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新通訊技術 pCell ,是創新還是換湯不換藥?

20130407

pCell 是技術創新?
插圖:默伊

對無線通信技術有興趣的讀者,必定有留意到一則新聞,美國新創公司 Artemis Networks 發表新技術 — pCell,宣稱能夠徹底解決目前 3/4G系統頻寬不足的困境。業者表示,只要裝設 pCell,不論是在陳奕迅演唱會、或是101倒數跨年,每一位使用者都可以順利上網,同時與身邊的人狂歡,還可以跟遠方的朋友用 LINE 聊天。

創業家光環引爆話題

Artemis 的 CEO Steve Perlman 是一位連續創業家,曾經在 Apple、微軟工作,代表產品有 Apple 的 QuickTime,是一位知名的業界人士。二月下旬,他在哥倫比亞大學展示 pCell 的開發成果。八台放在一起的 iPhone,透過 pCell,不僅可以輕易同時連上網路,還能播放高畫質影片。

這項驚人的展示,搭配 Steve Perlman 過往的經歷,立刻讓 pCell 引起注意,紐約時報等媒體紛紛報導。接受媒體專訪時,Steve Perlman 娓娓道出他對「創新」的看法:

這是一個漸進主義至上的時代,我們可能沒注意到,但如果你正在研發具有顛覆意義的產品時,一切就變得很明顯了。如果你去參加電子產品展覽,你會發現每家廠商都把「創新」掛在嘴邊,創新、創新、創新,嗯,然後你得到了一台更高解析度的螢幕,拿到了一顆更快速的處理器,或是一片可以用撐更久的電池。對我來說,「創新」是當你做了一件全新的商品,你知道這跟現有的產品是完全不同類型的。或者,假如你想在一個發展成熟的領域裡談創新,好比通信領域,那你至少得來個十倍以上的進步,我才會稱之為「創新」。
We are in an era of incrementalism. We may not notice it, but if you’re in the business of inventing disruptive things, it’s readily apparent. If you look at the consumer electronics show, every booth was talking about innovation, innovation, innovation. Well, you’ve got a higher resolution screen. You’ve got slightly faster processor. You’ve got a little better battery life. To me, the definition of invention is if you do something entirely new — you know, it’s orthogonal to the way things are done. Or, if you’re looking at something in an established field — say, communications — it’s got to be about a tenfold improvement, then I would view that to be an invention.

這席話句句打動人心,我們彷彿看見一位天才發明家,正準備以一己之力,推動通信領域邁進。

質疑聲浪

國際電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers: IEEE)的網站也刊載了 pCell 的報導。然而,這篇報導卻遭到截然不同的對待:將近50則留言中,絕大多數都是負面評價。最受歡迎的評價開頭是這樣的:

“I cannot believe IEEE Spectrum has posted this article. It is OK for New York Times to fall for the propaganda of a startup, but IEEE? Come on.”

另外,各位可能在無線網路分享器或筆電上看過 MIMO 這組縮寫(如果沒看到縮寫,看到有好幾根天線,也差不多就是這個意思),全名是「多輸入多輸出技術(multiple-input multiple-output: MIMO)」。pCell的核心技術「分散式輸入分散式輸出DIDO(distributive-input distributive-output)」即是基於 MIMO 演進而來。

另一個國外媒體 Fast Net News 宣稱訪問了數位國際知名通信大師對 pCell 的看法,其中包括了 MIMO 技術的重要發明人之一,Stanford大學的 Arogyaswami Paulraj 教授,得到了這樣的回答:

“Too many red flags in the desc. including irrelevant connections. Claiming complex math to disguise the scheme is also a red flag too. DIDO write up is vague and filled with irrelevant stuff - one has to be very skeptical.”

學術界在無線通信發展扮演相當重要的腳色,許多教授學而優則創業,從事的研究都具有高度實用價值。好比 Atheros 的創辦人即是同樣來自 Stanford 的教授,第一顆推出802.11n晶片的公司也是瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zürich)的研究團隊所創辦,可惜剛好遇上金融海嘯,不久後公司倒閉了。要是這份回應屬實,絕對不是來自象牙塔的聲音,聽聽就可以算了的。

pCell 與目前3/4G通信系統比較

究竟 pCell 為何在受到媒體歡迎的同時,又受到工程師們的質疑呢?現在的3/4G系統,每一座基地台有特定的服務區域。當有多個使用者想透過同一座基地台連上網,基地台通常採用 TDMAFDMA 的多工技術。

簡單來說,我們可以將上網資源看成一塊黑糖糕,黑糖糕的長是時間,寬是頻寬。想上網的各位則是愛吃黑糖糕的人。只有一個人的時候,我們可以吃掉整塊黑糖糕。但要是人一多,就必須將這塊黑糖糕切成好幾塊,每個人分到不同區塊,在不同的時間、不同的頻帶內上網。人數越多,自然吃得越少,越沒有飽足感。

當 MIMO 這項技術被發明,甚至被用來作為處理多使用者(multiuser MIMO)後,狀況獲得改善。透過 MIMO 技術,無線電磁波將具備指向性,可針對特定使用者發送信號,同時不對其他使用者造成過大的干擾。

理論上基地台有X根天線時,最多即可同時服務X位使用者,這X位使用者不需要「分享」同一塊黑糖糕,每一位都有自己的一整塊。

至於 pCell 的核心技術 DIDO,許多人以為那台閃亮亮的 pCell 功能強大,其實剛好相反,每一台 pCell 的功能只和傳統基地台上的一根天線差不多,僅負責傳輸與接收信號。這些信號還得透過光纖或其他 backhaul 網路,與中央處理器連結,由中央處理器統整、進行信號處理。這麼一來,當裝了X台 pCell 的區域,可以想像成是一台超級巨大的基地台埋藏在地底深處,從城市的各個角落露出了X根天線,支援X位使用者。

換句話說,pCell 想實現的正是 city café 的台詞—「整座城市都是我的基地台」。

執行上的困難

「整座城市都是我的基地台」這件事並不會不好,事實上非常好,好到必然會落在通信技術發展的軌跡上。事實上,好幾年前就有人提過類似的技術,例如將多個基地台利用 backhaul 網路連結起來,視為一個巨大基地台的 Coordinated Multipoint (CoMP)Transmission,在4G通信標準制定時就有被討論。

然而,儘管這項技術的概念很好,執行上有許多難處需要克服。好比說,要將這麼多 pCell 連結再一起,需要布建多少 backhaul 網路、光纖網路?這些網路提供的傳輸速率、信號延遲是否能實現整個巨大、虛擬的基地台服務?

依現況來看,4G 基地台最多僅支援8根天線下的多使用者環境,而 pCell 的集中式運作得同時應付數十位使用者,相關的信號處理必定相當複雜。然而,從公開文獻中,並沒有看到 pCell 針對這些困境提出解決之道,提出的概念又與先前已知的方法相差不遠。因此,儘管展示成功,pCell 的可擴展性 (scalability)是令人存疑的。八台同時同地上網的 iPhone 不代表可以達到業者宣稱將來能「支援一整個體育館的使用者」的效能。當然,也不代表不行。只是這一切都還是個問號。

科技越辯越明

pCell 的正面報導,以及後續的批評與質疑,並非特例,我們早就經歷過無數次類似的事件了。當人們養成大量獲取知識的習慣後,媒體只能在短時間內,即時產出各式各樣的新聞來滿足大家的胃口。有限時間內,自然無法好好蒐集資料,靜心等待專家回應。

但往好的方面想,傳統時代發言權被掌握在少數媒體手中,就算有錯我們也不知道。至少現在,只要你留心,對每個議題都心存「可能不一定是這樣」的想法,趁通勤時花一些時間上網逛逛,總是能找到另一個面向,或許規模不比主流媒體,但更完整、詳實的報導,好比這裡。

前提是,你最好祈禱 pCell 真的是突破性的發明,這樣手機才能在通勤時間的捷運中連上網路。

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