UWB賣相甚佳高速率、低成本 滿足家庭網路市場

2004-08-27
儘管無線網路解決方案已成功打入企業和公共區域市場,但家庭網路市場仍在尋找適合的無線解決方案...
儘管無線網路解決方案已成功打入企業和公共區域市場,但家庭網路市場仍在尋找適合的無線解決方案。隨著多媒體設備和應用的增加,家庭市場對於無線連接的需求也更為迫切。然而,現有的技術方案卻無法滿足該市場的特殊要求,家庭無線技術在許多方面仍處於「黑暗年代」。家庭無線市場不同於其他市場,因為它同時要求能支持多個數位鏈的高傳輸速率、有利於消費者廣泛接受的超低成本,以及能嵌入手持裝置的超低功耗。  

以全新方式設計出的超寬頻(UWB)無線通訊系統,即針對家庭市場的超高標準做出了響應。  

若想在家庭無線市場獲得成功,關鍵在開發出一種能使家庭每個角落都能被無線覆蓋的網路架構。專注於家庭市場的OEM廠商正為此一目標而努力。典型的住宅可能是一個500平方英尺的公寓,也可能是10,000平方英尺的獨棟建築,或者是任何介於二者之間。目前市面上的技術並無法真正做到「全宅覆蓋」,因為所有的無線解決方案的工作範圍都是有限的,更重要的是根本無法事前評估住宅的大小。因此,現階段的無線家庭網路通常直接通過cable或者xDSL modem連入寬頻,並試圖用一個接入點來覆蓋整個家庭,這種方法就是所謂的「家用閘道器」。  

UWB符合全宅覆蓋的網路需求  

雖然這種通過一個接點覆蓋整個家庭的方案,對普通的終端用戶和服務供應商具有成本效益,但它並不完全適合用來實現全宅覆蓋。真正有效的方式是可升級的動態網路配置方式,它能隨所連接設備的數量或住宅網路覆蓋的範圍大小而變化,這種技術就是所謂的「網狀(mesh)」。網狀網路基本上允許網路中的每個設備既可充當網路中的一個用戶,也可以作為網路基礎設施中的一部分。基本上,這些電子設備都可充當網路中的一個接入點,也可作為與無線覆蓋範圍以外設備相連接的一條路徑。在某些情況下,可在房間牆壁的插座上安裝一些低成本的固定單元設備,為相距較遠的鄰近設備提供連接支持。  

由於可以連接更多的電子設備,這種類型的架構提供了更大的容量和覆蓋範圍。此外,如果以UWB作為該架構中使用的無線傳輸技術,將可以允許在家庭應用中採用成本和功耗都非常低的接入點,這是現有的無線解決方案當中所無法匹敵的。  

市場研究公司In-Stat/MDR預估,針對家庭網路應用市場的半導體晶片數量將由2003年的1,116億顆增長到2007年的3,066億顆。其中,無線部分的晶片數量將由2003年2,050萬顆增長到2007年的8,110萬顆,複合年增率達31.6%。寬頻網路切入、PC價格下降、電腦普及率的提高、家庭辦公數量的增加,所有這些因素都將推動消費者對無線連接的需求不斷上升。  

目前家庭市場中的無線解決方案必須在傳輸速率、執行成本及功耗間取得平衡。傳輸速率的提高通常代表著成本及功耗的上升,這是因為傳輸速率較高的解決方案需要採用更加複雜的訊號處理技術,需要更多的晶片面積,從而導致成本及功耗的增加。  

然而,消費電子市場逐漸轉向以媒體娛樂為主,且一般都是由電池驅動手持設備,成本也在不斷下降。另外,支持多數位視頻或音頻的網路都要求更高的頻寬。數位顯示設備(等離子或DLP顯示器)、PDA和MP3播放器等全數位格式的設備,其傳輸速率從每秒數百個Kbps(如MP3的傳輸率?320kbps),到幾十個Mbps(如MPEG2格式的DVD傳輸率是10 Mbps,而MPEG2 HD則高達25 Mbps)。  

要想為這些設備增加無線連接功能,必須做到高傳輸率、低耗電與價格經濟三者之間的均衡,才能夠同時兼顧快速、增加電池壽命並且吸引消費者的目光。最近的研究結果顯示,消費者只想花費設備價格的5%到10%,來為產品增加無線聯網能力,這個消息無異為消費電子OEM施加了巨大的壓力。  

各種無線解決方案 各有優缺點  

以下介紹並比較目前市場上的各種無線解決方案。從以下的比較可以看出,要想在傳輸速率、功耗和成本間取得平衡是一項相當困難的工程。  

802.11a功耗大、不支援媒體流  

理論上,802.11a的傳輸速率能達54Mbps,但實際有效的速率則約只為35Mbps,能夠支援多個數字視頻或音頻鏈。所有802.11x都存在傳輸速率縮水的問題,主要原因來自於協定效率不高及系統消耗。與其它的802.11x相比,802.11a雖然在數據傳輸速度方面有所提升,但由於MAC協定基本設計的問題,在處理多媒體傳輸速度方面仍不足。IEEE 802.11x最初設計時是作為一種基於分組的網路協定,類似乙太網路,因此並不支援媒體流的特殊需求。而且,由於其功耗約為1.5~2W,使其完全無法使用於PDA等由電池驅動的設備中。對於消費性電子市場來說,它目前的成本約為80~100美元,相當於NIC(網路卡),遠超出廣大消費者可接受的範圍。雖然802.11a非常適合企業或者公共區域的接入應用,因為這些場合對於成本和功耗問題不會非常敏感,但是對於重視成本及功耗的家庭網路應用市場來說,就不是一個理想的解決方案。  

802.11b頻寬不足  

802.11b的傳輸速率為11Mbps,通常被稱為「Wi-Fi」。它適合商業環境下的中距離無線傳輸,如文件共享和收發電子郵件。由於得到業界的大力支持,802.11b對於企業市場來說是一種非常可行的技術。但是,11Mbps的數據率無法支持消費電子市場中的新興多媒體應用,且目前的無線家庭市場主要是共享ISP,這意味著一個家庭中的多台PC分享一個單獨的寬頻連接。  

然而,802.11b的初衷並不是作為一種室內的家庭網路技術,其功耗問題也使OEM廠商面臨難題,難以把它用於數位相機等由電池供電的攜帶式產品。  

802.11g僅對商業環境有吸引力  

802.11g的傳輸頻率為2.4GHz,與802.11b相同。但g的傳輸速度最高可達54Mbps(實際有效數率約為35Mbps),而且保持了與 802.11b的相容性。這種802.11x的新版本吸引了業界的強烈興趣和支持,因為它可以處理文件共享和收發電子郵件等任務,對於商業環境來說是一種良好的解決方案。但是,由於其屬於802.11x技術,與802.11a存在同樣的MAC協定及功耗問題,與802.11a和802.11b一樣, 802.11g不適用於家庭中的多媒體連接。  

藍芽不適用於高速傳輸  

藍芽是美國聯邦通信委員會(FCC)在20年前提出的一種通訊技術,而在FCC提出來之前長期用於軍事,所以這並不是一項新的技術。藍芽的傳輸速率低於1 Mbps,這代表著使用藍芽技術傳送一部2小時的電影需要花費10個小時,非常不適合應用在多媒體市場。藍芽發展的初衷並不是用來做高速資料傳輸,也不是一種真正的網路技術。實際上,推動藍芽發展的主要應用是手機的無線耳機。藍芽一直以來的定位是一種低傳輸速率、點對點(point-to-point)、個人區域網(PAN)技術來開發的,允許PDA、手機和筆記型電腦間同步更新電子郵件地址簿和電話簿等內容。  

以上可知,目前市場中的所有無線解決方案,都不具備支持多個數位視頻或音頻鏈的高傳輸速率,而且耗電較多,難以滿足手持應用的需求,而價格對於消費市場來說也過於昂貴。  

目前家庭中有各式各樣的娛樂設備,如數位電視、大螢幕顯示器、音頻/視頻接收器、DVD播放機、音響、MP3播放機、數位相機等。如果有合適的無線網路解決方案加以配合,家庭中的網路應用將會繼續增長。舉例來說,家庭劇院可完全以無線的方式傳輸,而且完全不差有線傳輸的效能。另外,DVD播放機可以直接向住宅中另一個完全隔開的房間或掛在牆上的螢幕顯示器傳送訊號,再也不需要隱藏這些設備間的電線。有了合適的無線解決方案,使用者可以在家中的任何一個角落使用多媒體家電,而不需遷就電線線路的安排設計。  

在過去,針對家庭的有線電視、衛星及ADSL等寬頻服務難以在不鋪設電纜的情況下傳送資訊到各個設備。有了無線網路後,一個單一的STB或者閘道器就能夠以無線方式在家庭中傳送所有寬頻內容。另外,STB亦可管理住宅內透過同一寬頻接入的多個用戶的網路接入。只要把MP3播放器放在PC/筆記型電腦的使用範圍內,就能夠傳送數位音頻及MP3文件。可以把一台視訊遊戲機、多個遊戲桿/控制器和一個顯示器通過無線方式連接起來,身在遠處的玩家可借助STB連上網路。隨著價格的降低,數位相機越來越受歡迎。為了把相機中的照片傳送到其他地方觀看或儲存起來,目前需要USB等有線連接,或者把相機的內部記憶卡拿到 PC/筆記型電腦上的讀卡器或者一個照片瀏覽設備上。透過無線連接的傳輸方式,使用者可以立即傳送圖像給電視等任何顯示器設備。旅行途中,用戶不再需要沖洗照片或利用網路將照片傳送給他人,只要在照片沖洗店就可以瞬間將數位相機連上無線網路,並立即傳送照片。  

UWB滿足多媒體高傳輸量需求  

家庭無線連接前景令人嚮往,但業界更關心的是現階段確實可行的無線傳輸技術。實際上,2004年預計採用無線連接的家電設備包括可與電視無線連接的數位攝影機;可無線連線到電視觀看照片或連結到PC上儲存照片的數位相機;可無線連結到顯示器的STB;可無線下載且在任何房間播放音樂的MP3播放機。這些令人為之振奮的應用都可用超寬頻(Ultra WindBand, UWB)的方式加以實現。  

UWB是一種全新的無線傳輸技術,通過在較寬頻上傳送極低功率的訊號實現114Mbps的傳輸速率。與藍芽及IEEE 802.11a/b/g等頻寬相對較窄的傳統無線系統不同之處在於,UWB能在寬頻上發送一系列非常窄的低功率脈衝。較寬的頻寬、較低的功率與脈衝化數據,意味著UWB所造成的干擾將小於傳統的窄頻無線解決方案,並能夠在室內無線環境中提供與有線相似的效能。  

直接序列UWB技術可避免其他無線干擾  

直接序列超寬頻技術(Direct-Sequence UWB)對使用者來說是享受UWB帶來的所有好處的有利途徑。在家庭環境中,有很多因素都會影響無線電波的傳輸,例如家具上的折射或者無線電話、無線區域網路等其他無線訊號的干擾都會影響。  

以上這些因素會導致嚴重的訊號品質問題。而DS-UWB利用可能的最大頻寬形成最短的脈衝,可以確保順利進行連接,使設備能夠清楚地偵測出其它設備的位置,最大程度地提高連接效能和服務質量(QoS)。  

DS-UWB是一種性能優異的技術,在整個頻段中使用一致的處理技術,能夠最大程度地降低家庭中運行其它無線技術的干擾。因此能消除無線媒體傳輸中常見的抖動和延遲現象,為使用者提供高質量的無線體驗。此外,DS-UWB的範圍、功耗和速度等等多項性能指標都能得到改進。DS-UWB還具備使用簡單的特性。這樣可以降低功耗和價位,使其成為大眾市場的理想之選。  

2004年1月於拉斯維加斯的消費性電子展中,韓國三星電子已經使用超寬頻晶片組來示範同步無線傳輸3個HDTV視訊串流。在3月舉行的2004年德國漢諾威CeBIT展覽會上,臺灣的無線通訊設備供應商陽慶電子亦採用超寬頻技術將一個數位VCR、多部手提電腦和1394及超寬頻設備組合成一個無線網路,再用超寬頻晶片同時廣播兩個無線MPEG2視頻鏈。  

更多的生產商採用UWB技術應用於家用消費電子產品之中,消費者最快將於2004年能夠買到具備UWB能力的產品,把無線多媒體帶回家裏。聯合商業情報公司(市場研究公司,簡稱ABI)預測,2007年全球基於UWB的電子產品和晶片組的出貨量將達到4,510萬個。實際上,UWB可能是無線領域的「大衛」,而且文藝復興確實正在出現。  

(本文由Freescale半導體提供)  

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