家庭無線影音技術(shù)：802.1 vs .UWB

在數(shù)字家庭的應(yīng)用中，除了建立起分享性的家庭網(wǎng)絡(luò)(涵蓋PC、TV和自動(dòng)化電器)外，還有兩大趨勢(shì)：走向更高質(zhì)量的HD(High Definition)影音效果，以及以無線取代有線的技術(shù)趨勢(shì)。雖然基于Wi-Fi的IEEE802.11b/a/g產(chǎn)品已在家庭中廣泛布設(shè)，但要做為實(shí)時(shí)性串流影音的無線方案，11b/a/g仍嫌力有未逮。

對(duì)于無線傳輸來說，有三大考慮的議題，分別是：傳輸率(throughput)、距離/涵蓋范圍和可靠性(reliability)。不同的應(yīng)用會(huì)對(duì)這三大議題有所偏重，以實(shí)時(shí)性的串流影音來說，就需要極高的傳輸率及保證傳輸上的高度可靠性。無線市場(chǎng)上不斷地運(yùn)用各種可行技術(shù)來改善這三大議題，例如使用OFDM、64QAM等更復(fù)雜的調(diào)制(modulation)技術(shù)，以及提升對(duì)頻譜的利用率。

目前市場(chǎng)上有兩大新興技術(shù)可用來改善頻譜的利用率，一是超寬帶(Ultra Wideband, UWB)，一是多重輸入多重輸出(Multiple-input, multiple-output, MIMO)，后者被用在新一代的WLAN標(biāo)準(zhǔn)—— 802.11n中，而802.11n與UWB都被視為是家庭影音傳輸?shù)目尚行越鉀Q方案。本文將探討兩項(xiàng)新興技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況。
    
Draft-n規(guī)格總算進(jìn)入穩(wěn)定階段

伴隨802.11b標(biāo)準(zhǔn)在1999年7月正式通過，WLAN/Wi-Fi的應(yīng)用開始掘起。2001年WLAN芯片組的出貨量只有1千萬顆，而研究機(jī)構(gòu)ABI Research的研究指出，2005年的WLAN芯片出貨量已達(dá)1.57億顆，2006年更成長(zhǎng)到2.07億顆，成長(zhǎng)的幅度相當(dāng)驚人。拓墣產(chǎn)業(yè)研究所預(yù)估2007年全球Wi-Fi市場(chǎng)將持續(xù)呈現(xiàn)高成長(zhǎng)的走勢(shì)，成長(zhǎng)率高達(dá)47%，出貨量則可望提升到2.8億套，而其成長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力之一，即是draft-n產(chǎn)品的上市。

802.11n 1.0版草案在2006年1月通過，包括Broadcom、Atheros、Marvell等芯片廠商開大力推動(dòng)其draft-n(或稱pre-n)的芯片，而Netgear、Buffalo、Linksys等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商及一些膝上型計(jì)算機(jī)廠商也開始推出采用draft-n的產(chǎn)品。不過，draft 1.0版的規(guī)格的不確定性太高(在通過后一度收到上萬條的修正意見)，這正是市場(chǎng)接受度難以打開的主要瓶頸。

不過，在又喧喧嚷嚷了一整年后，好消息在今年1月傳來，802.11工作組已順利通過草案1.10版本，為草案2.0版本做了最終定稿，同時(shí)對(duì)802.11n標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表做進(jìn)一步的規(guī)劃。在這次的會(huì)議中的投票結(jié)果是100票贊成、0票反對(duì)、5票棄權(quán)，顯示出在歷經(jīng)9個(gè)多月的溝通后，大家對(duì)802.11n的版本已達(dá)成高度的共識(shí)，預(yù)估2.0版本并不會(huì)對(duì)1.10版本做太多的改動(dòng)，而1.10版本與現(xiàn)在市場(chǎng)上的draft-n產(chǎn)品能夠兼容，對(duì)于修訂的部分只需透過軟件的更新即可進(jìn)行升級(jí)。這對(duì)于現(xiàn)行的產(chǎn)品及今后的市場(chǎng)推展來說當(dāng)然是一大利多，即使最后的正式版本預(yù)估要到2008年才會(huì)完成，但因規(guī)格發(fā)展至今已大致抵定，想用的人已可放心使用了。
    
802.11n具備強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)

802.11n受到市場(chǎng)注目的原因，在于它針對(duì)PHY和MAC層規(guī)格都進(jìn)行了全面性的改善，讓新一代的Wi-Fi能夠突破過去在速度、距離及可靠性上的限制。在PHY層導(dǎo)入了多項(xiàng)革命性的技術(shù)，例如：更佳的OFDM調(diào)制技術(shù)、多輸入多輸出(MIMO)、分集(Diversity)及波束成形(beam-forming)的新天線技術(shù)等等；在MAC層部分最主要的突破是采用訊框匯聚(frame aggregation)的新作法，能有效提升封包處理的效率，此外，11n與11e的QoS規(guī)格有緊密的結(jié)合，讓11n更能適用于影音、通話等實(shí)時(shí)性應(yīng)用。具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參考表1。

在眾多技術(shù)中，無疑以MIMO最具影響力。MIMO采用空間分割多任務(wù)(Space-division Multiplexing, SDM)技術(shù)克服了一直被視負(fù)面性干擾因素的多徑效應(yīng)(Multipath)。MIMO透過在WLAN發(fā)射端將數(shù)據(jù)流切分為多個(gè)空間數(shù)據(jù)串流(spatial streams)，再透過不同的天線發(fā)射到相應(yīng)的接收端天線，當(dāng)空間數(shù)據(jù)串流的數(shù)量提高一倍，原則上就能將傳輸率也提升一倍。但當(dāng)空間數(shù)據(jù)串流增加時(shí)，傳輸功耗也會(huì)提升，因此Draft-n規(guī)格中制定MIMO省能(power-save)模式，也就是只有在確定多重路徑的作法能提升效能時(shí)，才會(huì)采用更耗電的多徑途徑。

802.11n雖然采用了許多新的技術(shù)，但有些是強(qiáng)制性(Mandatory)規(guī)范，有些是選擇性(Optional)規(guī)范。各家廠商除了滿足基本的標(biāo)準(zhǔn)要求以達(dá)到兼容性外，可以自行選擇支持更高階的技術(shù)選項(xiàng)，一方面可提高傳輸效能表現(xiàn)，一方面則能推出區(qū)隔化的產(chǎn)品，滿足高階及特定應(yīng)用的需求。在最佳條件下，如果廠商的產(chǎn)品支持了所有進(jìn)階的技術(shù)選項(xiàng)，802.11n的產(chǎn)品最高可達(dá)600Mbps的傳輸率。

這種產(chǎn)品需支持4 x 4的最高天線組，但目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品才剛開始從 2 x 2 的天線提升到 3 x 3 的天線，最高的原始數(shù)據(jù)傳輸率為300 Mbit/s。以Broadcom的Intensi-fi芯片組技術(shù)來說，支持2x2、3x3或4x4天線配置，而且采用all-CMOS架構(gòu)設(shè)計(jì)；Atheros的XSPAN則采用了三射頻單芯片的MIMO架構(gòu)。兩者皆同時(shí)支持2.4GHz及5GHz雙頻帶，這也是微軟最新操作系統(tǒng)中要求支持的規(guī)格。

Intel也在今年的CES中展示了多款支持Wirelss-N的AP和筆記型計(jì)算機(jī)，如圖1。目前基于Napa平臺(tái)的膝上型計(jì)算機(jī)已采用其Wireless-N技術(shù)，預(yù)定在今年3月，Intel的訊馳平臺(tái)將會(huì)升級(jí)到Santa Rosa平臺(tái)，到時(shí)將會(huì)內(nèi)建支持下一代Wireless-N技術(shù)的11n Kedorn模塊。另一個(gè)讓802.11n陣營(yíng)感到振奮的是Apple計(jì)算機(jī)持續(xù)在其產(chǎn)品在線支持draft-n，目前包括其最新的Apple TV、AirPort Extreme／AirPort Express和iMAC計(jì)算機(jī)等，都已建置對(duì)draft-n的支持硬件，其中Apple TV的用途上正是用于無線影音內(nèi)容的傳輸。

圖1  Intel在今年CES中展示多款支持Wireless-N產(chǎn)品

部分UWB廠商描準(zhǔn)家庭影音應(yīng)用

另一個(gè)候選的高速無線影音技術(shù)是UWB。UWB的技術(shù)規(guī)格已由WiMedia勝出，包括Wireless USB(W-USB)和藍(lán)牙都已宣布采用WiMedia的UWB做為其底層技術(shù)。在WiMedia所提出的MB-OFDM UWB的射頻實(shí)體層規(guī)范中，它使用到3.1~10.6 GHz 的非管制頻段，也就是有將近7500 MHz的可用頻寬。UWB規(guī)格能支持廣泛的數(shù)據(jù)傳輸速率，在短距離內(nèi)，現(xiàn)今的規(guī)范中可從53.3 Mbit/s支持到480 Mbit/s。不過，480Mbps并非UWB的極限，透過更佳的技術(shù)，它甚至可支持到1Gbit/s以上的速率。UWB與其它無線技術(shù)的發(fā)射訊號(hào)強(qiáng)度及使用頻段比較，參考圖2。

圖2  UWB與其它無線技術(shù)的發(fā)射訊號(hào)強(qiáng)度及使用頻段比較

目前投入此市場(chǎng)的廠商眾多，包括Wisair、Staccato、Alereon、WiQuest、Sigma Designs、瑞昱(Realtek)、Tzero、Focus Enhancements、Artimi、NEC、Infineon等。其中Wisair、Staccato、Alereon等公司是以W-USB為主力市場(chǎng)，這也是UWB最商品化的一項(xiàng)應(yīng)用，以PC及其外圍為主要的應(yīng)用產(chǎn)品，目前已有Dongle、Hub等產(chǎn)品開始推出市場(chǎng)。Artimi是以MAC為發(fā)展核心的廠商，鎖定的領(lǐng)域是可攜式設(shè)備的大量數(shù)據(jù)傳輸，例如數(shù)字相機(jī)的照片下傳等，在規(guī)格上強(qiáng)調(diào)支持高、低雙頻的W-USB和藍(lán)牙技術(shù)。

實(shí)時(shí)的無線影音傳輸則是挑戰(zhàn)性相對(duì)高出許多的一塊市場(chǎng)，目前鎖定此一應(yīng)用領(lǐng)域的廠商包Tzero、Focus、Sigma Designs等廠商，WiQuest則是PC應(yīng)用與影音應(yīng)用兩吃，不久前才推出其WiDV方案，強(qiáng)調(diào)能提供高達(dá)1Gbps的傳輸率，能夠提供更穩(wěn)定的影音質(zhì)量。另有一家值得注意的UWB廠商，也就是不屬于WiMedia陣營(yíng)的Pulse~Link，該公司專屬的Cwave架構(gòu)也能達(dá)到1 Gbps以上的傳輸率。

Tzero是將UWB應(yīng)用在家庭影音用途的代表性廠商。該公司特別強(qiáng)調(diào)其技術(shù)在可靠性(reliability)和可用性(availability)上的表現(xiàn)能力，其TZ7000芯片方案能達(dá)到小于10-8的封包錯(cuò)誤率，這意味著在片長(zhǎng)兩個(gè)小時(shí)以內(nèi)的節(jié)目播放中，連一個(gè)封包錯(cuò)誤都找不到。其它的特色還包括對(duì)電波的極佳抗干擾性，QoS頻寬保證機(jī)制的建立，以及利用MIMO技術(shù)來改善傳輸效能，請(qǐng)參考表2。

802.11n vs. UWB競(jìng)合分析

就無線影音的傳輸來說，過去的802.11g或802.11a技術(shù)都不能獲得令人滿意的HD視聽經(jīng)驗(yàn)。主要的瓶頸來自傳輸率和涵蓋范圍不足，以及無法克服存在于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的干擾變量。以802.11a/g來說，其實(shí)應(yīng)該可以支持單頻道20Mbps的HDTV播放，但實(shí)際效果并不理想，這是因?yàn)?02.11a/g的實(shí)際傳輸率并不穩(wěn)定，會(huì)受到距離與環(huán)境的影響，而且當(dāng)遇到暫停、實(shí)時(shí)回放、倒帶和快轉(zhuǎn)等動(dòng)作時(shí)，對(duì)頻寬及設(shè)備的操控需求又會(huì)不同，技術(shù)上的難度相當(dāng)高。

802.11n和UWB都提供了遠(yuǎn)高于802.11a/g的傳輸率，這雖然并非實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量影音內(nèi)容的唯一條件，但高傳輸率確實(shí)能保證更佳的傳輸質(zhì)量，提供更高的抗干擾能力。但這仍不夠的，畢竟在無線的空間中充滿了變量，這些技術(shù)還得對(duì)延遲、抖動(dòng)和封包的損毀提出相應(yīng)的解決方案。這也會(huì)是影音市場(chǎng)最后選擇UWB或802.11n的關(guān)鍵所在。

目前看來，802.11n偏重范圍較大的寬帶網(wǎng)絡(luò)接取應(yīng)用，UWB則訴諸于短距離的高速序列傳輸應(yīng)用，兩者短期內(nèi)應(yīng)是互補(bǔ)大于競(jìng)爭(zhēng)，也就是各有其市場(chǎng)劃分。以影音內(nèi)容的傳送來說，若要提供HD的影音質(zhì)量，HDMI為必要的有線傳輸規(guī)格，而UWB也已成功進(jìn)入此領(lǐng)域，包括Tzero和Pulse Link等公司都已推出wireless HDMI的解決方案。

也就是說，對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(point-to-point)的短距離影音內(nèi)容傳輸來說，UWB會(huì)是有線技術(shù)的重要取代方案，會(huì)被用來將內(nèi)容從播放器(如DVD/STB/PVR)傳送到TV顯示器；至于更遠(yuǎn)程需透過網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)的大容量檔案或影音內(nèi)容，則可透過802.11n的AP、網(wǎng)關(guān)器、數(shù)字媒體轉(zhuǎn)換器(Digital Media Adaptor, DMA)及NB網(wǎng)絡(luò)卡等架構(gòu)來進(jìn)行交換傳輸。不過，兩者在技術(shù)上的進(jìn)展，可能讓市場(chǎng)的區(qū)隔性愈來愈模糊，競(jìng)爭(zhēng)性也會(huì)日益加深。