无线局域网络迈入多元化标准的新纪元

作者： 林国治
摘自：台湾《新通讯》 2001 11月号 第9期

1999年下半年全球掀起的行动电话手机热，亦直接触动其它无线通讯产品的开发潮。继2000年业界大力跨入Bluetooth的开发之后，2001年无线局域网络(WLAN)也成为业界注目的焦点，甚至此两者都扮演了新兴业者IC设计公司催生的角色。

长期来看，无线通讯领域芯片组大都为整合组件制造商(IDM)所把持，原因在于IDM掌握从设计到制造的垂直整合优势，早期即和手机制造商建立紧密的合作关系，共同开发专用的ASIC，不向外销售。这使得专业IC设计公司不易切入手机芯片组的市场，除DSP Communicutions、DSP Group等少数业者有销售DSP的实绩之外，一般业者罕能插手此行业。Qualcomm或可视为专业IC设计公司，但该公司原出身于CDMA技术的鼻祖，并自行制造和销售手机，情况特殊。近来许多不具品牌知名度的三、四流手机制造商纷纷窜起，方使得专业IC设计公司有较大的渗透机会，但仍需和TI等资源雄厚的国际级大厂竞争，备感艰苦。反观Bluetooth和WLAN，前者属性为无线接口，后者倾向信息网络的性质，且均为新兴产品，IDM全面性的优势远不及手机，遂创造新兴IC业者可以发挥的产品，成为涉足无线通讯领域最佳的切入点。

WLAN发展历经沧桑 2000年方出现转机

WLAN的技术并非在最近才开始发展，回溯到七○年代，即曾被讨论，但因受限于技术的高障碍而无疾而终，没有订定标准和实用化。直到九○年代初期方获得较多的关切，并产生了IEEE802.11的标准，速度最多仅达2Mbps。此时大部份的业者对WLAN仍兴趣缺缺，主因是IC零组件成本太高，普及化不易；再者2Mbps的速度，和有线局域网络主流逐渐迈入100Mbps的Fast Ethernet，相差太大，更使企业界的IT管理人员深觉此昂贵的投资没有太大的价值。

直到1999年秋，IEEE802.11b的11Mbps标准终于敲定，至少和有线的上一代Ethernet 10Mbps相当，方被视为进入市场的转机。在此之前，投入WLAN芯片组的业者少之又少，大概只有Intersil和Agere的前身Lucent能提供完整的芯片组。AMD、Oki等公司曾推出若干芯片，都非完整的芯片组，而是RF或基频芯片中的1颗。投入WLAN终端产品开发的业者若不想依赖Intersil，就得耗费相当的研发心力，对来自个各不同制造商的芯片，完成系统整合的开发。虽然耗时费力，却有技术独立自主和成本较低的优点。反之，Intersil固然可提供较完整的解决方案，在Lucent的芯片组不外卖的情形下，可以操控价格。业界普遍相信，这种Intersil独家所有，缺乏竞争的现象，是导致WLAN价格高昂的祸因。幸好Lucent和Apple有密切的合作关系，Apple刻意将WLAN列为iBook的选用配备，并予以部份硬件成本的补贴，使得转接卡价格99美元，突显iBook的特殊价值，遂造成市场的热卖，并迫使Compaq和Dell等一线Notebook业者调整对采用WLAN技术的策略，渐趋积极。Apple此举的确发挥了临门一脚的效果，使用提高至11Mbps的WLAN，得以因低价化而大幅增加市场的接受度。

Apple临门一脚 方使WLAN备受重视

Apple推动WLAN的另一个意义在于进入个人和家用市场的里程碑，而非只局限在企业用市场。此外，1999年以来，网络进入家庭市场的概念甚嚣尘上，WLAN被视为众多网络技术的一种选择(表1)。固然沿袭Ethernet的电话线数据传输技术HomePNA在短期内占有绝大多数的市场，但WLAN的简单、便利，和无需线缆传输媒介的特性，使其后势的发展相当看好。特别是在非美国的其它国家或地区，并非到处都有电话线接头，WLAN似乎是更好的选择。不过也因WLAN的终极目标是放在家庭市场，方能拥有更大的潜在市场，在速度上必须赶得上数字家电的要求。以目前市场主流802.11b的11Mbps，在电子邮件和网络浏览并没有问题，可是在HDTV等数字动态影像的应用上，速度就力有未逮，必须要有50Mbps以上才够。所以802.11b虽尚未普及

，业界已开始大力推动将WLAN频谱从2.4GHz推进到5GHz，亦即美规的802.11a或欧规的HiperLAN2，逐渐使WLAN的技术和市场发展陷入混乱的局面。

为击倒既得优势 各业者从多方位切入市场

WLAN芯片组的最大领导者Intersil，常被称为WLAN的Intel，以突显其独占性的角色。当然其架构也成为研究WLAN芯片组的圭臬。其802.11b的芯片组，历经数代的整合，方变成3颗为1组的Prism 3(图1)，成为材料成本进一步下跌的手法。由于Intersil已掌握了既有的优势，新兴业者必须以全新的角度看待此市场，以创造和Intersil的差异化切进市场，方能扩大发展空间。除了直攻5GHz之外，另可推出双频混合芯片领先Intersil打响名号；或者对2.4GHz再下功夫，予以高速化，穷尽其发展潜力。

WLAN的标准本来亦不复杂，主流技术是1999年底确定的2.4GHz、速度为11Mbps的802.11b。2001年下半年则迈入混乱的状态。积极派的业者预定在2001年底推出5GHz，速度跳升至50Mbps的802.11a；另一方面保守派的业者则在2.4GHz持续下功夫，计划在2001年下半年完成802.11b的延伸版本，将速度挺升至20Mbps以上。由于5GHz两频段互不兼容，使得有些业者同时投入两频段的技术开发，拟推出混合式的芯片(Combo chip)(图2)。一时之间使WLAN的发展迈入混沌不明的歧路，究竟那一种取向比较合乎市场的接受度，短期内不易产生定论。毕竟WLAN的技术开发虽早在九○年代初期已着手，市场上却还是停留在拓荒期，过去所累积的经验和市场法则仍不够丰沛。此外，业者间的激烈竞争，在标准上各自使力，亦是市场混乱的祸首之一。

802.11g异军突起 延长2.4GHz战线

由于5GHz的高速化，直抵54Mbps，几乎可满足包括HDTV在内的所有关键性应用，是毕其功于一役的彻底性解决方案，这正是许多业者义无反顾直接投入的主因之一。此外，选择5GHz的另一好处是可避开2.4GHz已为Intersil和Agere等少数业者独占的局面，创造另一种差异化。但是5GHz并非全然没有缺陷，其频率较高，传达速度快，MAC(Media Access Control)所需要的数据处理负荷较重，导致电力消耗过大，不适合使用在携带式的设备上，尤以最大的市场Notebook为甚。此外部份业者以为2.4GHz的市场潜力未充份被开发和利用，径杀入5GHz，扼杀了WLAN的经济效益，绝非业界所乐见。

固然Intel在2001年的IDF Spring中，提出WLAN应遵守Ethernet每4年世代交替一次的市场法则，依此推论出5GHz可在2003年切入，可是Ethernet最起码是在主流市场迈入成熟期之后，才发动下一代技术的引进，但2.4GHz的WLAN从未普遍被使用过。于是已逐渐体会WLAN市场重要性的TI，提出了独自的标准，在2.4GHz的频带上，将速度拉拔到20Mbps，企图延长2.4GHz的生命周期，并做为初入WLAN市场的代表力作，以打击Intersil等既有权势的业者。此一802.11b的延伸，称为802.11g。

TI和Intersil争夺802.11g技术主导权

Intersil自然不会束手就擒，采取将2.4GHz产品线展开的策略，一是将原802.11b的芯片组持续做整合，以降低价格；进一步提高市场的渗透；二是提出802.11g的独自规格，和TI一较长短。在802.11b方面，新版的Prism 3将原Prism 2.5的RF和IF芯片予以整合为1颗，连同功率放大器、MAC/基频处理器，总共为3颗。至于802.11g，TI早在2001年5月就自IEEE 802.11的会议上提出，可惜没有通过；在今年9月，Intersil将尝试叩关，必须获得75%以上的投票支持，方能通关，结果尚未揭晓。两家公司的技术大不相同，TI是使用独自的技术PBCC，其频谱形状和既有的DSSS相近，但是数据处理的方式并未对外界详加说明，这或许是不被会员所支持的原因。在接收部份，TI采用自己开发的波形均衡器运算法则，属商业机密，非TI的其它公司不易开发出来，一旦成为802.11g的标准，将造成TI垄断市场的局面。Intersil是采用和5GHz的802.11a相同OFDM，速度比TI所提还要高。

5GHz法规上不准在室外使用 造就双频混种芯片机会

5GHz的另一个大麻烦是美欧日各国的法律并不允许在室外使用，以防止对卫星行动电话和气象雷达产生干扰。各国对高频通讯的发射功率都有所限制，2.4GHz方面，802.11b大抵都没有问题。但是在5GHz，随各国的法律规定不同，而在波段的分配上有所差异。室内的问题较易解决，为因应信息化社会的需要，各国修法配合的意愿极高，唯独室外成为不易解决的难题(表2)。在这种情形下，2.4GHz和5GHz的共存是必要的，因而造就混合芯片市场开发的机会。亦即在标准陷入交替而使用环境又难两全的情形下，造就了这种折衷性的解决方式。欲同时支持两标准的技术困难度提高，可增加附加价值，并造成区隔其它业者的效应，使直接切入5GHz的业者顿感错愕。

在芯片的开发上，接取点(Access Point)所用需支持各种不同的调变方式，设计上最为复杂。在初期最普通的解决方式是802.11a的PC卡和802.11b的PC卡都各自承载1片。然而两种合而为一的混合芯片，却可使接取点设备轻薄化和低价化，是比较理想的作法。在PC、数字家电和WLAN终端设备上，使用此一两方都支持的芯片组，可达到最佳的利用效果。如在户外时，以PDA和携带设备为主，切换至2.4GHz，不讲求速度；但回到室内，则切按至5GHz，特别强调和PC连接的高速性。这种自动切换和确保回溯兼容的特性，早已反应在Ethernet网络芯片的100 BASE-T和10 BASE-T上。

现在已投入2.4GHz/5GHz混种IC开发的业者，已浮出台面的大致在五家左右，如Envava、Tality、Systemonic和embedded wireless devices属于新面孔，Intersil亦在开发中。前四个业者大都已完成产品初步的开发，并推出样品，除了Envava连带开发RF和基频/MAC之完整芯片组之外，其余大致只先完成后端芯片的开发。Intersil的可能设计方式是MAC和基频的处理电路予以共享，2.4GHz/5GHz之IF/IQ电路亦采共享方式，以超外差为较合适的设计。该公司在完成802.11a芯片组的设计之后，预定将投入18月的时间，才能再完成2.4GHz/5GHz的混种芯片组的开发。

2002年5GHz WLAN方正式进入市场

正当新兴业者向5GHz叩关挑战Intersil霸权之际，Intersil终发表其5GHz的802.11a芯片组「PRISM Indigo」。从时程上来看，已落后最早推出的先驱业者Atheros大约半年的时间。惟802.11a的终端产品要到2002年才会开始出货，Intersil的脚步不算迟。况且绝大多数的专业IC设计公司都还停留在开发阶段，该产品的适时推出，有助于巩固Intersil的地位。目前为止，Intersil是唯一同时具备802.11b和802.11a产品线的业者。相形之下，位居第二的Agere，在新产品的推动上，似乎不若Intersil积极。实际上Intersil大算以全方位产品线发展的方式，防止任何一个产品区隔市场遭其它业者攻入。除了802.11a和802.11b之一标准对应之芯片组之外，802.11a/b的混种芯片组PRISM3/5亦计划在2002年初推出。并另投资Silicon Wave，共同开发802.11b和Bluetooth的混种芯片组。

方揭露的802.11a芯片组，Intersil采用4颗的组成，比先驱业者Atheros和Radiata(2001年2月已为Cisco所并购)的两颗多。Intersil的设计理念还是延袭自802.11b，强调各个芯片不同特性的最佳化。如RF部份，依然使用IBM的SiGe技术，电力消耗和噪声比较Atheros和Radiata的CMOS制程为佳，只有在成本上较为昂贵。绝大部份的专业IC设计业者，顾虑晶圆代工产能的取得问题，大都倾向使用CMOS制程。虽解决了生产面的问题，但在设计上却得大费周章。特别是在做验证和测试时，可能面临游走勉强可过的边缘，未必能为客户所接受。(图3)

频宽		频宽	室内			室外
		MHz	日本	美国	欧洲	日本	美国	欧洲
2.4GHz带	2.400GHz-2.4835GHz	83.5	○（美国：1W，欧洲：100mW）
5GHz带	5.150GHz-5.250GHz	100	○	○	○		X
	5.250GHz-5.350GHz	100	○	○	○	X		X
	5.470GHz-5.725GHz	255	X	X	○	同室内
	5.725GHz-5.825GHz	100	X	○	○	X
表2  各国在2GHz、5GHz电波法规所允许的使用状况

各方解决方式各具特色

实际上目前WLAN到底要使用那一种制程，尤其是RF部份，并没有一定的答案。对于Intersil ，最安全的作法当然是沿用2.4GHz的作法，尤其是并无确切的新兴业者具有充份的量与能可以直接挑战Intersil。WLAN的芯片组供应业者不单要提供半导体亦要有相关的软件和测试等配套后勤支持，成为新兴专业IC设计公司最大的负担。使用CMOS在RF上，理论上在晶圆制造上比较便宜，在设计的余裕度上却不够，可能会拖延产品问世的时间。但CMOS的晶圆代工产能比SiGe和BiCMOS多，却又是不争的事实，如何在当中做抉择，的确颇令人头痛。这恐怕要经过2～3年的时间，由业者的相互竞争和市场接受度，才能决定何者是主流制程技术。当然也有若干RF业者已推出5GHz WLAN的RF芯片，如Ratheon、Envara使用GaAs；NS使用SiGe。故不少专业IC设计公司宁先集中火力开发后端芯片，搭配上述公司的RF，日后再伺机切入RF，在初期避开棘手的问题。即使是诸如TI如此强盛的业者，在2.4GHz(22Mbps)的芯片组的开发上，前端使用Philips的BiCMOS制程芯片；后端则靠收并一专业设计公司，来完成整个资源的整合。所以技术是死的，但是可兹运用的策略是活的，跨入WLAN的业者不胜枚举，甚至于在Bluetooth略有所成的业者，亦随后转战WLAN。

既有IC业者凭借各种方式进军WLAN

Agere是仅次于Intersil的802.11b的芯片组供货商，市占率约为40%。其在产品在线的策略和蓝图较少为外界所知，但该公司通常是和系统公司共缔合作关系。除Apple之外，在2000年夏决定和Ericsson合作，以Ericsson的Bluetooth IP为核心开发系统芯片，以增强竞争力。Cisco并购Radiata之后，使其能够迅速地推进WLAN此一陌生的领域，并可望在2001年内推出系统产品。Cisco此举在于显示其对家庭市场的重视，预做布局。Intel在WLAN的态度十分积极，首先和Symbol Technologies合作推出802.11b的产品，并开发802.11a芯片组，并另和Zircom、Atheros有其它的共同研发案。Broadcom在无线通讯领域的初试身手是以Bluetooth为处女作，使用CMOS制程，推出从RF到基频整合型的单芯片。目前正开发WLAN。可能首先推出的芯片为MAC芯片，做为家用网关器解决方案的一部份。

曾在Ethernet大放异彩的National Semicondoctor(NS)，自不会放弃攻入WLAN的机会，以收并innoComm取得技术。innoComm原先跨入Bluetooth RF的产品开发，使用CMOS制程，随后又转进802.11a/b和HomeRF芯片组的开发。NS利用innoComm的RF，以及自己开发的基频芯片，建构成两颗一组的Bluetooth芯片组，Proxim早已是WLAN知名的厂商，长期以来自行开发RF芯片，后又和Intel合作，独占HomeRF市场，在2000年中旬吃下Farallon，取得802.11b的技术，另和Atheros共同开发802.11a。Sharewave亦是在WLAN产品上赫赫有名，在2001年夏被Cirrus Logic合并。该公司拥有很好的WLAN和家用网关器的软件和IC技术，包括802.11a之MAC技术，构建完整的解决方案。在Ethernet PHY挑战Broadcom的Marvell，亦师法Broadcom拥抱WLAN的策略，开发CMOS制程的802.11b RF，预定在2001年下半年推出样品，2002年再下基频芯片一域。

新兴公司如雨后春笋般林立

在新兴专业IC业者方面亦积极在WLAN布局，尤以先在Bluetooth取得先机而开花结果的业者，最受注目。Cambridge Silicom Radio公司的成立，即锁定短波的RF芯片卡相关技术的开发，并在1999年秋率先量产Bluetooth，2002年计划再推出WLAN芯片组。Mobilian擅长无线通讯数字和内嵌软件技术的开发，应是全球第一个开发出802.11b和Bluetooth通吃的单一颗RF，以及单一颗基频电路，PAN和LAN的无线化和整合化，并将使其主要的Bluetooth竞争对手跟随推出类似的产品。Silicon Wave亦是Bluetooth的先期开发业者，推出双芯片的解决方案，其RF芯片更特别使用SOI制程，堪称是业界的创举。Signia Technologies广为台湾创投业界所知，主要是投注在Bluetooth的开发。Systemonic是德国的专业IC设计公司，擅长802.11a的DSP；以精于无线通讯软件挂帅，广获业界的重视，甚至赢得Sony的青睐，而投资该公司。其它新兴专业IC设计公司，已渐建立一定知名度的包括BrightCom、Global Communication Devices、KC Technology、Lan Wave、International Wireless Technologies、Magis Networks、NewLogic Technology、nBank、Park Vision、RF Waves、Resonext、Spirea、Siliconians、Xtreme Spectrum、Xemics等，不胜枚举。

台湾业界跨入WLAN芯片组开发的并未获得真正的统计数目，推测应有10家以上，几乎所有已拥有Ethernet专业IC产品线的业者，都会进入开发，外加新成立的公司。惟台湾业界对WLAN的技术能力仍较为生疏，短期内不易见到有着实的成果，或许在2003年后，方可能有具体的成绩。