非標準射頻浮出檯面　以低功耗/成本優勢搶攻通訊市場

相較於標準協定射頻的協定複雜、開發難度與週期皆長，非標準性、專屬性(Proprietary)射頻具有低功耗、低成本及易開發等特性，因此逐步蠶食原本採用標準協定射頻的無線通訊市場。Nordic亞太區銷售經理陳志謙(圖1)表示，由於非標準射頻毋須遵從標準規範，如IEE802.15，因此可促使產品快速上市，並減少一次性收費(Non-recuring Expence, NRE)，同時，透過客製化協定及抗干擾技術，廠商可突顯其產品差異化。  

非標準射頻解決方案紛紛出籠  

目前市場上有多家廠商推出非標準射頻解決方案，包括Nordic、Chipcon(已被德州儀器購併)、Zensys、賽普拉斯(Cypress)、飛思卡爾(Freescale)等國際廠商皆已在該市場耕耘有成，即便是具有多項標準協定射頻解決方案的通訊大廠德州儀器也推出非標準射頻解決方案，尤其在購併Chipcon之後，27M～2.4GHz頻段的解決方案一應俱全。  

Nordic在非標準射頻市場經營有成  

Nordic成立於1983年，為非標準射頻市場的領導廠商之一，其解決方案涵蓋300M～2.4GHz，採用0.18微米製程技術，最高傳輸速度可達 4Mbit/s。陳志謙表示，非標準射頻市場競爭者眾，Nordic的致勝關鍵在於兼具效能與成本，並且提供客製化設計，該公司在2004年的成長速度最快，成長率高達130%，而2005年的成長率為60%，預計2006年可達60～70%，目前nRF2401A是2.4GHz解決方案中出貨量最多的產品，也有客戶採用其他2.4GHz解決方案，傳送距離達100公尺以上，未來其產品將朝低功耗及小尺寸方向前進。  

Nordic目前的主力產品是2.4GHz解決方案，陳志謙表示，該公司的無線收發器具有超低功耗及低價格之特性，與競爭者的2.4GHz解決方案相較，在語音串流、無線滑鼠及工業網路等應用上之效能表現略勝一籌，此外在技術上，Nordic深知設計無線電路時，最重要的就是規格所指定的傳輸範圍之可靠性，且該公司也特別重視在電路為抗干擾持續檢查連結性時所損耗的電力。  

目前該公司解決方案的應用領域相當廣泛，包括數位音訊廣播(DAB)產品、主動式無線射頻辨識(RFID)產品、個人電腦周邊產品、自動讀表、引擎遙控、溫度/濕氣感測器及胎壓檢測等，這些應用與藍芽、ZigBee、無線USB等無線技術之應用範疇大同小異，因此市場競爭之激烈可想而知。另外，中國大陸個人電腦廠商聯想所開發的無線麥克風、南韓消費性電子公司Chois開發的X-Pointer II無線滑鼠、台灣廠商羅技的無線滑鼠以及運動設備製造商Polar所開發的智慧化運動設備平台等，皆是採用Nordic的射頻解決方案。陳志謙表示，在台灣部分，客戶多從事開發個人電腦周邊產品例如滑鼠、鍵盤等，而且台灣大部分的滑鼠、鍵盤廠商皆是採用Nordic的解決方案，此外，也有客戶從事開發耳機。  

Z-Wave鎖定家庭自動化市場  

與ZigBee對打的非標準射頻技術還包括Z-Wave，該技術由Zensys所開發，採用868M/915MHz頻段，在室內的傳輸距離為30～50公尺，室外則可達130公尺，目標市場為家庭自動化控制，支援232個無線感測網路節點數。Zensys亞太區業務總監王俞喬(圖2)表示，許多無線技術皆能應用在家庭內，但談到「家庭」的概念時，首重的就是成本，Z-Wave射頻解決方案符合低成本的要求，包括剩餘物料清單(RBOM)可降低至1美元以下。  

Z-Wave射頻採用FSK調變方式，支援雙向傳輸，在距離100公尺時，傳輸速度可達40kbit/s，且相容性高，預期下一代解決方案將以系統單晶片 (SoC)的方式呈現，傳輸速度將達120kbit/s。王俞喬表示，Zensys將在2007年設計支援2.4GHz頻段的射頻解決方案，未來則進一步提供400M～2.4GHz一系列的產品。  

仿效英特爾推出「Intel Inside」的口號，Zensys也推出「Z-Wave Inside」的策略，內容包括技術領先、家庭控制標準以及產業生態體系。王俞喬表示，在技術領先方面，該公司將致力提供最低成本的射頻解決方案，在家庭控制標準方面，專注開發完整的協定堆疊與Device Libraries，力求Z-Wave產品能完全互通，至於產業生態體系，是指由原始設備製造商(OEM)將各式各樣的產品推向市場。  

該公司從歐美地區開始發展業務，如今跨向亞洲地區，串起完整的產業鏈。王俞喬表示，Zensys在歐美地區已建立穩固基礎，近期在推廣亞洲地區包括韓國、中國大陸及台灣等地的業務上也初有斬獲(圖3)，美國三大燈具公司皆是其客戶，也有許多台灣原始設計製造商(ODM)成為其客戶，預計下一步將搶攻台灣自有品牌市場。  

WirelessUSB應用市場擴大  

賽普拉斯(Cypress)的無線USB技術稱為WirelessUSB，支援2.4GHz頻段，傳輸距離從50公尺～200公尺，而且使用既有的USB 架構，因此不需要額外的驅動軟體。其最新一代的射頻解決方案WirelessUSB LP可雙向傳輸，採用直接序列展頻(DSSS)技術時，傳輸速度可達250kbit/s，而採用GFSK調變技術時，可達1Mbit/s。該公司資深業務經理王振榮(圖4)表示，該解決方案的特點在於低功耗與低成本，其平均銷售價格(ASP)低於1美元，另外，PRoC LP是業界少有、整合射頻與微控制器(MCU)的非標準解決方案。  

目前WirelessUSB主要是應用在個人電腦周邊的人性介面裝置(HID)，王振榮表示，無線HID相當注重利益與使用品質，所謂利益包括物料清單成本、開發成本、支援成本以及零售價格等，而使用品質則包含操作時不受干擾、電池生命週期長、連結容易以及創意設計等。  

除了HID外，WirelessUSB也應用於玩具、網路電話(VoIP)、車用全球衛星定位系統(GPS)遙控器及微軟的MCE遙控器等，目前賽普拉斯也正與自動讀表廠商洽談中，並預期摩托羅拉的下一代網路機上盒(IP STB)將採用其解決方案。  

無線USB市場戰況激烈  

WirelessUSB與飛思卡爾開發的CableFree USB皆是非標準無線USB技術，兩者相互競爭，同時，該兩技術又威脅到USB規格制訂者論壇所背書認可的標準無線USB技術Certified Wireless USB。  

CableFree USB與Certified Wireless USB的傳輸速度皆比WirelessUSB快上許多，CableFree USB的傳輸速度介於114M～28.5Mbit/s之間，而Certified Wireless USB在距離3公尺內，傳輸速度可高達480MBit/s，此速度與高速USB完全一樣。CableFree USB與WirelessUSB一樣，毋須額外的驅動程式，而Certified Wireless USB則需要特定的驅動軟體，目前微軟已經提供α版本。  

在出貨速度上，WirelessUSB則領先許多，CableFree USB與Certified Wireless USB的晶片雖已上市，但在2006年6月，CableFree USB終端產品才會推出，第一批產品是個人電腦端連線用的收發器(Dongle)以及裝置端連線用的USB集線器。至於Certified Wireless USB至今尚未有產品上市，其目標市場是所有的USB裝置。  

比較Sub GHz與2.4GHz頻段  

目前國際廠商多以2.4GHz頻段的非標準射頻為主力，且首要目標市場皆擺在HID，取代傳統的27MHz射頻。王振榮表示，與賽普拉斯所開發的 WirelessUSB 2.4GHz射頻相較(表1)，27MHz射頻在功耗、連結性、睡眠模式切換(TouchWake)、抗干擾性、傳輸距離及安全性(Co- location)等方面略遜一籌。而27MHz與2.4GHz射頻皆具有的優點包括低成本及隨插即用。  

雖然2.4GHz射頻有其優勢，但卻不適合一些應用，陳志謙表示，須要傳送一公里以上距離的應用通常會採用315M/433MHz頻段的射頻，因為相較於 Sub GHz，2.4GHz射頻的傳輸距離較短，且穿透力差。王俞喬也表示，在2.4GHz頻段上，存在太多協定訊號，因此訊號干擾情形很嚴重，加上穿透力差，不適合室內環境應用，Sub GHz射頻的成本相對較低且尺寸較小，同時，耗電量也較低，而自動化控制應用特別重視功耗。  

2.4GHz雜訊多 抗干擾技術之重要性提升  

由於毋須授權，採用2.4GHz頻段的通訊協定相當多，例如藍芽、ZigBee、近距離無線通訊(NFC)及無線區域網路(WLAN)等，許多家電產品如無線電話及微波爐等，與非標準射頻也使用該頻段，因此廠商勢必加強偵測與抗干擾技術。  

賽普拉斯採用的抗干擾方式為DSSS，並輔以AutoRate Receiver技術，不須協調變更速率便可使用各種速率接收資料。王振榮表示，每個WirelessUSB通道的頻寬為1MHz，故 WirelessUSB可將2.4GHz頻段分割成79個1MHz通道，此方式與藍芽相去不遠。而且，任何WirelessUSB裝置皆能轉換頻道，換言之，這些裝置最初雖採用固定的通道，一旦發生干擾情況，鏈路品質下降時，則會動態地改變通道。此外，WirelessUSB採用偽噪音(PN)碼來編碼每個資訊位元，大多是使用32碼片PN編碼，以便在每個32碼片符號中編碼兩位元資訊位元，該方案可糾正3個碼片錯誤(每符號)，並能檢測10個碼片錯誤 (每符號)，如此可達到錯誤更正的目的。  

Nordic則是根據不同應用所採用的頻寬與功耗提供客製化抗干擾技術，陳志謙表示，例如適用於語音串流的nRF24Z1便同時採用適應性跳頻 (Adaptive Frequency Hopping, AFH)及GFSK技術，而超低功耗的nRF24AP1多被採用於相當低工作週期(Duty Cycle)的應用，譬如運動用的心率測量螢幕或手錶計時器，便採用由協力廠商Dynastream Innovations所開發的TDMA(Time Domain Multiple Access)技術。  

而不可避免地，干擾必定導致遺失封包，而封包遺失後將會被再度傳送，導致消費頻寬與電力，這也是為何在實驗室中測量的傳輸速度總比實際上高。陳志謙表示，採用非標準射頻的好處也在於設計者可以選擇並調整避免碰撞(Collision Avoidance)方式，而非妥協於標準所規定的方式。  

非標準射頻與藍芽/ZigBee激戰開打  

非標準無線技術不僅與藍芽及ZigBee等標準技術爭奪使用頻段，在應用市場上更是競爭激烈。  

非標準射頻搶占藍芽/ZigBee市場  

ZigBee應用主要是透過無線感測網路，達到自動化控制的目的，其應用範圍相當廣泛，涵蓋家庭/大樓/工業自動化控制、醫療、自動讀表、油田、氣象、交通、環保及電力各領域。  

Z-Wave正是針對家庭自動化控制市場與ZigBee相互較勁，由於ZigBee本身尚有多種技術及市場問題待解決，正好給了Z-Wave趁勢發展的大好機會。王俞喬表示，雖然有許多建商投入ZigBee系統開發，但是家庭自動化產品的使用對象是一般消費者，消費市場的特性便是產品的價格需便宜且簡單易用，Z-Wave產品的特性即能切中需求，目前消費者可在市面上買到Z-Wave產品，自行在家安裝，而且Z-Wave還支援行動式控制器，這也是 ZigBee無法比擬的。  

賽普拉斯與Nordic皆正在搶攻自動讀表市場，Nordic的nRF24AP1解決方案在該公司所有的2.4GHz射頻中功耗最低，由於內嵌 Dynastream Innovations所開發的ANT協定(表2)，因此支援星狀及點對點網路形式，可應用在無線感測網路，不僅可取代藍芽，還威脅到ZigBee的生存空間。陳志謙表示，其客戶Polar便將其應用在運動用品感測網路，此外，還應用在中國大陸及印度的自動讀表(AMR)以及汽車胎壓檢測。陳志謙解釋，水表公司通常不希望其產品與其他公司的產品互通。  

在HID、耳機及家用遙控器等應用上，非標準射頻主要是與藍芽競爭。陳志謙表示，在無線語音連結上，特別容易受到2.4GHz頻段上其他訊號的干擾，而且 Nordic的解決方案還提供良好的語音品質，因此比藍芽更適合應用在語音相關應用上，挪威家電公司Asono便採用其nRF24Z1解決方案以取代藍芽，應用於DAB設備。陳志謙並引述Asono所言，Asono曾嘗試採用藍芽做無線連結，結果發現功耗過高，即便處於待命狀態時，仍快速消耗電池的電力。  

藍芽與ZigBee技術瓶頸待克服  

雖然藍芽與ZigBee為標準通訊協定，可以確保眾多產品間的互通性，但非標準無線技術仍能在許多應用上取代藍芽與ZigBee，原因即在於兩大技術存在不少問題。陳志謙表示，IEEE802.xx標準本身就是大多數技術問題的源頭，為了符合複雜的標準，工程人員開發產品的週期因此拉長。若製造商希望產品成為Piconet的一部份、與其他製造商的產品互通，藍芽將是相當合適的解決方案，但在同一個製造商產品所構成的點對點網路上，藍芽效能表現較差，陳志謙表示，在藍芽市場吵得沸沸揚揚的同時，許多設計者相當容易忽略這個事實，而ZigBee也同樣面臨上述的挑戰。  

藍芽也有支援8個節點聯網的版本標準，對於需大量節點進行控制的應用來說則顯不足。王俞喬也表示，藍芽的延遲時間過長，對於控制應用來說是相當大的缺點。而ZigBee出貨量始終無法提升，德積科技總經理鄭詩宗表示，ZigBee市場的起飛完全視基礎建設商如何運作，而非消費者，因此其晶片量產的門檻很高，價格也居高不下。  

相較於非標準無線技術，藍芽與ZigBee的功耗顯得相對較高，陳志謙表示，以典型藍芽1.2版本的收發器為例，其平均耗電量約60毫瓦，而Nordic 開發的nRF24Z1，平均傳送電流為17.8毫瓦，平均接收電流為22.9毫瓦；在Idle模式下，藍芽為了維護同步運作，仍有高達8毫瓦的耗電量，而 nRF24Z1只需5微瓦，ZigBee則需350微瓦。  

此外，藍芽與ZigBee的成本皆相對較高，由於必須符合標準，開發成本因此提高，目前藍芽與ZigBee晶片售價皆超過3美元。王振榮認為，對於HID製造商來說，負擔不起3美元的晶片價格。  

主動式RFID開拓非標準射頻市場商機  

除了主要的藍芽與ZigBee市場，非標準射頻也瞄準主動式RFID市場商機，陳志謙表示，由於被動式RFID市場發展延宕，許多廠商紛紛轉向開發主動式 RFID產品，而採用主動式RFID系統通常應用在具專屬性、非開放性的環境，且對於功耗的要求相當高，電池須持續運作3～5年，因此主動式RFID成為非標準射頻的新興應用，瑞典廠商Free2move便是採用Nordic nRF2401A解決方案，開發2.4GHz主動式RFID標籤與讀取器。  

雖然Free2move擁有專業的藍芽技術，但其產品經理Dan Hellgren表示，採用藍芽難以建立一套每秒可快速讀取超過300個標籤的商業化RFID系統，主要原因在於其延遲時間長，且功耗過高。  

非標準射頻市場逐步擴大  

Nordic在非標準射頻市場已交出相當漂亮的成績單，陳志謙表示，該公司會持續開發更低功耗、成本及更大頻寬的非標準射頻。王俞喬則認為，2007年將是驗收成果相當重要的一年，屆時將可在市場上看到更多Z-Wave產品。  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌69期11月號)