晶片業者以三大技術搶攻行動WiMAX商機
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| 圖1 安華高科技資深應用工程師張朝貴指出，行動WiMAX所採用的PA方案勢必將朝向整合成為射頻前端的方向發展。 |
在絕大多數的無線通訊系統中，射頻功率放大器(Power Amplifier, PA)與低噪訊放大器(Low Noise Amplifier, LNA)都是射頻子系統中不可或缺的重要元件。前者對於訊號發射強度以及系統功耗影響深遠，後者則與系統的訊號接收效能密切相關。WiMAX終端裝置也不例外，特別是在固定式WiMAX慢慢進化到行動WiMAX的趨勢發展下，未來WiMAX終端裝置勢必採用電池供電，因此PA的整合度、功耗以及封裝尺寸，將成為系統產品設計團隊在評估元件時的指標性規格。
安華高科技資深應用工程師張朝貴(圖1)指出，由於無線寬頻通訊技術普遍採用高階正交振幅調變(QAM)，如64QAM等複雜的調變技術，以達成提升頻譜效率的目標，因此這類系統所採用的射頻功率放大器輸出必須具備極高的峰值對平均值比(Peak to Average Ratio, PAR)才能確保訊號的線性度。WiMAX正是這類無線寬頻通訊技術中的典型案例，根據WiMAX標準對PA的要求，在5M、10M及20MHz等不同頻寬條件下，PA的PAR值都必須大於11.48dB。對PA設計而言，PAR值越高，意味著PA元件在低負載狀態下工作的機率越高，因此元件的效率往往非常低落。以一個比較容易理解的比喻，就跟汽車在怠速狀態下的能源效益最差是一樣的道理(引擎持續發動，但車子卻保持靜止狀態)。
為了滿足WiMAX等行動寬頻技術對PA的線性度、封裝尺寸與功耗所帶來的嚴苛挑戰，特殊製程與封裝是元件供應商必須大力投資的重點項目。以安華高所提供的解決方案為例，安華高除了採用特殊的pHEMT製程技術(鎵化砷製程中的一種)來實作放大器電路之外，在元件中還整合了溫度感應補償、單刀多擲開關(為MIMO架構設計)、解碼器等電路在同一片封裝基板上，並以晶圓級封裝取代傳統打線封裝來降低元件厚度與封裝成本，因此安華高所提供的解決方案不僅只是單純的PA元件，而是一個完整的WiMAX射頻前端模組。且由於封裝厚度極低，未來甚至具備與其他晶片進行客製化的多晶片系統封裝(SiP)的可能性。
張朝貴進一步透露，在安華高的WiMAX前端模組發展藍圖上，低溫陶瓷共燒(LTCC)將是除了製程外的另一個重要競爭利器。透過LTCC所帶來的被動元件整合能力，未來安華高的解決方案除了整合電阻等基本被動元件之外，還可望整合表面聲波濾波器(SAW Filter)、匹配電路等離散元件，進一步協助客戶降低系統尺寸與元件成本。
WiMAX「動起來」，必然將對元件供應商帶來眾多技術挑戰，但在市場需求逐漸往行動應用靠攏的趨勢下，元件供應商必然要在技術投資上及早因應。安華高端出鎵化砷製程、晶圓級封裝以及LTCC技術三道技術大菜，正是為搶攻行動WiMAX商機所做的布局。
至於另一家WiMAX晶片商GCT，針對行動WiMAX市場也展開高整合化的產品布局。
行動WiMAX整合方案大行其道
In-Stat指出，2008年全球行動WiMAX嵌入式模組數量達八十萬件，人口涵蓋數達一億五千萬人，預估2012年全球行動WiMAX嵌入式模組數量可達五千二百七十萬件，人口涵蓋數將高達十億三千萬人(圖2)。GCT台灣區總經理洪僑亨(圖3)剖析，從全球區域市場觀之，開發中和新興國家土地幅員遼闊，加上網路基礎建設貧乏，現階段無線式數位用戶迴路線(DSL)轉變成行動方案態勢正在逐步成形，由此可見行動WiMAX在新興市場後勢潛力可期，尤其在相對穩定、富有的新興市場，初期會先發展固定式用戶端設備(CPE)。
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| 圖2 全球WiMAX發展現況 |
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| 圖3 GCT台灣區總經理洪僑亨談到，WiMAX市場的熱度持續，甚至過去為LTE發源地的歐洲也成立WiMAX聯盟，會員數已達到二十家。 |
有鑑於行動WiMAX市場正在崛起，新興國家亦加速無線電頻譜持有者相關權利與義務規範的制定，且透過消費性電子終端製造商的進駐，將有助於調降CPE價格，進而擴大普及率。
相較於印度、馬來西亞、印尼、俄羅斯、越南、寮國、孟加拉共和國、中國大陸等新興市場，行動WiMAX於已開發國家與成熟市場的發展截然不同。由於WiMAX能夠藉由較寬的頻帶和較遠的傳輸距離，協助電信業者與網際網路服務供應商(ISP)建置無線網路的最後一哩服務，因此北美、日本、韓國、新加坡、台灣、澳洲等已開發國家傾向於促進國內行動WiMAX網路發展，未來藉此提供終端用戶更多元化的個人多媒體行動寬頻服務。
然而，在今年WiMAX論壇於行動WiMAX產品互通性出現重大進展，加上Clearwire、Sprint Nextel、KT、SKT、UQ Communication等各國電信業者紛紛大舉進駐WiMAX市場後，如何降低終端設備的單價成為產業界關注的焦點。初期WiMAX終端產品價格將會由電信業者所主導，不過待市場具備經濟規模後，價格也將會調降，而當中晶片將會成為決定價格不可或缺的一環。洪僑亨指出，WiMAX晶片、放大器、天線，以及原始設計製造商(ODM)的製造成本將成為影響行動WiMAX終端產品價格的四大關鍵，而GCT藉由單一晶片(Single Chip)的產品策略，達成降低成本的目標。
目前GCT鎖定2.3G、2.5G和3.5GHz頻段的行動WiMAX應用市場，包括固定式CPE、PC Card、USB隨身碟(Dongle)、迷你卡(Mini Card)、WiMAX智慧型/網路語音通訊協定(VoIP)手機、行動聯網裝置(MID)、可攜式多媒體播放器(PMP)及遊戲機等。
洪僑亨談到，行動WiMAX終端應用對於體積、功耗與價格特別注重，因此高整合度的系統單晶片(SoC)方案將成為行動WiMAX晶片的大勢所趨，除了射頻加基頻的整合方案之外，為達成無縫連接，無線區域網路(WiFi)、藍牙、3G等無線通訊技術如也將進行整併，且須符合傳輸效能的要求，對晶片業者而言將會是產品開發的一大挑戰。
不過隨著市場普及率提高，以及整合方案相繼出爐，洪僑亨認為，2007年固定式CPE單價約250美元以下，PC Card、USB隨身碟約150美元；至2008年固定式CPE、PC Card及USB隨身碟單價已低於150美元，至於嵌入式系統需求量較大的迷你卡則下探至約75美元；預估2009年固定式CPE價格約100美元左右，PC Card、USB隨身碟則接近50美元，至於迷你卡則下降達約50美元。
而除了晶片方案之外，行動WiMAX系統端設計的未來動向也引發各界關注。
行動式WiMAX持續演進 全球發展露曙光
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| 圖4 環隆電氣無線產品事業處協理劉尚淳認為，行動式WiMAX在全球業者熱烈抬轎下，發展態勢愈趨火熱，未來商機頗為看好。 |
近期行動式WiMAX發展頗受重視，而隨著基地台(BS)、終端裝置的演進，IEEE 802.16e的發展也逐漸步入現實。環隆電氣無線產品事業處協理劉尚淳(圖4)表示，WiMAX從固定式、遊牧式一路演進至行動式，除可看出業界對WiMAX的支持未曾稍減外，上下游生態系統的成熟，也都是帶動WiMAX持續進化的最大主因。
然而，劉尚淳也不諱言，目前行動式WiMAX仍有多項挑戰須要突破，他舉國內行動台灣(M-Taiwan)計畫與北美Sprint Nextel為例，今日的WiMAX骨幹網路布建並未臻成熟，衍生的問題包括網路涵蓋範圍不夠廣、基地台安裝密度不足等；而用戶端的發射功率不足，也讓上傳速率受到限制；另外，雖然基地台與用戶端的互通性議題已陸續獲得解決，但行動式WiMAX在都會區的換手(Handover)、服務品質(QoS)與網路管理也都還有改善空間，也都是短期內WiMAX須要努力的方向。
另外，劉尚淳也透露，目前行動式WiMAX在應用環境上仍有不少問題，例如WiMAX適合都會區應用，但多數都會區已有寬頻有線網路如非對稱數位用戶迴路(ADSL)、光纖到府(FTTH)與纜線數據機等競爭，現有3.5G網路也同樣積極增強用戶傳輸流量，再加上蓄勢待發的長程演進計畫(LTE)，WiMAX的競爭對手並不少。而近年席捲全球的金融風暴，同樣可能減緩電信業者大舉投資的腳步，消費者對新產品的接受度也可能較為保守，這些都是WiMAX潛在的困難。
不過，為了因應前述挑戰，WiMAX論壇與其支持者自然不會束手無策、坐以待斃。事實上，WiMAX論壇已經陸續開發多項新技術(表1)，做為未來搶先進入4G的敲門磚。劉尚淳指出，IEEE 802.16m由於可同時支持分時多工(TDD)、分頻多工(FDD)格式，因而大幅提升運作效能。而IEEE 802.16m高達20Hz的頻寬，也允許更多用戶、更高傳輸速率的發生。
表1 新興IEEE 802.16標準
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| 資料來源：環隆電氣 |
而以多重跳躍中繼站(MR)技術聞名的IEEE 802.16j，由於可避免大型基地台鋪設與營運成本的負擔，再加上得以提升WiMAX網路密度，也可強化服務品質，提供較佳的使用經驗，因此同樣被環隆電氣視為未來WiMAX扭轉行動寬頻技術定義的一大秘密武器。再看應用服務領域，Sprint Nextel於今年9月30日於美國巴爾的摩推出全球首宗WiMAX商用寬頻聯網服務，下行平均速度為2M～4Mbit/s，並可提供如行動電視、VoIP等進階應用。
至於未來的發展方向，劉尚淳認為，第三世界等新興國家由於欠缺寬頻基礎建設，若能成功布建WiMAX，做為網際網路基礎，又兼具VoIP與一定的QoS，將是一大發展契機。在發展中國家，若部分地區的有線寬頻建設不易普及，也可將WiMAX視為有效建置方向。而對已發展國家而言，WiMAX可望成為第二類電信業者與既存3G業者一爭高下之全新戰場，因此仍大有可為。