第 11 章 無線網路

學習目標 無線網路的類型 802.11 的相關技術 802.11 b、a、g、n 三種產品的差異 GSM、WAP、GPRS 和 3G 的特性

前言 21 世紀的網路, 除了在傳輸速率方面持續提升之外, 另一個最為人稱道的改進就是『無線化』。 『無線化』意味著上網時再也不受網路線的牽絆, 或躺、或臥、或坐, 在床上、在餐廳、在公園, 我們隨時都可以自由自在地上網。 不過想要無線上網走透透, 得先符合一個前提－擁有能無線上網的設備, 以目前來說, 最常用來無線上網的設備非『筆記型電腦』和『手機』莫屬。

前言 筆記型電腦 (NB, Notebook) 主要是利用無線區域網路的技術來上網；而手機 (Cellular Phone) 則是以 GPRS 或 3G 技術來連接網路。 兩種技術雖有不同的特性, 卻不約而同地帶領人們進入一個更生活化、便利化的網路世界, 揚棄了以前認為『坐在電腦前才能上網』的舊觀念。 現在, 讓我們先來認識無線區域網路, 再瞭解 GPRS 與 3G 的奧秘。

11-1 無線網路的類型 一般而言, 我們會依據無線網路的通訊範圍, 將其區分為以下 4 類: 無線廣域網路 (WWAN) 無線都會網路 (WMAN) 無線區域網路 (WLAN) 無線個人網路 (WPAN)

11-1-1 無線廣域網路 無線廣域網路 (WWAN, Wireless Wide Area Network) 是指傳輸範圍可跨越城市或國家的無線網路。 由於範圍廣大, 通常是由電信 業者或專業的施工單位所架設 與維護, 一般人只是單純地 透過個人裝置來使用無線 廣域網路, 例如：台灣地區 行動電話所使用的 GSM (Global System for Mobile Communication) 通訊系統 就是典型的 WWAN 。

11-1-2 無線都會網路 無線都會網路 (WMAN, Wireless Metropolitan Area Network) 是指傳輸範圍可涵蓋整個城市 (鄉、鎮或市) 的網路, 例如：聯繫座落在台北市不同行政區的兩棟辦公大樓或兩個校區。 通常需要用到無線都會網路的時機, 多半是不想花大錢鋪設有線網路；或者是以無線都會網路作為有線網路的備援, 在有線網路故障時, 能迅速提供傳輸服務。

無線都會網路 對於一般人而言, 比較不熟悉無線都會網路的產品, 但是最近出現一位明日之星 － WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) 。 在世界各國廠商的積極推動下 , WiMAX 可望在未來綻放耀眼的光芒, 詳情請見本章末的特別企劃。

無線都會網路

11-1-3 無線區域網路 無線區域網路 (WLAN, Wireless Local Area Network) 是指傳輸範圍在100 公尺左右的無線網路, 例如：住家中各個房間之間, 或同一棟大樓的不同辦公室之間。 此外, 還包括以下的使用時機： 不方便鋪設線路的地點, 例如：校園的草地上或涼亭內。 使用者沒有固定位置的環境, 例如：專供出租的禮堂或會議室, 其隔間和家具可能經常變動。 臨時找不到有線網路的場合, 例如：馬路邊或小吃店, 附近沒有可用的網路線和網路插孔。

無線區域網路

11-1-4 無線個人網路 顧名思義, 無線個人網路 (WPAN, Wireless Personal Area Network) 是指在個人活動範圍內的無線網路。 其主要目的是讓個人使用的電子裝置, 可以互相傳輸或通訊, 例如：藍牙 (Bluetooth) 網路就是 WPAN 的代表。

隨堂練習 請根據每個人的使用經驗, 比較有線網路與無線網路的優缺點。

11-2 IEEE 802.11 的展頻傳輸技術 IEEE 802.11 為 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, 電子電機工程協會) 在 1997 年 6 月所發表的無線區域網路標準, 其中規範了以下 3 種傳輸技術： 直接序列展頻 (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) 跳頻式展頻 (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) 紅外線 (IR, Infrared)

IEEE 802.11 的展頻傳輸技術 雖然在 802.11 規格明白地指出可以使用紅外線為傳輸介質, 不過目前絕大部分的無線區域網路產品, 都是以無線電波為傳輸介質。 主要是因為無線電波的穿透力強, 而且是全方位傳輸, 不侷限於特定方向。 若和使用紅外線的無線區域網路相比較, 紅外線的傳輸距離短、傳輸速率慢, 而且容易受阻隔。 綜合這些方面的考量, 採用無線電波的產品還是廠商們的最愛, 因此後文將僅介紹『直接序列展頻』和『跳頻式展頻』這兩種傳輸技術, 不過在此之前, 我們先來瞭解何謂展頻。 無線電波的英文為 Radio Frequency (RF) , 又譯為『射頻』, 是屬於頻率較低的電磁波。

11-2-1 何謂展頻 一般無線電通訊的訊號, 都是使用『頻率範圍較窄、功率較高』的電波, 這種電波有以下先天的缺點： 容易洩密 容易受干擾 因為頻率範圍窄, 所以第三者只要用特殊儀器接收特定頻率範圍內的訊號, 就能竊取到傳輸的內容。 容易受干擾 即使通訊的雙方針對傳輸內容加密, 以避免洩漏機密, 但是第三者仍可發送頻率相同、但功率更高的干擾訊號, 以阻撓接收端收取內容。

何謂展頻 為了改進以上的缺點, 軍方在 1950 〜1960 年代運用展頻 (SS, Spread Spectrum) 技術, 將原本『頻率範圍較窄、功率較高』的電波, 轉變為『頻率範圍較寬、功率較小』的電波, 如下圖：

何謂展頻 經過展頻處理後的訊號, 因為功率比雜訊還低, 會被一般的接收器視為雜訊。 即使被偵測到, 因為其頻率涵蓋範圍很廣, 敵方很難發送這麼大範圍的干擾訊號, 因此能達到保密和抗干擾的目的。 所以簡單地說, 展頻就是將電波涵蓋的頻率範圍擴展開來, 把功率降低, 使波形由『尖高形』變成『寬扁形』, 以增強抗干擾能力和隱密性。

何謂展頻 當然啦, 以上的說法係假設敵方不懂展頻技術, 才能達到保密效果。 事實上, 各國研究展頻技術已經數十年, 累積了許多破解之道, 目前軍方即便使用展頻技術仍未必能保證安全傳輸, 也因此一些展頻技術逐漸開放給民間使用。

11-2-2 直接序列展頻技術 直接序列展頻 (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) 的發送方式, 是將處理過的訊號透過多個頻道同時送出, 如下圖： 至於實際上用到哪些頻道, 會因國別而異, 以 802.11 DSSS 為例, 頻道編號與各國允許使用的頻道如下表。

直接序列展頻技術

直接序列展頻技術 雖然在上表列出了 14 個頻道, 但是因為每個頻道的頻率範圍有部分重疊,為了避免相互干擾, 實務上只使用不互相干擾的頻道。 以台灣市場的 802.11b/g 產品為例, 通常只有第 1〜11 頻道可用。 若要在相近的地點放置多部基地台 (AP, Acess point) , 最多僅能 3 部, 而且必須分別使用第 1、6、11 頻道, 才能有最佳品質的訊號。

直接序列展頻技術

11-2-3 跳頻式展頻技術 跳頻式展頻 (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) 是將一個頻道切割成數十個子頻道, 然後每次使用不同的子頻道傳送資料。 當然在連線的兩端會先協議好要使用那些子頻道, 然後按照一定的規則, 輪流使用這些子頻道傳送資料, 因為它所使用的頻道變來變去, 所以稱為『跳頻』。

跳頻式展頻技術 這種跳頻式的傳輸方式, 因為每傳送一段資料後, 下一次要用那一個頻道傳送, 只有接收端才會知道, 外界難以得知, 所以能減低被竊聽或干擾的風險。 以 802.11 FHSS 為例, 將 2.4000 GHz〜2.4835 GHz 劃分成 79 個頻道, 每個頻道的頻寬為 1 MHz 。 但是受限於各國的法令, 實際能用哪些頻道會依國別而有差異, 以下列出部分國家 (或區域) 開放使用的 FHSS 頻道。

跳頻式展頻技術

跳頻式展頻技術 在跳頻式展頻的傳輸過程中若遭遇干擾, 通常只是某個子頻道受到干擾, 其餘子頻道仍可正常傳輸, 因此只需再重傳一次被干擾子頻道的資料即可, 毋須重傳所有的資料。 換言之, 跳頻式展頻擁有相當好的抗干擾能力。

11-2-4 OFDM 展頻技術 除了跳頻式展頻技術之外, 稍後發展出的 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交分頻多工) 展頻, 其工作原理, 也是將一個頻道切割成多個子頻道 (Subchannel, 又稱 Subcarrier) , 然後在這些子頻道同時傳送訊號, 使訊號一整排地並列送出。

OFDM 展頻技術 與其它展頻技術的差異在於, 這些訊號彼此互為正交 (Orthogonal) , 不會互相干擾, 因此能提升傳輸速率。 在實作方面, 各家廠商切割頻道的方式未必相同, 以 802.11a 為例, 是將 20 MHz 寬的頻道切割成 52 個 300KHz 寬的子頻道, 其中 48 個用在傳輸資料訊號, 4 個用來傳輸同步訊號。 訊號部分重疊而且不會互相干擾的特性稱為『正交性 (Orthogolity)』 , 換言之, 互為正交的訊號不會互相干擾。

11-3 IEEE 802.11b 由於 802.11 規格所支援的最高傳輸速率僅有 2 Mbps, 因此市場接受度很低。 802.11 工作小組隨後在 1999 年推出改良版的『802.11b』規格, 終於獲得各廠商的青睞, 也帶動了 WLAN 的蓬勃發展。

IEEE 802.11b 802.11b 的正式名稱為『Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band』, 隱含著『802.11b 只是擴充 802.11 實體層功能』的意義, 至於其它部分仍然沿用 802.11 的規格。 大體而言, 802.11b 做了以下較重要的修改： 引進 CCK 調變技術 802.11b 實體層使用 DSSS 展頻, 而且採用 CCK(Complementary Code Keying) 調變技術。 CCK 在調變時並非使用固定的展頻碼, 而是根據所要傳送的訊號, 使用不同的展頻碼, 以表現出較多種的資料組合, 因此能提升資料傳輸速率。

IEEE 802.11b 使用『短前置訊號和表頭』模式 802.11 實體層在傳送資料時, 會加上前置訊號 (Preamble) 與表頭 (Header) 。 前者主要用來使接收端和發送端能同步；後者則記錄了封包長度、協調速率、偵錯碼等等。但是, 前置訊號與表頭都只能以 1 Mbps 的速率傳送, 成為拖垮效率的瓶頸。 因此 802.11b 改用『短前置訊號與表頭』模式(Short Preamble And Header Mode), 將前置訊號的長度從 144 Bits 縮短為 72 Bits, 並將表頭的傳輸速率由 1 Mbps 提升為 2 Mbps 。 如此一來使得傳送前置訊號和表頭的時間縮減為原本的一半, 相對地提高資料的傳送效率。

IEEE 802.11b

IEEE 802.11b 對使用者而言, 上述措施所導致最明顯的進步, 便是傳輸速率涵蓋 1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps 和 11 Mbps 等 4 種。 最高傳輸速率已經接近了 10 BaseT 乙太網路的水準, 因此逐漸被大眾所接受。 802.11b 會配合不同的傳輸速率而採用不同的調變方式：在 1 Mbps 時採用 DBPSK 調變；在 2 Mbps 時採用 DQPSK 調變；在 5.5 Mbps 和 11 Mbps 時則採用 CCK 調變。

IEEE 802.11b 另一方面, 由電腦軟硬體製造廠商、網路設備製造商、消費性電子產品製造商共同組成 WECA (Wireless Ethernet Compatability Alliance) 聯盟, 執行各家產品的相容性認證, 該認證標準稱為 Wi-Fi(Wireless Fidelity)。 凡是通過 Wi-Fi 認證的產品, 表示完全遵循 802.11 組織制定的規格, 所以彼此之間一定可以互通, 不會有不相容的問題。 此舉不但掃除了消費者在選購產品時的疑慮, 也提升了產品的穩定度。

IEEE 802.11b

IEEE 802.11b 自從英特爾 (Intel) 推出 Centrino 晶片組, 將 802.11b 整合在其中後, 掀起了一股寬頻上網革命, 幾乎所有的筆記型電腦都將無線上網列為標準功能。 再加上各地方政府對於公共場所的無線上網建置工作, 亦如火如荼地展開。 在機場、捷運站、連鎖咖啡店、世貿展覽場等等地點, 都已經提供無線上網服務。 至於確切的上網據點, 請查詢下列廠商的網站。

IEEE 802.11b

IEEE 802.11b 根據業者估計, 全球使用 802.11b 網路設備的用戶數量約在 1500~3000 萬戶。 毫無疑問地, 802.11b 已經是無線區域網路裡普及率最高的規格, 不過因為它的傳輸速率不夠快, 目前逐漸被 802.11g 取代。

隨堂練習 請根據每個人的使用經驗, 討論 802.11b 有哪些缺點？

11-4 IEEE 802.11a 802.11a 的全名為『High-Speed Physical Layer in The 5GHz Band』, 如同 802.11b, 它也只是修改 802.11 實體層的功能, 其它部分則沿用 802.11 的規格。 但是由於實體層有極大的改變, 導致 802.11a 和 802.11b 成為『你走你的陽關道, 我過我的獨木橋』, 彼此無法相容。

802.11a 的特點 關於 802.11a, 大眾較為熟悉的改變為以下兩點： 使用 5 GHz 頻道 由於微波爐、無線電話、藍牙裝置和 802.11b 等等都使用 2.4 GHz 頻道, 使得該頻道顯得很『擁擠』, 時常會出現彼此互相干擾的狀況。 因此 802.11a捨棄 2.4 GHz 頻道不用, 改用 5 GHz 頻道。 5 GHz 頻道又稱為 UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) Band, 在美國與台灣均開放免申請即可使用, 但是有些國家則列為管制頻道。

802.11a 的特點 以美國為例, 它使用了 5.15〜5.25 GHz、5.25〜5.35 GHz 與 5.725〜5.825 GHz 三段頻率範圍, 每一段再切割為 4 個 20MHz 的頻道, 因此802.11a 總共有 12 個可用頻道, 如下表：

802.11a 的特點 不使用 2.4 GHz 頻道所造成的負面影響, 便是 802.11a 與 802.11b 彼此不相容。換言之, 802.11a 設備與 802.11b 設備彼此不能溝通。 因此消費者在購買網路設備時, 若要與 802.11b 網路連接, 那麼千萬不要考慮 802.11a, 否則會架設成『一區兩制』的無線區域網路。

802.11a 的特點 最大傳輸速率為 54 Mbps 除了使用不同的頻道之外, 802.11a 與 802.11b 的另一大差異便是將最大傳輸速率提升到 54 Mbps 。 而其中的幕後功臣正是採用了 OFDM 展頻技術。 OFDM 技術再搭配 BPSK 、QPSK、QAM 3 種調變技術, 使得 802.11a 有 6、9、12、18、24、36、48、54 Mbps 等 8 種傳輸速率。 但是只有 6、12 、24 是強制 (Mandatory) 規格, 也就是所有的 802.11a 設備都必須提供這 3 種傳輸速率。至於其它的傳輸速率, 則由廠商自行決定是否要提供。

802.11a 的展望 目前市場上對於 802.11a 產品的接受度並不高, 主要的原因為： 產品價格相對較高：802.11a 產品價格普遍比 802.11b/g 高得多, 若要整個企業全面採用, 所需的預算通常會讓老闆猶豫再三。 與 802.11b/g 不相容：由於 802.11a 與 802.11b/g 不相容, 但是 802.11b畢竟占有絕大多數的市場, 想要消費者忍痛放棄它實屬不易, 因此 802.11a 僅能吸引尚未架設無線區域網路的用戶。

802.11a 的展望 為了解決上述問題, 網路晶片廠商一方面將多個晶片整合到 1、2 個晶片, 以降低晶片組的成本, 連帶降低產品價格。 另一方面開發適用於 802.11a、802.11b 和 802.11g 3 種規格的『 3 頻晶片』, 盡力提升 802.11a 產品的競爭力。

隨堂練習 如果要在公司架設無線網路, 您是否會採用 802.11a 技術？原因為何？

11-5 802.11g 大多數使用者都將 802.11g 視為 802.11b 的『火力加強版』。 因為前者與後者相容, 但是具有更高的傳輸速率。從使用者的角度來看, 以下兩點最為大眾所關心： 使用 2.4 GHz 頻道 因為 802.11b 也用 2.4 GHz 頻道, 這意味著 802.11b 產品能相容於 802.11g。 換言之, 802.11g 產品與 802.11b 產品能建立連線, 所以很適合用來將現有的 802.11b 網路逐步升級。

802.11g 最大傳輸速率提升為 54 Mbps 早期礙於美國聯邦通訊委員會 (FCC, Federal Communication Committee)的法規限制, 在 2.4 GHz 不得使用 OFDM 技術。 直到 2001 年 5 月解除此禁令後, 802.11g 便採用 OFDM 技術, 將傳輸速率提升到 54 Mbps。

802.11g 802.11g 擁有 802.11a 的高傳輸速率, 又能和 802.11b 相容, 可說是兼具兩派之優點, 因此已經是無線區域網路的明星。 目前市面上絕大多數的無線區域網路產品, 都已經投入 802.11g 的懷抱。

802.11g

隨堂練習 請試著比較 802.11g 與 802.11a 的差異, 並說明為何前者比後者普及。

什麼是『Super G』？ 雖然 802.11a 和 802.11g 的最大傳輸速率都是 54Mbps, 可是在市面上卻看的到許多產品, 標榜自己的最大傳輸速率可達到 108 Mbps 或 125 Mbps, 這到底是怎麼回事？莫非又是廠商在耍噱頭, 或做不實廣告？ 都不是, 108 Mbps 或 125 Mbps 可都是有理論根據所計算出來的, 不是噱頭或造假。

什麼是『Super G』？ 話說無線區域網路晶片大廠 Atheros 為了提升傳輸速率, 研發一種獨門秘技, 可隨時監測頻道的使用情形, 一旦發現有閒置的頻道可用, 便以『多頻道傳送』、『資料壓縮』或『加大封包容量』等方式, 大幅提高傳輸速率, 理論上可達到 108 Mbps。 將此技術應用在 802.11g 的產品便稱為『Super G』；運用在 802.11a/g 雙頻的產品便稱為『Super AG』。 目前採用這類技術的廠商有可瑞加 (Corega) 、友訊 (D-Link) 、Netgear 和 PCI 等等。

什麼是『Super G』？

什麼是『Super G』？ 除了 Atheros 之外, 另一家無線網路晶片大廠 Broadcom 也推出自己的加速技術－Afterburner, 可將最大傳輸速率提升到 125 Mbps。 目前華碩 (ASUS) 和巴比錄 (Buffalo) 都有推出這類的產品, 不過在包裝上卻並未標示『Afterburner』, 而是以『Turbo G』和『125 High Speed Mode』來稱呼。

什麼是『Super G』？

什麼是『Super G』？ 但是我們要知道：無論採用哪一種加速技術, 它們都不是經過 IEEE 認可的標準規格, 所以只有在通訊的雙方都支援相同加速技術時, 才能發揮效果。 否則, 還是只能以標準的 54 Mbps 傳輸。

11-6 802.11n 網路的頻寬似乎就和金錢一樣, 永遠不嫌多、總是不夠用。 然而, 網路技術的發展速度更超乎我們的預期, 在 802.11g 的54 Mbps 還來不及被嫌棄時, 802.11n 標準已經蓄勢待發了。 IEEE 於 2006 年通過 802.11n 的第一版草案 (Draft), 以 MIMO (Multi-Input Multi-Output, 多重輸入多重輸出) 技術為核心。

MIMO －天線變多, 也變聰明 從 802.11 的原始版本進步到 802.11a/b/g, 主要在於改進展頻和調變技術, 偏向於軟體面的改變。 但是 MIMO 技術則是從硬體架構下手, 利用多支天線來改進傳輸品質。 在現實的網路環境中, 接收端的天線除了接收強度最大的訊號之外, 也會收到經過反射或散射而來的訊號, 這類訊號統稱為 『多路徑訊號』 (Multipath Singal)。

MIMO －天線變多, 也變聰明 在以往都將多路徑訊號視為雜訊, 但是 MIMO 卻使用多支天線收集這些訊號, 經過特殊處理後反而可以增強主訊號, 獲得最佳的訊號品質和傳輸速率。

2.0 版草案通過, 多家產品已通過認證 其實在 802.11n 草案通過之前, 就已經有廠商推出 MIMO 控制晶片, 號稱可將傳輸速率提升到 108 Mbps 或 240 Mbps, 市面上將使用這類晶片的商品稱為『Pre-N』規格。 以 Airgo 為例, 它的第 3 代 MIMO 晶片傳輸速率 為 240 Mbps, 並且宣稱 與 802.11n 規格相容, 一旦 802.11n 正式標準 定案, 三個月內就能推出 產品, 傳輸速率可進一步 提升為 300 Mbps 。

2.0 版草案通過, 多家產品已通過認證 2007 年中 2.0 版草案通過後, Wi-Fi 聯盟 (Wi-Fi Alliance) 開始提供 802.11n 相關產品的測試及認證。 目前在其官方網站上以可查詢已通過 802.11n 草案認證的產品, 從晶片大廠 Atheros 到台灣常見的可瑞加 (Corega)、友迅 (DLink)、巴比錄 (Buffalo)... 等廠商都已有通過認證的產品。 在 http://www.wi-fi.org/80211n-draft2.php 網頁可查得通過 802.11n 2.0 版草案認證的相關產品。

2.0 版草案通過, 多家產品已通過認證 隨著 CPU 龍頭老大英特爾 (Intel) 及蘋果 (Apple) 電腦的 Apple TV、AirPort Extreme 和 Mac 產品陸續採用 802.11n 2.0 版草案規格, 802.11n 要稱霸市場只是早晚的事。

11-7 802.11 各規格的比較 前面為您說明了 802.11 各種規格, 下面我們簡要列出各規格的差異, 供您參考比較：

11-8 藍牙技術 藍牙 (Bluetooth, 早先被譯為藍芽, 2006 年已統一全球中文譯名為 『藍牙』) 技術的誕生要回溯到易利信 (Ericsson) 公司在 1994 年的一個研發專案。 該專案的目的是使手機能和無線耳機連線, 讓使用者帶著無線耳機就能講手機, 擺脫耳機線的束縛。

藍牙技術 到了 1998 年 5 月, 易利信邀集 Nokia、Intel、IBM 及 Toshiba 等重量級廠商, 共同組成『藍牙同好協會 (Bluetooth SIG, Bluetooth Special Interest Group)』, 目標便是制定一套短距離無線傳輸技術的標準, 這項標準就命名為『藍牙』。 藍牙這個稱呼是源自於 10 世紀的丹麥國王－『哈拉德藍牙』 (Harald Bluetooth), 他因統一北歐而流傳後世。易利信的行銷人員希望藍牙技術也能統一消費性電子商品市場, 因此以藍牙國王之姓來命名。

11-8-1 藍牙技術的特性 藍牙技術是以低功率的無線電波來傳輸, 具有『短距離』、『低速率』和『低成本』的特性。 透過它, 可讓一個電信設備或資訊產品具備多樣化的功能, 例如：一隻具有藍牙功能的手機, 在家裡可以當成無線電話或選台器來用, 甚至還能當做 PDA (Personal Digital Assistant, 個人數位助理) 來用。 它常見的應用範圍如下。

藍牙技術的特性 建立無線個人網路 (WPAN) 藍牙的傳輸距離只有 10 公尺 (若加上頻率放大器則可延伸到 100 公尺) , 大約涵蓋個人週邊的 3C 產品。 在此範圍內的電腦主機、鍵盤、印表機、手機、傳真機、選台器、電話等等設備, 只要具備藍牙傳輸功能, 就能互相建立連線, 完全不需要再用實體線路連接。

藍牙技術的特性 兩個裝置間互相傳輸資料 只要是在傳輸的範圍之內, 兩個藍牙設備經過簡單的溝通, 便可以快速地建立連線, 完全毋須人為設定。 坊間經常可見到的藍牙耳機, 無論是搭配手機使用, 或搭配電腦使用, 都很容易上手。 若與紅外線技術相比, 藍牙傳輸距離遠比紅外線的 1.5 公尺來的遠, 建立連線時又毋須使紅外線通訊埠面對面, 這些都彰顯出藍牙的優勢。

藍牙技術的特性

藍牙技術的特性 即時傳送語音或數據資料 這方面最典型的例子, 就是前面提過的『多合一手機』, 在戶外是行動電話, 在家可以當無線電話或選台器, 在公司開會時還能當 PDA 用, 而且設定簡單又方便, 不但節省成本, 便利性也高。

11-8-2 藍牙技術的規格 在無障礙狀況下, 藍牙的傳輸範圍為 10 公尺 (class 2) 或 100 公尺 (class 1), 也是使用 2.4 GHz 公用頻道, 採用的展頻技術是跳頻式展頻 (FHSS) , 其原理和 IEEE 802.11 的 FHSS 相似, 只不過其跳躍的頻率高達每秒 1600 次。 一個藍牙網路 (Piconet) 總共可以有 8 個藍牙裝置, 其中一個扮演主控端 (Master), 其他裝置則是用戶端 (Client), 同時每一個藍牙裝置又可以成為另一個藍牙網路的成員, 藉由此特性可將藍牙網路延伸出去, 形成一個更大的藍牙網路。

藍牙技術的規格 藍牙所使用的是最擁擠的 2.4 GHz 頻道, 因此如何防止干擾、維持傳輸品質就非常重要。 藍牙對此問題採取以下的解決方法： 因為語音資料對於正確性的要求比較不高, 聽得清楚就行了, 因此在傳輸語音時, 若有封包遺失, 並不會重送, 以避免降低效能。 在傳輸數據資料時, 接收端會檢查每個封包的正確性, 若有錯誤則會要求發送端重送此封包, 以確保資料無誤。

藍牙技術的規格 目前最新的藍牙規格為 2.1 版, 除了相容於舊版的藍牙之外, 更改善了藍牙裝置配對的方便性和安全性, 並降低了耗電量, 使裝置的續航力更高。

隨堂練習 請找出曾用過藍牙設備的使用者, 詢問他們的使用心得, 並與 Wi-Fi 做一簡單的比較。

11-9 GSM 與 GPRS 1989 年台灣正式提供行動電話的服務, 當時一隻行動電話要價數萬元, 申請一個門號至少要半年, 因此除了少數政商人士外, 對老百姓來說, 使用行動電話根本是個虛幻的神話, 這個現象一直到 1996 年都是如此。 到了 1997 年, 台灣開放 GSM 行動電話的經營執照, 如同市場預測, 果然帶動國內行動電話的普及, 在短短的數月間, 國內行動電話的擁有率大幅提昇。

GSM 與 GPRS 邁入了 21 世紀後, 台灣地區的行動電話普及率已經是亞洲前 3 名, 幾乎到了人手一機的程度。 本節我們就來聊聊台灣行動電話所採用的 GSM (Global System for Mobile Communications, 全球行動通訊系統) 系統, 同時也說明 GPRS (General Package Radio Service, 整合封包無線服務) 技術。

11-9-1 GSM GSM 是歐洲電信標準協會 (ETSI, European Telecommunications Standard Institute) 於 1990 年所制定的數位行動網路標準, 該標準主要是規範如何將類比式的語音轉為數位的訊號, 再藉由無線電波傳送出去。 既然是採用無線電波, 那當然要談到所使用的頻道。為了適應各國對無線電頻率的使用規定各有不同, 因此 GSM 可以應用在 900 MHz 、1800 MHz及 1900 MHz 等三個頻道。

GSM 在 GSM 系統中, 訊號的傳送方式和傳統有線電話的方式相同, 都採用電路交換 (Circuit Switch) 技術。 這個技術是讓通話的兩端獨佔一條線路, 在未結束通話前, 此線路將一直被佔用著。 想像一下家用電話在使用時的情形：當我們和朋友講電話時, 這條電話線就被我們獨佔著, 即使雙方都不講話, 其它人也別想使用這條線路, 這就是電路交換技術的特性。

GSM 但是 GSM 有一個致命的缺陷－數據傳輸的速率只有 9.6 Kbps。這個問題讓我們想用手機上網時, 感到非常的不便。 為了解決這個問題, 專家們在 1998 年提出一種新的技術來加速 GSM 的數據傳輸, 這就是 GPRS 的由來。

11-9-2 GPRS GPRS 可算是數位行動通訊時代的寬頻網路架構, 它和 GSM 的關係就如同傳統撥接上網和 ADSL 寬頻上網的關係一樣。 傳統數據機和 ADSL 數據機, 同樣是透過電話線路, 但是傳輸效能有著天壤之別, 而 GPRS 和 GSM 也是如此。 事實上, GPRS 也是利用現有的 GSM 架構, 將資訊傳輸技術改變後, 以達到高速傳輸的功能。

GPRS 簡單來說, GPRS 只是一項加快數據傳輸的技術, 在無線電波的傳遞上, 還是以 GSM 的規格在進行, 所以我們其實可以把 GPRS 視為 GSM 的加強模組。 因此一般認為 GPRS 並非新一代的行動通訊系統, 充其量只能算是 GSM 通訊系統的改良。

GPRS 不過, GSM 採用的是電路交換技術, 但 GPRS 則是採用封包交換 (Packet Switch) 技術。 如此一來, 每一個頻道都不會閒置, 可以大幅提昇傳輸效能。

GPRS 但是, 封包交換技術並不是獨佔頻道, 而是讓大家共用, 所以當多人使用時效能就會下滑, 再加上周圍環境的干擾, GPRS 的傳輸速率通常不超過 115 Kbps。 以市售的 GPRS 手機為例, 大多也只能跑到 64 Kbps, 雖然比不上 802.11b/g, 不過已經遠勝於 GSM 了！

隨堂練習 目前 GPRS 並不流行, 請分析其原因可能是什麼, 例如：價格太高、傳輸速率慢或操作不便？

11-10 WAP 「秀才不出門, 能知天下事。」－藉由網際網路讓這個夢想成真了！ 不管是查詢資料、網路交易、收發電子郵件或是想找個人玩玩連線遊戲, 只要有一部能上網的電腦, 輕輕鬆鬆家中坐, 點幾下滑鼠就萬事 OK 了。 不過網際網路雖然方便, 可是電腦並不是隨處都有, 就算我們隨身攜帶筆記型電腦, 可是要上網時, 附近未必就有網路線插孔或 Wi-Fi 基地台。 更何況筆記型電腦所費不貲, 如果能將網際網路搬到更短小輕薄、而且便宜的手機上, 那該有多好！

WAP 於是在 1997 年 6 月, 行動電話大廠易利信 (Ericsson)、諾基亞 (Nokia)、摩托羅拉 (Motorola) 和美國 Phone.com 公司攜手合作, 邀集學者專家和技術人員熱烈討論後, 於同年 9 月共同制定新一代的行動電話網路協定 WAP (Wireless Application Protocol, 無線應用協定)。

11-10-1 WAP 的架構 WAP 的功用其實類似網際網路的 HTTP 協定, 但主要是用在無線通訊設備 (可以是手機或 PDA 之類的設備, 後文均以手機為代表) 上。 HTTP 傳送的是 HTML (Hyper Text Markup Language, 超連結文字標記語言) 格式的資料, 而 WAP 傳送的是 WML (Wireless Markup Language, 無線標記語言) 格式的資料。

WAP 的架構 之所以要特別開發新的格式, 而不採用原有的 HTML, 是因為目前手機的螢幕較小, 記憶體最多也不過數十 KB, 而且傳輸速率相對較慢。 但是以一般的 HTML 網頁來看, 最簡單的也要近百 KB, 對於無線通訊設備而言, 要承載這些資訊猶如螳臂擋車般不自量力, 所以必須有一套專為無線通訊設備設計的語言才行。 HTTP 所採用的通訊協定是 TCP/IP, 而 WAP 所採用的通訊協定則是 WDP (Wireless Datagram Protocol), 不過嚴格來說, WDP 並非是要取代 TCP/IP, 而是為了讓 WAP 能使用 TCP/IP 來存取網際網路。

WAP 的架構 首先我們看一下個人電腦如何讀取 Web 伺服器的網頁：

WAP 的架構 再來看看手機如何透過 WAP 讀取網頁：

WAP 的架構 我們會發現其實上面兩個圖非常相近, 只是在 WAP 裝置和 WAP 伺服器間多了一台 WAP 閘道器 (WAP Gateway)。 而 WDP 就是在 WAP 裝置和 WAP 閘道器間運作, 這部分也才是 WAP 連線架構中的重點, 因為 WAP 可以說只存在於這個部分。 WAP 閘道器的主要功能就是轉送 WAP 裝置的要求,並編譯、檢查伺服器回傳的資料為 WML 格式後, 再傳回給 WAP 裝置。

WAP 的架構 從 WAP 閘道器到 WAP 伺服器, 其實就和用電腦連上網際網路是一模一樣的, 甚至, WAP 伺服器通常就是 Web 伺服器, 只是同時提供了利用 WML 語法寫成的 WAP 網頁而已。 也就是說, 原本在 Web 伺服器上的程式、資料庫(例如：CGI 、ASP、Perl 、PHP 等) 都毋須改變, 只要將輸出的部分改為 WML 格式, 即可讓 WAP 手機使用, 這也就是為何可以利用手機上網訂票、進行交易的關鍵因素, 因為變動幅度愈小, 成本愈低, 願意投入的廠商才會愈多。

WAP 的架構

WAP 的架構

11-10-2 WAP 和 GPRS 的關係 WAP 主要是在說明資料如何在無線通訊網路中傳輸, 包括如何進行保密的動作, 如何將資料壓縮以減少頻寬的損耗, 以及如何在手機上正確的顯示出所要求的資訊。 而 GPRS 則是 GSM 系統的延伸 (或說是強化功能), 主要是把原本 GSM 系統只能用電路交換 (Circuit Switch) 的資訊傳輸方式, 改為支援封包交換(Packet Switch) 的傳輸模式, 讓傳輸的速度由 GSM 的 9.6 Kbps 躍昇到 GPRS 的 171.2 Kbps。

WAP 和 GPRS 的關係 了解 WAP 和 GPRS 的功能後, 大家應該會發現, 若硬要把 WAP 和 GPRS 拿來做比較, 就好像是把 HTTP 和 ADSL 拿來相比一樣, 根本是無從比較。 不過這兩者雖然不能比較, 卻可以搭配使用, 就像是利用 ADSL 寬頻上網後, 再透過 HTTP 協定去存取網站的資料, 兩者有相輔相成之效。

11-11 3G－第 3 代行動通訊系統 國際電信聯盟 (ITU, International Telecommunication Union) 為因應未來的行動通訊需求, 早在 1992 年就提出 IMT-2000 (Internat ional Mobile Telecommunication - 2000) 計畫, 廣納各方提出的建議, 以期及早建立下一代行動通訊的標準, 這可以說是第 3 代 (3G, 3 Generation) 行動通訊標準的緣起。

3G－第 3 代行動通訊系統 IMT-2000 的原始目標包括： 一隻手機、全球漫遊。 傳輸速率達到 2Mbps 。 使用 2GHz 頻率。 在西元 2000 年提供上述服務。

3G－第 3 代行動通訊系統 很遺憾地, 到了 2000 年, 沒有任何一家業者能完成這些目標。 經過重新討論之後, ITU 將傳輸速率的要求修正為：在靜止時則可達到 2 Mbps, 在低速移動 (例如：步行) 時可達 384 Kbps, 在高速移動 (例如：行進中的車輛) 時可達128 Kbps。 至於其它的目標則不再堅持, 開放給各國廠商自行發揮。經過市場的自然淘汰, 僅剩下 W-CDMA 和 CDMA 2000 兩種技術可望成為主流, 由於台灣採用的系統以前者為主, 因此後文只介紹 W-CDMA 。

11-11-1 W-CDMA 在介紹 W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access, 寬頻分碼多工存取) 之前, 我們先來瞭解 CDMA 的意義。 打個比方來說, CDMA 就像是一大群人在大禮堂內談話, 但是每一組談話者都用自己的語言, 並將其它語言視為「雜音」、不予理會, 例如：說國語的將台語、英語當成雜音；講台語的也不理會國語、英語的內容…等等, 因此能讓多組交談同時進行。

W-CDMA CDMA 使用 DSSS 展頻技術, 並指定給每個用戶端不同的展頻碼, 因此雖然在同一個頻道內有多個訊號, 但是用戶端將收到的訊號與自己的展頻碼運算之後, 就會濾除其它用戶端的訊號, 得到屬於自己的訊號。 而 W-CDMA 就是『寬頻的 CDMA』, 可提供更高的資料傳輸速率。 由於它是針對 GSM 系統所設計, 因此多數採用 GSM 系統的國家, 都很自然地選擇 W-CDMA 為其 3G 解決方案。 歐盟所制訂的 W-CDMA 標準稱為 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), 所以也常有人用 UMTS 來代表 W-CDMA 系統。

W-CDMA 由於日規的 W-CDMA 與 UMTS 不完全相容, 因此日本製的 W-CDMA 手機未必能在全球漫遊, 但是 UMTS 手機卻可在日本使用。

11-11-2 台灣第 3 代行動網路的發展 台灣自 2005 年 7 月開始推出 3G 服務, 目前中華電信、台灣大哥大、遠傳電信和威寶電信等 4 家, 都是採用 W-CDMA 系統 (唯有亞太電信採用 CDMA 2000 系統)。 主打的幾乎都是『行動上網』、『影像電話』、『手機打電玩』等等, 還看不出有何非用 3G 不可的應用, 或許是因此, 許多人都還在觀望, 導致 3G 人口仍屬少數。 雖然 3G 網路可以達到 384Kbps 的傳輸速率, 但對於多媒體影音這樣大量的傳輸仍嫌不足, 再加上 3G 網路的費用仍然偏高 (傳輸速率和費用比) 致使 3G 網路的推展不如預期。

台灣第 3 代行動網路的發展 於是業者寄望於速度更快的 3.5G (後詳), 期待更高的頻寬可以帶更多、更優質的應用, 以提高消費者使用的意願。 不過, 除了設法吸引 消費者之外, 接下來 第三代行動網路還 必須面臨 WiMAX 無線網路的挑戰； 但對於消費者而言, 或許兩者的競爭 反而是一種福音呢。

3.5G 網路 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) 是一種新的移動通訊技術, 又被稱為 3.5 G 通訊技術。 HSDPA 是以 W-CDMA 為基礎, 利用 MIMO 的技術提高傳輸速度, 並相容於 W-CDMA 通訊協定 (支援 3.5G 的裝置亦可使用 3G 網路), 因而被稱為 3.5G, 而非 4 G 通訊技術 (關於 4G 的說明請 參考下一頁), 目前 國內各電信業者大多 已提供 3.5G 網路。

隨堂練習 台灣目前使用 3G/3.5G 手機的人數, 遠比使用 3G/3.5G 服務的人數多。換言之, 許多人是將 3G/3.5G 手機當成一般 GSM 手機在用。請討論為何大家不願意使用3G/3.5G 服務？ 如果業者願意免費提供一項 3G/3.5G 服務, 您認為哪一種最實用？行動上網、即時影像或其它？

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 目前無線上網主要的技術為 Wi-Fi 與 3G/3.5G, Wi-Fi 的距離過短, 而且移動中無法使用, 至於3G/3.5G 的速度仍然不夠快, 所以無線上網的技術仍有相當大的改進空間。 為了提供更好的無線上網環境, 業界正在發展第 4 代行動通訊技術 (4G), 其目標包括： 高速移動中最高傳輸率能達到 100 Mbps、低速移動或靜止時最高傳輸率能達到 1 Gbps。 任兩個通訊端點間的傳輸率能達到 100 Mbps。 可支援例如高畫質視訊等次世代多媒體應用。 完全使用 IP (參見第 12 章) 封包的網路。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 此外, 許多電信業者也想提供使用者寬頻上網服務, 但是受限於法令和成本, 無法挖路鋪設自己的線路, 所以都得依賴中華電信的線路, 這也就是大家吵得最凶的『最後一哩』 (Last Mile) 問題。 4G 技術除了可以提供手機、PDA 等行動裝置上網, 筆記型電腦、個人電腦也可透過支援 4G 的無線網路卡連上網路。 因為 4G 網路的速度已經可以媲美 ADSL 等固網寬頻, 又不必拉線, 只要建立基地台即可提供網路服務, 所以被視為解決 『最後一哩』問題的最好方法。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 目前 4G 技術共有兩種規格：WiMAX 與 LTE。 WiMAX 主要由電腦資訊業者推動，其技術類似 Wi-Fi。 LTE 則被電信業者所支持，其技術類似原有的 3G/3.5G，隨後將分別說明這兩種規格。 『最後一哩』 (Last Mile) 是指『從電信業者的機房到用戶住宅』之間的線路, 也是最複雜、最難施工的線路。能掌握了這段線路, 才能掌握最大的商機。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 WiMAX IEEE 802.16 網路是一種長距離傳輸的寬頻無線網路, 有人將它視為『無線的 ADSL』, 也有人認為是『長距離的802.11』。 不過, 由於它的的涵蓋範圍遠大於 802.11 網路, 所以被界定為無線都會網路 (WMAN) , 而非無線區域網路 (WLAN) 。 為了研發與推廣 802.16 產品, 英特爾 (Intel) 、富士通等廠商籌組了 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 聯盟, 從此 WiMAX 就與 802.16 劃上等號。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 目前已經套用在產品的 802.16 標準有『802.16-2004』和『802.16e』兩個版本。 前者適用於定點的網路裝置, 故被稱為『固定式 WiMAX』標準；後者則適用於定點或移動的網路裝置, 故被稱為『行動式 WiMAX』標準。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 WiMAX 的傳輸距離可達 30 英哩 (約 50 公里) , 最大傳輸速率為 75 Mbps, 而 WiMAX II (802.16m) 最大速率更高達 1Gbps。 WiMAX 所使用的頻率範圍很廣, 從 2 GHz 到 66 GHz, 例如：美國使用 2.5GHz, 歐洲採用 3.5GHz, 南韓則使用 2.3〜2.4 GHz。 廠商在開發產品時, 會考量目標市場有哪些開放頻道或免費頻道可用, 然而這也造成在甲地買的 WiMAX 裝置, 到了乙地未必能使用的困擾, 所以在頻道的使用管理方面, 還有很大的改進空間。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 2007 年 7 月, 臺灣正式發出 WiMAX 執照給 6 家業者, 原本各家業者預計於 2008 推出 WiMAX 服務, 不過由於各廠牌設備的互通性問題, 以及基地台建設的進度落後, 所以會延遲到 2009 下半年才能推出服務。 毫無疑問地, WiMAX 已經被寄予厚望, 在未來的 『無線寬頻存取』 (Broadband Wireless Access) 技術中擔任要角, 希望在不久的未來, 台灣民眾便能從 WiMAX 的行動通訊能力中, 享受到無比的便利。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 LTE 除了由 Intel 等電腦廠商推動的 WiMAX 以外, Nokia、Sony Ericsson 與 T-Mobile 等電信業者也正在推廣 LTE (Long Term Evolution) 做為新一代無線寬頻存取的技術。 LTE 是從 GSM 所衍生而來的, 最大的特點是相容於 2G/3G 技術, 使用者除了可以透過 LTE 基地台上網, 即使在沒有 LTE 基地台的地方, 仍然可以使用現有的 2G/3G/3.5G 基地台上網。 相較於 WiMAX 使用者一定要有 WiMAX 基地台才可以上網, 相容性可說是其最大的優勢。

WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 特 別 企 劃 WiMAX 與 LTE－4G 無線寬頻上網新趨勢 目前 LTE 的規格仍在制訂中, 也尚無相關的產品, 進度落後於競爭者 WiMAX, 加上台灣政府大力推動 WiMAX, 所以 LTE 在台灣的知名度較低。 不過由於 LTE 具有相容於 2G/3G 的優勢, 加上各大電信業者的支持, 未來前景值得我們關注。