LTE 與 Wi-Fi 競合將日趨激烈

在無線通訊成為資訊應用的主流，並伴隨著資料用量大增，原先分別應用在行動電訊網路的 LTE 與多在室內環境的 Wi-Fi，也因為應用需求的變化而走向的暨合作又競爭的微妙關係。

目前所有市面上流行的資通訊（Information Communication Technology / ICT）產品都是相關技術競爭下的勝利者。通訊標準自然也不例外，個人電腦與筆記型電腦常用的無線網路（Wi-Fi）如此，現今人手一台，甚至好幾台的智慧型手機與平板電腦常使用的長程演進（Long Term Evolution / LTE）亦是如此，過去這兩者分居資料通訊界與電信網路不同領域井水不犯河水，但隨著個人行動裝置微小化，穿戴（Wearable）裝置與物聯網（Internet of Thing/IoT）打破許多應用的界線，兩者之間的競合終將越演越烈。

上個世紀還在大型電腦時代時即有網路連結各電腦的需要，許多不同電腦網路技術被發展出。那時大型的電機電子組織如電機電子工程協會（IEEE）並沒有參與標準的制定。

各個技術分由不同公司組成聯盟力推，由市場需要決定優勝劣敗。在那時候，除了現存的乙太網路（Ethernet）外還包含 IBM 主推的記號環（Token Ring）、記號排（Token Bus）等紛紛在市場上競爭，後來由成本較為低價的乙太網路（Ethernetr）勝出。

通訊標準牽涉到雙方溝通的相容性。實有制定標準的需要，故後來 IEEE 將相關的區域網路（LAN）如乙太網路、記號排、記號環與 DQDB 分別訂為 802.3,、802.4、802.5、802.6 標準以繼續開發。以 802.3 為例，隨著人類對有線網路通訊的需要，更快的速度陸續被參與標準的廠商討論而制定出來，例如 802.3u 制定了 100 Mbps，而目前筆記型電腦隨手可見的標準介面 1Gbps 乙太網路則使用 802.3ab 標準。

產品戰場由市場改至標準組織內

無線網路（Wireless LAN/WLAN / Wi-Fi）由於較有線網路為晚發展，當時所有廠商已經意識到自己先推標準到市場並不符合成本效益，故紛紛於 IEEE 制訂無線網路標準時加入討論。

IEEE 將 WLAN 定為 802.11。最早 802.11 使用了兩種展頻技術：跳頻與直接序列，後來又加入了正交頻率分隔多工（OFDM）技術，每個標準在制定時，由於各個公司擅長領域不同，常為了細節制訂在委員會會議上吵得不可開交。甚至乾脆自己先行偷跑，將尚未標準化的草稿（Draft）做成產品販售到市場上，以贏得最大的市場佔有率。

無線電信或是蜂巢式（Cellular）技術演化也有類似結果，第二代電信標準為了達到移動通話無縫接軌的需要，制定了全球行動系統（Global System for Mobile / GSM），但現實是此由歐系通訊大廠（Nokia,、Ericsson 等）所制定的標準只統一了歐洲而已，美國與日本各自推出了自己的標準如 IS-95 與 PDC，為了達到行動電話能真正通行全球，做為聯合國旗下組織的國際電信組織（ITU）制定了 IMT-2000 計畫，為了符合這個標準，各國電信組織聯合起來成立了第三代合作夥伴計畫（3GPP），再由 3GPP 向 ITU 提案通過成為聯合國官方的第三代（3G）通訊標準，近年 ITU 更制定了俗稱 4G 的 IMT-Advanced，目前符合此標準的有 LTE-Advanced（LTE-A）與 IEEE 提出的 WiMAX2.0（802.16）。

無線區域網路與蜂巢技術有許多共通性

Wi-Fi 與 Cellular 有許多技術相似處。在 2000 年左右時，由於展頻技術較 TDMA 使用較大連續頻譜，理論上可得到較大的系統容量（Capacity）。IMT-2000 與 802.11 不約而同都使用展頻做為其傳輸技術。

後來由於無線通訊應用的高速成長，特別是影像需要較大的傳輸速率，為了補償高速訊號傳輸所造成的 ISI 效應，接收端所設計的等化器（Equalizer）越來越趨複雜，OFDM 本身只需極簡的等化器設計在新一代傳輸中脫穎而出，成為 3GPP Release 8 （LTE）以及 IEEE 802.11a 以後的傳輸標準。不只調變技術，包含利用空間多工的多天線傳輸（MIMO）以及拓展可用頻譜的載波聚合（Carrier Aggregation）等技術也都出現在兩者當中。

由於兩者使用的技術越來越類似，Wi-Fi 與 Cellular 過去至今主要以應用區分兩者。Wi-Fi 以短距離室內高速、Cellular 以長距離室外低速為常見應用環境。由於 Wi-Fi 常以透過乙太網路為為主要對外高速存取介面。

面對 Cellular 越來越大資料量的需要，Wi-Fi 可透過分流（Off Load）方式減輕基地台負擔，開啟兩者合作的契機。例如 Nokia 目前出貨的基地台多數亦內建 Wi-Fi 之 Access Point（AP）。3GPP 首先在 Release 8 時已建立了 Wi-Fi 聯結到演進封包核心網路（EPC）標準，一般行動終端（UE）可以透過信任（Trusted）或是非信任的 AP 兩種不同路徑聯結進入核心網路（ANDSF）。

隨著使用者移動到不同區域，LTE 的資料傳輸可以自動根據最適合的基地台或是 AP 來負責傳輸。除此之外，在目前討論 Release 13（R13）標準當中，新型的 LTE 混和計畫（LTE-Hybrid），透過基地台與手機內軟體堆疊（Protocal Stack）內 PDCP（Packet Data Convergence Protocal）內整合 Wi-Fi 與 Cellular 兩條路徑同時傳輸，可以整合兩個通訊標準加速整體傳輸速度。

面對通訊成長需要，兩者需要相同資源

由於近代通訊技術持續進步，透過先進編碼的發明，例如渦輪碼（Turbo Code）與低密度同位檢核碼（LDPC）的誕生，先進的通訊傳輸已經趨近夏農（Shannon）極限。每單位頻譜可傳輸資料進步已非常有限，不管是 Wi-Fi 或是 Cellular 都開始透過增加可用頻譜（載波聚和）來增加整體的傳輸速度。

Wi-Fi 由於早年與藍牙等共使用在 2.4GHz 壅擠的 ISM Unlicensed（無須授權）頻段，IEEE 802.11ac 等現行技術成熟時就已經使用 5 GHz 的 Unlicensed 頻段。在 5G 的頻段中，約有快 500 MHz 等可用頻段可以使用。

由於在目前 LTE 世代時，要找到一個全球各國共同接受的頻段已經十分困難，故 LTE-A 與正在制定未來的 LTE-B（Release 12 以後）標準，皆瞄準此 5G 頻段做為 LTE-Unlicensed （LTE-U）or LTE-LAA（Licensed Assist Access）可聚合頻段。目前 LAA 已經於 3GPP RAN1 完成研究階段（Study Item），將朝標準工作項目（Work Item）制訂詳細規格。

由於 LAA 將使用與 Wi-Fi 相同 5G 頻段。為了相容 Wi-Fi 等既有設備，LAA 必須使用 Listen Before Talk（LBT）──也就是 Wi-Fi 與乙太網路所使用的載波感測多工（Carrier Sense Multiple Access / CSMA）技術。

純以理論而言，LTE 與 Wi-Fi 雖在實體層皆使用 OFDM，但在媒體存取層（MAC）以上，LTE 由於在眾手機端（UE）掌握度較 Wi-Fi 只簡單使用 CSMA 要高，整體系統服務存取效率還是以 LTE 為優。但即使如此，傳統 Wi-Fi 大廠如 Broadcom 與 Cisco 還是在 3GPP RAN1 會議中提出對現有 Wi-Fi 裝置將會造成干擾表達憂慮。

除了高速應用，Wi-Fi 與 LTE-LAA 正研討共用 5G 頻段外，在低速物聯網的另一端，兩技術也同時競爭此應用。Wi-Fi 聯盟提出了 IEEE 802.11ah 此低於 1GHz 頻段做為物聯網的使用技術，而 LTE 除了在 R12 前已定義之 Category 1（Cat1）傳輸 10 Mbps 之外，另外又在 R13 另外定義 Cat0，甚至傳輸速度只需 200Kbps 的 Cat-M（Machine Type Communication）。而在 R12 後甚至到未來 5G 都將扮演重要地位的小基地台（Small Cell）在在都威脅到既有 Wi-Fi 的應用地位。

兩者競合注定越演越烈

2000年藍牙技術剛興起時，傳輸速度與 Wi-Fi 及 Cellular 差距不大，與此兩者技術競爭下，一度屈居弱勢，當時甚至還有藍牙已死的言論出現，後來藍牙專注於無線低速應用環境，在許多周邊應用找到了自己的市場位置。

而源自電信網路在使用全 IP 化之 LTE 架構之後，已經跳脫原來語音和低速資料傳輸的領域，有與 Wi-Fi 直接競爭高速資料傳輸的可能，當然 Wi-Fi 在成本以及既有布建架構上還是有不少優勢。由上述可知，LTE 將與 Wi-Fi 在現有合作分流與未來的競爭領域越來越緊密，LTE 與 Wi-Fi 之間的競合將會是未來幾年一個非常值得注意的話題。

（首圖來源：Flickr/Charleston’s TheDigitel CC BY 2.0）

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