無線網路革命技術MIMO

根據Infonetics Research調查顯示，無線網路設備的總收入從2003年到2004年約提升15%，單一元件更提升達51%，主要應用於VoWLAN及RFID標籤，無線網路的便利性及實用性似乎已經超越有線網路，成為另一種重要的網路基礎建設。只是，當越多人使用無線網路時，我們能明顯感覺到連線速度似乎越慢，主要是因為無線基地臺1次只能與1個無線用戶端通信，當越多人連線時，無線基地臺負荷不了，連線速度自然降低，目前解決多人同時連線的方法，就是增加無線基地臺佈點數量，利用眾多無線基地臺分散使用者連線數量，但建置成本相對提高。

傳統802.11a/b/g主要利用提升傳輸速度的技術，加快無線訊號的通道負載能力，而且802.11a/b/g無線基地臺實際傳輸時僅會使用單一支天線，天線無法自動切換收發能力，這種模式可視為SISO（Single Input Single Output），無線傳輸的兩端都只利用單一介面傳送及接收，無論天線再多，也沒有辦法達到效果加成的功效，若很多人同時連線到無線基地臺時，處理效率明顯下降。

MIMO（Multiple Input and Multiple Output）技術則採用智慧型天線，從無線電波的物理特性下手，智慧型天線則協助無線基地臺在發送或接收時，將訊號匯聚到特定方向，而且無線基地臺端與無線網卡端都採用智慧型天線設計，透過增加天線的數目，能有效提升無線傳輸效率。MIMO是802.11n標準的基礎

802.11a/b/g在Intel Centrino及其他相關產品帶動下，已經成為無線網路的主流規格，但在先天傳輸效率的限制下，很難有效提升無線傳輸效率，因此後來IEEE更著手規畫提升無線網路速度的802.11n標準，而MIMO（Multiple Input and Multiple Output）則是802.11n中最主要的技術原理，而且主導802.11n的兩大陣營TGn Sync及WWiSE對MIMO技術都有志一同，因此MIMO已經成為下一代無線網路重要里程碑。

但是MIMO只是802.11n的一環節，802.11n預計今年年中完成，約2006年到2007年正式推出802.11n的無線設備，然而廠商等不及802.11n標準確定，已經針對MIMO技術推出Pre-N的無線基地臺（現在只有MIMO是802.11n確定的技術外，其他細節尚未確定，因此現階段稱為Pre-N），試圖先行占領市場，確保技術領先，Belkin在去年10月已於北美推出第1款MIMO產品後，Netgear及Linksys也紛紛跟進推出，Planex在今年年初則引進第1款MIMO無線基地臺CQW-AP108AG後，D-Link預計5月推出DI-634M MIMO無線基地臺，Maxim隨後也將推出WRS-AG108R（無線路由器）及WAP-AG108A（無線基地臺）MIMO無線基地臺，無線網路的市場似乎將有另一波改朝換代的新時局產生。MIMO多天線發收技術增加無線傳輸效率

MIMO技術的本質可從原文上略知一二，Multiple Input and Multiple Output，增加輸出與輸入訊號的數量，透過多重輸入與輸出訊號，增加無線訊號的傳遞效率。

MIMO技術與現行802.11a/b/g的主要差異在架構上不同，802.11a/b/g的無線基地臺與無線網卡採用單一介面傳送與接收訊號，就算增加天線數目，無線訊號還是只能從單一介面傳送；MIMO則採用智慧型天線（協助訊號收發到特定方向）設計，利用多天線方式，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，MIMO晶片組則負責分散及整合資料，可以想像成將單一訊號複製成多份資料，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，就好像多臺無線基地臺發送訊號給不同使用者，能有效提升無線連線速度。

在802.11a/b/g架構下，接收端只能等待從無線基地臺發送的單一無線訊號，若中間有阻礙物，訊號傳遞就會很不穩定，而MIMO則透過發射眾多訊號，突破地形限制，接收端也會自動選擇最佳訊號來源，並組成原始資料。以理想狀態來說，採用MIMO技術且具有3組收發天線的802.11a無線基地臺，能達到162Mbps（3×54Mbps）傳輸效率。

理論上，天線越多，MIMO傳輸速率也會越快，只要單一無線基地臺具有多天線設計，則能有效加快傳輸速率，日本目前已經在測試透過MIMO技術，讓無線訊號傳輸速率到達1Gbs，只是我們無法得知該無線基地臺的天線數目有多少，而且天線越多，干擾值越高，商業化產品難度高，依據IEEE組織規定天線將以倍數增加，市面上較常見的是2×2（2支天線發送訊號，2支天線接收訊號）方式。

MIMO另一個特質是能向下相容，因為MIMO技術將單一訊號複製成多份資料，透過多天線發送訊號，接收端也相同，而現行802.11a/b/g無線網卡雖然無法像MIMO無線網卡，能多方接收並整合訊號，但802.11a/b/g無線網卡只需要接收MIMO發送端傳送的其中一條訊息即可，而且現行的MIMO技術與802.11a/b/g都採用相同頻帶，因此可以向下相容。只是目前臺灣的無線網路市場以802.11b/g為主，因此廠商引進802.11b/g的MIMO機器為主，至於MIMO技術是否會應用在802.11a，則必須看市場反應，廠商才有投入研發意願。相同MIMO，不同技術

雖然MIMO原理的基礎概念相同，兩大陣營WWiSE及TGn Sync也都支持MIMO技術，讓下一代無線網路的速率達100Mbps以上，但兩陣營採用不同的頻寬方式。WWiSE陣營包括Airgo、Broadcom、Conexant Systems等廠商，強調與現行的2.4GHz（或5GHz）下20MHz頻帶相同，而且開發成本較低；TGn Sync陣營則包括Atheros、Intel、Sony、Qualcom等廠商，採用5GHz中的40MHz頻帶，強調傳輸效率高。

WWiSE強調能相容性高

MIMO技術最早是由Airgo提出商業化概念（AGN100是第一款MIMO商業晶片，Airgo的MIMO機器會貼上True MIMO標籤，代表Airgo MIMO技術研發的產品。），而且更是WWiSE陣營領導廠商。

WWiSE陣營的MIMO採用全球通用的20MHz頻道，可相容於現行無線標準，而且WWiSE陣營2組MIMO天線能突破傳統天線的MAC（Media Access Control）層限制，在最低天線數目（2支天線發送訊號，2支天線接收訊號，2×2）下，通道負載量可達135Mbs，若最後IEEE採納WWiSE的MIMO技術，WWiSE陣營的成員必須基於平等互惠原則，提供相關技術給員會使用，並非專利共用，而是互惠互利的免版稅特別許可，以降低開發商、製造商及消費者的建置成本，有效推動下一代無線網路布局。

TGn Sync強調傳輸效率高

TGn Sync陣營的MIMO技術與WWiSE陣營不太相同，TGn Sync支持從現行20MHz頻寬延伸到40MHz頻寬，40MHz是由2個相鄰的20MHz組成，傳輸速率是54Mbps的兩倍多，而且TGn Sync傾向使用5GHz的頻率範圍，因為2.4GHz頻帶已經過度擁擠，無論是802.11b/g、藍芽、無線電話、微波爐等，許多會產生電波的設備都採用2.4GHz的頻帶，雖然MIMO能有效減少干擾物，但在2.4GHz的頻帶下，也很難保證傳輸的穩定性，反觀5GHz頻帶中，能提供11組40MHz的頻道，共計44MHz傳輸頻寬（2.4GHz只有2個頻帶可用），目前只有802.11a的設備在使用，干擾物較少，能提供較多設備使用，還可以切割特定頻道給特定服務使用（不過目前5GHz頻帶大多屬於軍事或緊急通訊使用，某些地區則有嚴格管制，例如歐洲），例如對手機、高解析度電視、藍光及網路設備等產品。利用MIMO讓訊號更穩定

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。