2012年6月20日 星期三

利用MIMO讓訊號更穩定

 http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=28402&s=5

現在臺灣有的MIMO無線基地臺,大多是在機器的主機版上,再外加MIMO晶片組。一般無線基地臺的主機版上至少具備Baseband(基頻)、RF(無 線訊號)及MAC等3組晶片組,Baseband是指直接在電線或光纖電纜上送出數位式訊號,而不用經過調變(Modulation), RF則是負責無線訊號的傳送與運算,最後MAC層則處理訊號與傳輸等功能,這3組晶片組負責無線基地臺的效能,例如同時承載多少連線、傳輸速率多少及能處 理多少資料等,日前Atheros則將這3組晶片整合成單一晶片組(Single On Chip)。

MIMO則是獨立1組晶片運算, 類似輔助的角色,能突破複雜地形(例如牆壁、干擾源、地板、地形等統稱複雜地形)限制,約比802.11a/b/g產品提升30%的覆蓋率,傳輸效率約提 高3到4倍,以Planex的MIMO無線基地臺CQW-AP108AG配合MIMO無線網卡CQW-NS108AG在實驗室測試下,約9公尺的距離時, 通道負載量約近40Mbps,30公尺時開始下滑至35Mbps,最後到83公尺還約有13Mbps的傳輸效率,可見 MIMO技術能有效維持傳輸效果,而且透過MIMO的智慧型天線會協助無線訊號匯集到特定方向,無論無線基地臺擺放的位置,都能有效傳遞資料。

一 般802.11a/b/g無線基地臺受限於天線只能單一介面收發,若建置的位置附近有太多複雜地形,會降低無線訊號的效果,MIMO較能有效突破地形阻 礙,利用智慧型天線的特性與MIMO技術的概念,就算環境中具有眾多複雜地形,依然能有效率傳遞訊號資料。在臺灣Planex的辦公室環境下,我們將 MIMO無線基地臺CQW-AP108AG放置在桌面上,四周圍有隔板阻礙,用戶端電腦使用MIMO無線網卡CQW-NS108AG擷取訊號,訊號穩定性 良好,接著我們移動電腦到倉庫內時,效果也不錯(辦公室與倉庫間有1層水泥牆,倉庫內具有眾多產品箱子)。

此外,在一間約32坪大小的屋 子中,若將MIMO無線基地臺CQW-AP108AG放置在屋前陽臺,用戶端電腦放置在屋後陽臺(中間約間隔2層水泥牆),若用戶端電腦採用MIMO無線 網卡,傳輸效率頗高,而用戶端電腦轉向時,訊號穩定度依然良好,若當用戶端電腦使用一般802.11b無線網卡時,通道負載量約只有1到2Mbps,而且 用戶端電腦轉向時,訊號穩定度很差。

目前MIMO機器只是過渡時期?

透過MIMO技術,能有效提升無線訊號的穩定度與 傳輸效率,覆蓋範圍約可增加30%,D-Link的MIMO無線基地臺DI-634M(比DI-624增加1個MIMO晶片)在實驗室測試下,比DI- 624覆蓋範圍增加2到3倍,1臺MIMO無線基地臺約可代替3到4個一般802.11a/b/g無線基地臺,似乎MIMO的機器部置成本較低,但現在適 合採購這類型機器嗎?

價格昂貴

目前臺灣預計及已經上市的3家MIMO設備廠商(D-Link、Planex、 Maxim),只有Planex CQW-AP108AG屬於商用機種,在認證加密及管理設定的功能較完整,其他機器屬於家用機種,大多在現有802.11b/g或Super G的產品中,外加MIMO晶片,透過MIMO技術提升覆蓋範圍、傳輸效率及訊號穩定度。目前MIMO無線網卡價格約是MIMO無線基地臺的1/2,若同時 採用MIMO無線網卡與無線基地臺約9000元,與2003年802.11g產品推出時的售價差不多(當時1臺802.11g無線基地臺配合網卡,約 8000到10000元)。今年,802.11g產品約下跌到3000、4000元,而近來慢慢興起的Super G只比802.11g貴一點,通道負載量也有180Mbps(實際約30Mbps),與D-Link的DI-624M理論通道負載量相同,雖然DI- 634M實際上約可達40Mbps,傳輸距離也較遠,但價格貴1倍。

MIMO只是802.11n一環節

雖然MIMO 是802.11n的基礎,但目前802.11n相關細節尚未確定,我們確定現在的MIMO機器是否相容將來機種,而且較具規模的企業,對無線網路的主要考 量點大多是安全議題與集中管理,但市面上MIMO機器大多強調訊號的穩定度、提升傳輸效率及擴大覆蓋範圍,對安全與管理較少琢磨,加上未來802.11n 除了利用MIMO強化無線訊號外,也可能納入802.11i(提升無線網路的安全性)、802.11e(確保無線網路傳輸品質)等其他標準,讓這個標準更 完整、更具吸引力,提高企業的採購動機。

不同陣營的MIMO考量不同

由WWiSE和TGn Sync提出的MIMO內容也不相同,由於有些產品尚在測試階段,我們也無法得知兩種MIMO技術相容程度,光是天線收發方式都比802.11a/b/g 複雜,Planex的CQW-AP108AG,採用WWiSE陣營的晶片組,採用6支天線設計,其中3支負責802.11a,另外3支負責 802.11b/g,因此是由3支天線傳遞單一頻帶訊號,這3支天線中,2支同時負責發送與接收,另一支負責接收,搭配的無線網卡也相同方式,反觀D- Link的DI-634M則採用Atheros的MIMO晶片,採4支外顯天線(兩支放在同一天線模組中)設計,其中兩支負責送訊號、另外兩支負責接收訊 號,兩種不同設計理念的產品,未來在相容性上還待考量。

MIMO技術還可能變動

此外,現階段MIMO利用多天線的方 式,在同一時間、單一頻道中,傳送獨立的訊號資料,接收端也使用相同方法接收資料(單一訊號複製多份資料,每一份資料透過單一頻道傳送,接收端能整合所有 資料並組成原本的單一訊號),但未來MIMO可能將單一訊號切割為眾多獨立的子訊號,每一個子訊號透過單一頻道傳送,接收端則收集每個子訊號後,再整合還 原成原來的訊號,類似將封包切割成很多細胞(Cell),每個細胞透過無線網路自動尋找最佳路徑,最後再整合為原始封包,若採用這種方式,更能提升傳輸效 率,只是可能無法相容於802.11a/b/g,現階段MIMO將訊號複製成多份資料,802.11a/b/g只需接收到其中一份資料即可,若將來 MIMO將訊號切割成眾多子訊號,802.11a/b/g只能接收到某一份資料,無法還原成原始資訊。

整體環境還沒有帶動氛圍

無 線網路在802.11a/b/g強力帶動下,似乎已經成為生活中的環節,在最近Wi-Fi手機熱潮中,臺灣各城市紛紛導入無線環境,無線網路已經在不知不 覺中深入四周,若要歸功無線網路的興起,Intel功不可沒,在Centrino強力帶動下,臺灣人買筆記型電腦,大都指名Centrino,也因為 Intel利用Centrino品牌成功入主無線網路,因此Intel對無線網路的規格制定特別引人注意。

Intel屬於TGn Sync陣營,但目前Intel只有確定將來會全力導入UWB(Ultra Wide band)到筆記型電腦中,若MIMO或802.11n想成為下一代主流規格,在Intel強力主導下,還有一段距離要走。

不過其他晶片廠商看到Intel主導規格成功案例,也想採用相同方法,試圖將自家晶片組結合MIMO技術成為未來主流規格,打破長久以來,筆記型電腦都必須指名Intel晶片的困境。

規格未確定前,IEEE強力阻止MIMO搶先上市

繼 上次802.11g規格還沒確定前,就有廠商偷跑,推出802.11g機器,想要搶占市場先機,導致IEEE遭到其他廠商批評影響,IEEE這次學乖了, 祭出重罰的方法,表明若廠商在802.11n還沒確定前,產品就以802.11n的名號上市,將遭到永久踢除IEEE會員名單,然而廠商為了搶占市場,還 是有應用對策,目前大多以MIMO或Pre-N的名稱上市機器,去年10月Belkin就是以Pre-N的名號,搶先推出第一款MIMO無線基地臺, Buffalo也已經在日本上市MIMO無線基地臺WZR-G108,但為了避免遭IEEE開除名單,其他地區尚不考慮上市。

然而就晶 片商Airgo在今年1月就已達百萬組MIMO晶片銷售量來看,廠商還是無法抵擋市場商機的誘惑,IEEE似乎很難阻止這波潮流,不過它對臺灣廠商還是有 嚇阻力,像Maxim即將發表MIMO產品,因為IEEE強烈主導下,可能延後上市日期,然而也有消息指出,IEEE將會計出新的規定,可能連MIMO字 眼都不能顯示。

無論是無線HDTV、無線數位監控或無線醫療等應用,無線網路的方便性已經成為生活不可缺少的一部分,然而現行無線傳輸 規格先天上的問題,卻限制無線網路的應用範圍,MIMO技術的發展對未來無線網路具有關鍵性影響,只是還有眾多不確定因素影響MIMO發展,採購前最好先 深思熟慮。

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