因应移动上网效能需求 移动运算装置整合WiMAX的开发趋势

Nokia开发的WiMAX终端产品

前言：
随着使用者对于上网浏览的需求大幅提升，所需要传输的数据量不断加大，即便目前采3G移动上网技术可以轻松达到384KB/s的传输效能，但实际上在应用YouTube或是传输大量在线数据时，3G则显得有点力有未逮，而随后而起的WiMAX或是4G移动通讯，则将成为另一波无在线网的新趋势...

本文：
WiMAX之所以受到众多硬件业者青睐，也不光只是其无线传输规格的提升这麽简单，因为除了基本的数据连线效能大幅提升外，WiMAX还提供丰富多样的技术奥援，包括数据、IP语音(VoIP)、及视讯串流，与能确保VoIP能顺畅运行的电信级的服务品质(QoS)技术，让移动WiMAX成为第四代(4G)手机技术的热门技术选项之一。

为让WiMAX具备更丰富的运行经验与部署工作，美国的Clearwire与韩国的Korean Telecom (KT)...等运营商已开始提供WiMAX无线网络接取服务，另日本UQ电信亦于日本进行系统部署。包含高度开发的市场、与新兴国家市场，都相继有大型建置案进行。

由于使用者期待移动运算装置可以同时具备多样功能，而移动电话也要求能做到如同电脑的繁复操作与娱乐应用，让手机的设计变得越来越复杂，这些移动设备必须同时支持多种无线通讯选项，例如，蓝牙、Wi-Fi、3G通讯技术连上移动网络。

同时，使用者也要求需要更耐久的电池续航能力，甚至还不能增加产品的重量与体积。由于WiMAX是市场上第一个可上路的4G移动上网技术，多数手机制造商均争相在产品中加入这项新的上网选择，而产品设计人员整合WiMAX移动上网的建置方式，是否为正确组合就相当重要。

WiMAX 模块设计与应用

一般移动设备，在因应各种不同无线技术的设计方式，就是采取预留空间与插槽，供日后选用的移动通讯模块随时替换使用，此也是确保移动运算装置可达到最多元化的常用方法，直接预留无线模块设置空间，而这类无线通讯模块的规格特性，另可依市场需求而调整，当市场有新的技术更新，也可透过更换模块的方式改善装置的无线接取能力，而不用修改整部产品的电子电路，以这种方法来设计服务，移动设备厂商就能支持各式各样的无线技术。

要将WiMAX顺利导入终端产品，也有另一种推广方式，即将功能模块采取最小化的产品设计，搭配开发可具备完整功能的应用模块，即可支持移动WiMAX认证的相关要求，并能轻易加入至新产品。但这类功能模块需符合大量技术规范，包括合适的构型、尺寸、规范内的功耗水准、支持多种频带、以及高传输量等，模块运行时还必须不能干扰其他无线元件正常运作。

至于移动WiMAX模块，与3G移动模块差不多，大多必须包含WiMAX基带实体层元件(PHY)实体层、媒体存取控制(MAC)芯片与射频(RF)元件/功率放大器(PA)元件。至于移动设备产品的处理器，在设计应用中多数是透过标准界面进行连结，例如USB、SDIO或SPI进行装置连结。

WiMAX功能设计的低功耗要求

而为了达到最佳应用效益，理想的无线技术必须支持更高的数据传输效能，而且运行中的耗电量也必须更低，使用者固然喜爱高效能、高传输率的传输体验，但却完全不愿意牺牲电池的续航力或为了提升电力奥援而追加额外电池。

移动WiMAX终端装置可透过睡眠与待机来达到省电效果，省电的设计方式，是将移动设备的部分没有进行传送或接收数据的时候，关闭这些未用功能的装置电源，但这必须搭配区域型的电源控制IC来达成设计目标。

至于睡眠模式下的省电功能能设计，设计时可将此模式的移动运算装置电源关闭，并维持一小段基站所缺省控制的时间差，在此模式搭配交递机制支持，而当处于交递状态时，移动运算装置可同时扫瞄其它基站装置。而当装置处于闲置时，会比装置进入睡眠模式节省更多的电力耗用，因为此时移动运算装置可完全将供应电源的来源全数关闭，装置本身也不用登入注册基站，自然装置本身也不需处理其它交递作业，当然所耗用的电源会是最低。

在不同模式下的设计方式，对整体运行的功耗也会产生极大影响。例如，当模式交换的速度与时机，若交换过程出现时间误差，不只会让系统传输产生对应的影响，对于功耗的影响幅度也会增大。

当然，对于移动上网模块的节能设计技巧，绝大多数都与时序与数据流量的传输量需求产生密不可分的关系，在进行功耗验证的过程，必须直接实际于特定状况进行负载实测，或执行特定应用，才能测得实际的效能与功耗现况。

另现有3G智能手机，通话时间平均是4~6小时，上网时间必须维持达到6小时表现，为了能让所整合的终端产品能被市场接受，WiMAX模块必须也能让移动设备具备近似的电池续航力与应用效能，否则若因整合WiMAX而损失电池性能，也无法确实达到移动应用的目的。

因应跨国漫游的多频带设计

在WiMAX设计规范中，不同的国家有其可用的频谱范围，若想达到跨国漫游目的，没有针对此缺省最佳化设计，也会影响使用者的导入意愿，而例如GPRS、GSM系统目前已能达到全球多数国家直接漫游，若WiMAX无法提供接近此表现的设计，也会造成产品推广的限制。

各国与国际的无线电频谱规范，让像WiMAX这类无须授权的技术，由于WiMAX为较近期推出的通讯技术，可用的频谱自然限制较多，而能使用的频率变得较为片段、不连续。目前关于移动WiMAX的最新发展，有三种最受欢迎的频带，为能在全球无缝地漫游，移动WiMAX装置就必须支持这些频段。

●3.4至3.6 GHz

●2.5至2.7 GHz

●2.3至2.4 GHz

移动WiMAX 用户端装置

移动WiMAX可提升多种移动设备的网络连结能力，包括移动上网装置(MID)、超可携移动电脑(UMPC)与Netbook，内建WiMAX无在线网模块，或在设计之初即缺省可扩充之模块插槽，即能大幅简化升级或内建WiMAX无线通讯技术的整合难度。

在相关业者推出整合型的产品前，移动WiMAX用户的另一项选择就是透过USB无线通讯模块或是PC界面卡进行功能扩充或升级，这些应用方式主要是针对移动上网需求较大的笔记本电脑用户，而采USB界面设计的弹性，除可轻松搭配不同笔记本电脑或移动设备，在许多大城市与大都会地区的WiMAX基站顺利运作，移动上网用户会期待得到相较Wi-Fi有限的Spot点状存取服务范围更大的存取接收能力，甚至至少要超越Wi-Fi移动上网据点的涵盖范围。

WiMAX 与其他无线技术并存

至于在终端多移动设备，不管是透过内建或是模块升级方式 得到WiMAX接取服务，设计人员必须确保WiMAX的无线电信号不会与现有的装置无线功能产生相互干扰，而电讯的强度也不可干扰到设备稳定的运行条件。

一般移动设备多会内建的蓝牙无线通讯技术，是一种专为手机设计的短距离无线通讯功能，主要是用以接续低速装置或是耳机应用，但WiMAX若是使用时干扰这个频段，就很容易透过耳机噪讯让使用者察觉设备的设计问题。至于Wi-Fi是多数移动设备会在家中或办公据点运行的网络连接方式，而蓝牙与Wi-Fi都是同时处于2.4 GHz频带进行连接与运作，虽然设备业者大多以针对相互干扰进行各种手段改善，但新兴的WiMAX使用者采行的产品设计略有干扰，就会变成众矢之的，影响甚钜。

WiMAX装置虽然避开了2.4至2.5GHz频带，可能重叠频率运作的问题，这此频带本来就是蓝牙与Wi-Fi装置应用的公开频带，当这三种无线技术同时使用时，由于WiMAX采行的传输频带也相当接近2.4~2.5GHz，但三种无线技术中WiMAX无线通讯技术的输出功率却高出数倍，难保不会对Wi-Fi与蓝牙装置产生恼人的干扰，开发者必须透过更多手段尝试改善这部分的问题。