WiMAX新聞筆記 (004) - WiFi遠傳100km

[前言]
繼WiMAX宣稱可以遠傳50公里之後，Intel又出新招，乾脆號稱連WLAN都可以長傳100公里，讓很多WiMAX業者憂心忡忡。為了澄清觀念，特地好好研究此新聞，並將評論寫於每段之後。

[新聞與品論]
英特激增Wi-Fi訊號 100公里外可收到
作者：Michael Kanellos [上網時間 : 2007年03月28日]　　
全文內容：[加上Justin's Note]
英特爾研發出一種Wi-Fi技術，可讓相當於台北的筆記型電腦，透過新竹的無線基地台連上網。
該公司實驗室研究人員研發出的系統可讓原本只有數百英尺傳輸距離的Wi-Fi訊號傳送到100公里(或60多英哩)之外，英特爾柏克萊實驗室總監Eric Brewer表示。該實驗室目的在推動英特爾與加州大學柏克萊分校(UCB)的合作研究專案。
「硬體是一般的Wi-Fi硬體，但我們修改了軟體，」他說。
展示中，英特爾在舊金山市實驗室與Grizzly Peak大道上的UCB的太空科學實驗室間建立連線，兩者海拔差約1200呎（36公尺），相距約1.5英哩（約2.4公里）。位於英特爾實驗室的接收器具有指向性(directional)天線可連到修改過—而不是標準化--的無線基地台。
[Justin's note/]很奇特的例子，Intel在2.4公里的環境做的實驗，卻對外宣稱100公里，而大家就相信了，這是怎麼回事？大家都被Intel的名聲唬住了嗎？這是國王的新衣，只有小孩子看出國王是裸體的嗎？[/]

不過這項技術不是為歐美市場，而是為新興國家設計。這些地方的通訊基礎建設往往不足，且集中於都市。而最多數人口聚集的鄉村則除了公車、汽車或羊腸小徑之外幾乎與外界隔絕。
這些Wi-Fi天線可以串聯起來形成這些地區和外界的連繫，Brewer說。鄉村居民可以先連到城鎮或地區的Wi-Fi天線，由其把訊號經由其他基地台轉送到可讓鄉村連網的光纖線路。
某種程度而言，這類長程Wi-Fi天線作用好比包括英特爾等多家公司積極發展的WiMax。WiMax基地台要價15,000到20,000美元之譜，而長程Wi-Fi基地台則只要700-800美元。
[Justin's note/]多有趣呀，當時WiMAX 16d就是為了解決last mile的架設問題，怎麼現在又回頭推銷Wi-Fi的方案？再說WiMAX BS一個美金2萬真的有些貴，但比起實際線路的鋪設與維護，長期下來還是划算的。筆者認為目前談論長程Wi-Fi基地台的價錢還太早。[/]

此外，長程Wi-Fi普及也比較快，Brewer說。WiMax使用的電波頻譜由電信主管機關規範，如果想增設基地台或提供新服務都得獲得政府的許可。
Wi-Fi用的則是不需執照的頻譜。這樣一來鄉村居民可以逐步加入網路。有些網路則可同時使用WiMax及Wi-Fi，如巴基斯坦已經開始大筆投資架構WiMax網路。英特爾計畫今年稍晚開始在烏干達測試這項技術及相關元件。
[Justin's note/]我想執照問題才是關鍵所在，Intel等不到各國政府的開放時程，想用改良的長程Wi-Fi技術殺出一條血路。

運作過程

現有標準與英特爾版本的長程Wi-Fi差別之一在於後者用的是指向性天線：可以設定只連到特定天線。標準的Wi-Fi天線則是360度向四周發出訊號。
指向性的連線並不容易建立。接收端天線之間必須精確瞄準，而中間的任何實體都可能形成干擾。
「要瞄準並不容易，」英特爾柏克萊實驗室科學家Alan Mainwaring說。「在基地台玩耍的小孩就是一個問題。」
[Justin's note]長程RF傳送原本就需要點對點集中波束來傳遞，這點不足為奇，但是若說在基地台附近玩耍的小孩或動物會造成問題，未免過於誇大，長程點對點傳送，由於地球表面的弧度影響，50km距離的塔高需要49m以上，100km距離的塔高需要196m以上，如此看來別說小孩了，即使無敵鐵金剛(身高18ｍ)站在基地台前面身高都不會造成影響。[/]

為此，該公司也發展出「可轉向」的天線。這種天線本身不能轉動，而是基地台間的訊號可在電子訊號引導下調整方向。這種方式另一好處是，實體天線也可以稍微移動，甚至放入地底而不致破壞訊號完整性。
[Justin's note]我想這段所說的是天線實體不轉動，只改變電波的波束，這是指向性天線的特性，但是指向性天線向來很貴，需要使用這種能夠改變波束的天線，筆者思考是因為長距離的緣故，兩個天線不容易直線對準，所以使用自動鎖定功能來輔助。另外將天線放入地底是很詭異的想法，筆者不知為何需要如此費事隱藏基地臺，只知道如果基地台一端放入地底，那另一端的基地台高度將倍增到200公尺以上，真替這些不食人間煙火的科學家捏把冷汗。[/]

該系統乃利用L型托架及木頭等製作，即將在不久後推出第二代天線。（有些可轉向天線的技術是出自俄羅斯Nizhny Novgorod州立大學的Alexey Umnov教授，包括英特爾在舊金山的實驗設備。）
此外，它也去掉了許多原有Wi-Fi通訊的協定和程序。例如在一般Wi-Fi網路下讓PC和無線路由器連線的handshaking及碰撞偵測 (collision detection)都沒有了。（鍾翠玲/譯）
[Justin's note]這段其實才是本文的關鍵重點，很小心的留到最後才輕描淡寫地提到。回頭看第一段，Eric Brewer表示：「硬體是一般的Wi-Fi硬體，但我們修改了軟體」，其實就是指將原本CSMA/CA的功能去除(說明：CSDA/CD是有線LAN的避碰方式，WLAN應該是使用CSMA/CA才對)，CSMA/CA功能是讓同一個服務區的使用者，公平分享WLAN AP的使用權的方式，但另一個方面說，卻也限制了Wi-Fi服務範圍必須在大約100公尺以內的有限範圍內才能使用CSMA/CA的功能，而Intel現在除去此限制，擺明著這是點對點專屬功能，已經排除點對多點的服務功能，所以不必解讀為Intel已經提出新技術，讓Wi-Fi服務範圍可以涵蓋100公里，這是錯誤的解讀。

[結論]
1. 本文的描述看不出來可以傳遞100公里的實驗數據與支持的合理論點。
2. 本文的創新之處只在於加入指向性天線與除去CSMA/CA功能而已。
3. 本文所描述的應用是類似於802.16d，用來取代last mile的佈建而已。並非將Wi-Fi點對多點的服務區擴大到100公里，這點必須小心分辨。

無論如何，RF點對點空中鏈路是否能夠傳遞到50公里或是100公里，除了MAC層的delay容忍度要考慮，還有基地台的高度與地球表面的弧度都是必備因素，Intel在WiMAX宣稱50公里的涵蓋面積與目前Wi-Fi的100公里連接都是屬於sales talk，缺乏實驗數據與理論根據，在引用這類數據的時候，請務必謹慎小心，不然就成為Intel的免費宣傳工具了。

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