4G通訊技術的多模技術解決方案

前言：全球化科技發展迅速，無線通訊需求在過去幾年蓬勃發展，無線通訊的技術也 愈顯重要，相關業者無不將之列入未來發展重點。台灣近2年積極推動WiMAX，但日前中華電信公開表態支持LTE(Long Term Evolution)，為已經投資在WiMAX設備的廠商投下震撼彈。但排除商業觀點，從基地台與晶片的整合發展來看，基地台天線的設計從低頻往高頻發展已是目前趨勢，而晶片設計則著重於開發行動WiMAX解決方案。

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台灣4G高速網路系統目前以WiMAX與3G聯盟強力主導的LTE較受矚目，有些電信業者基於既有3G網路就可將低頻往高頻移動，因而選擇發展LTE。但對於新取得頻譜或甫進入無線通訊市場的業者來說，為能即時進入市場、搶下新興國家的大餅，就會傾向選擇建置速度已經大幅領先的WiMAX。

由另1層次來看，WiMAX產業營運者大部分為網路通訊業者，主要服務以數據資料為主，近來也開始進軍手機的語音市場，而LTE的營運商則為電信業，除了提供語音服務，也開始致力開發數據資料市場。這2種高速網路的市場重疊度高，因此競爭態勢白熱化。

在兩者競爭激烈的情形下，技術重疊度又高，有無可能將基地台同步整合？就無線通訊中最重要的天線設計而言，天線負責傳送與接收電磁能量，其主要功能有二：首先做為阻抗轉換裝置，用以配置傳輸線與自由空間，使電磁能量的傳遞更具效能；其次是天線可以將傳遞的能量集中，並導引到基地台所需的方向，同時壓制其他方向的干擾與被干擾源，符合各種應用並避免接收其他雜訊。

由於應用面廣泛，天線設計就必須配合各系統產品形式做整體設計，因此不論在形狀尺寸、製造程序、電氣規格皆充滿變化，導致天線種類繁多，形成少量多樣的型態。

如比較表格所述，不論LTE或WiMAX的天線設計，都須考量不同的頻段、用途…等，兩者在天線設計上要整合在一起，目前技術上而言雖然不可行，但無論天線外觀、尺寸及材質如何變化，天線設計不能犧牲掉天線最基本重要功能，即提供優良的訊號收發品質。

WiMAX天線設計採雙極化偶極設計 顧全整合度

在3G業者面臨升級至何種4G問題時，不論是CDMA或WCDMA升級到WiMAX或LTE，均需要考量系統在不同的調變及解碼方式的軟體應用、系統操作頻度會影響天線、功率放大器及射頻方面的硬體升級更新…等。在天線設計的技術上需要考慮其物理特性及輻射特性，並依據其系統應用之操作頻度的不同，而決定其天線設計的形式、尺寸、增益、輻射場形…等。

考量到通訊設備的無線傳輸方式，電檢中心在天線設計上利用半波長偶極天線的基本觀念來研發WiMAX基地台天線。採用雙極化偶極天線設計，利用CST Microwave Studio這套電磁模擬軟體來進行研究，由基礎的棒型(rod)與環型(loop)天線結構為出發設計，再經由多個天線的堆疊陣列組合設計以達成所需之目的，以分析天線的輻射場形與電氣特性。規格為3.4~3.7GHz(固網業者)及2.5~2.69GHz(802.16d)為主要頻段，預計特性為VSWR≦1.5、gain≧12dBi，天線尺寸為90 x 30 x 12 (cm)。

而天線的特性阻抗會隨著頻率而有所不同，無線通信與天線不可分離，天線系統的好壞，也足以影響整體通訊系統的表現。

行動WiMAX晶片發展看好 與LTE相抗衡

在WiMAX技術發展方面，除了天線設計之外，各家業者亦看好行動WiMAX市場未來發展前景，WiMAX晶片業者以全數將發展重心放在行動WiMAX晶片解決方案，尤其是具備MIMO技術的Wave 2規格。

而因應行動WiMAX服務啟動後所帶來的行動上網應用商機，晶片業者也已朝基頻與射頻整合的單晶片方向開發，目前全球802.16e的行動WiMAX市場仍在佈建階段，預估行動WiMAX會在2009年下半年進入商用化階段，對Wave2的晶片仍多半來自各國的試行專案，需求量還未顯著增加，而電信營運商也將需花費3到6個月進行設備互通性測試作業但後續佈建計畫持續啟動，需求可望成長。

高速移動傳輸穩定性 WiMAX競爭隱憂

WiMAX與LTE通訊技術競爭態勢愈演愈烈的原因，不僅業務重疊性高，兩者的技術也有高度重疊。然而單就技術而言，各晶片商彼此互通性及規範制定進度則為潛在的隱憂。在晶片的技術方面也須考量如何降低功耗，這樣晶片組才能用於如SD卡或其他即插即用小尺寸配件。

另1項WiMAX尚待克服的關鍵，即是長久以來所有移行動無線的技術亟欲克服的高速移動傳輸。例如台灣為了研究WiMAX在高速移動下傳送訊號的能力，特別在2008年中，由工研院以及國內外廠商所組成的國際團隊，正式開始進行全球第一個將WiMAX技術運用到高速鐵路通訊寬頻上網服務的實驗計畫，透過實際測試驗證，找出最適合運作模式。

WiMAX與LTE共通元素多 能否整合？

由於WiMAX與LTE的共通底層核心技術為正交頻分多工(OFDM)、多重輸入多重輸出(MIMO)與IP等3項核心的訊號傳輸技術，就技術上來看有一定的整合空間與可能性(因為兩者有80%是類似的)，至少與3G或其他通訊技術相較，WiMAX若要與LTE整合的可能性與可能帶動的效益都會明顯超出許多。

以電信業者及設備廠而言，如能同時整合WiMAX與LTE技術的雙模應用，並透過互補式的應用服務，對於減少電信業者的投資建構成本將有所助益。WiMAX獨自成為未來4G網路技術主流的難度頗高，由於目前LTE標準仍在持續發展中，因此，目前市場上主導WiMAX的廠商應該認真思索，使WiMAX與LTE的標準更靠近甚至更同化，最佳的方式是讓WiMAX標準融入LTE中，成為LTE技術中之時分雙工(TDD)選項，進而設計出可支援2種標準的系統。

對台灣網通產業而言，無論WiMAX或LTE，要發展先進網路通訊技術，應先熟悉通訊協議(Protocol Stack)與產業供應鏈，汲取國外局端設備廠商之互通互連的測試經驗，逐漸往系統設備發展，使台灣廠商達到轉型的目的，以謀求整體產業的最大利益。