家庭無線影音技術：802.1 vs .UWB

在數(shù)字家庭的應用中，除了建立起分享性的家庭網(wǎng)絡(涵蓋PC、TV和自動化電器)外，還有兩大趨勢：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趨勢。雖然基于Wi-Fi的IEEE802.11b/a/g產(chǎn)品已在家庭中廣泛布設，但要做為實時性串流影音的無線方案，11b/a/g仍嫌力有未逮。

對于無線傳輸來說，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)。不同的應用會對這三大議題有所偏重，以實時性的串流影音來說，就需要極高的傳輸率及保證傳輸上的高度可靠性。無線市場上不斷地運用各種可行技術來改善這三大議題，例如使用OFDM、64QAM等更復雜的調(diào)制(modulation)技術，以及提升對頻譜的利用率。

目前市場上有兩大新興技術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標準—— 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。本文將探討兩項新興技術的發(fā)展現(xiàn)況。
    
Draft-n規(guī)格總算進入穩(wěn)定階段

伴隨802.11b標準在1999年7月正式通過，WLAN/Wi-Fi的應用開始掘起。2001年WLAN芯片組的出貨量只有1千萬顆，而研究機構ABI Research的研究指出，2005年的WLAN芯片出貨量已達1.57億顆，2006年更成長到2.07億顆，成長的幅度相當驚人。拓墣產(chǎn)業(yè)研究所預估2007年全球Wi-Fi市場將持續(xù)呈現(xiàn)高成長的走勢，成長率高達47%，出貨量則可望提升到2.8億套，而其成長的重要驅動力之一，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其draft-n(或稱pre-n)的芯片，而Netgear、Buffalo、Linksys等網(wǎng)絡設備廠商及一些膝上型計算機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，同時對802.11n標準時間表做進一步的規(guī)劃。在這次的會議中的投票結果是100票贊成、0票反對、5票棄權，顯示出在歷經(jīng)9個多月的溝通后，大家對802.11n的版本已達成高度的共識，預估2.0版本并不會對1.10版本做太多的改動，而1.10版本與現(xiàn)在市場上的draft-n產(chǎn)品能夠兼容，對于修訂的部分只需透過軟件的更新即可進行升級。這對于現(xiàn)行的產(chǎn)品及今后的市場推展來說當然是一大利多，即使最后的正式版本預估要到2008年才會完成，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具備強大技術優(yōu)勢

802.11n受到市場注目的原因，在于它針對PHY和MAC層規(guī)格都進行了全面性的改善，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層導入了多項革命性的技術，例如：更佳的OFDM調(diào)制技術、多輸入多輸出(MIMO)、分集(Diversity)及波束成形(beam-forming)的新天線技術等等；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)格有緊密的結合，讓11n更能適用于影音、通話等實時性應用。具體細節(jié)請參考表1。

在眾多技術中，無疑以MIMO最具影響力。MIMO采用空間分割多任務(Space-division Multiplexing, SDM)技術克服了一直被視負面性干擾因素的多徑效應(Multipath)。MIMO透過在WLAN發(fā)射端將數(shù)據(jù)流切分為多個空間數(shù)據(jù)串流(spatial streams)，再透過不同的天線發(fā)射到相應的接收端天線，當空間數(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。但當空間數(shù)據(jù)串流增加時，傳輸功耗也會提升，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，才會采用更耗電的多徑途徑。

802.11n雖然采用了許多新的技術，但有些是強制性(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準要求以達到兼容性外，可以自行選擇支持更高階的技術選項，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，滿足高階及特定應用的需求。在最佳條件下，如果廠商的產(chǎn)品支持了所有進階的技術選項，802.11n的產(chǎn)品最高可達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芯片組技術來說，支持2x2、3x3或4x4天線配置，而且采用all-CMOS架構設計；Atheros的XSPAN則采用了三射頻單芯片的MIMO架構。兩者皆同時支持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和筆記型計算機，如圖1。目前基于Napa平臺的膝上型計算機已采用其Wireless-N技術，預定在今年3月，Intel的訊馳平臺將會升級到Santa Rosa平臺，到時將會內(nèi)建支持下一代Wireless-N技術的11n Kedorn模塊。另一個讓802.11n陣營感到振奮的是Apple計算機持續(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計算機等，都已建置對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廠商描準家庭影音應用

另一個候選的高速無線影音技術是UWB。UWB的技術規(guī)格已由WiMedia勝出，包括Wireless USB(W-USB)和藍牙都已宣布采用WiMedia的UWB做為其底層技術。在WiMedia所提出的MB-OFDM UWB的射頻實體層規(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，它甚至可支持到1Gbit/s以上的速率。UWB與其它無線技術的發(fā)射訊號強度及使用頻段比較，參考圖2。

圖2  UWB與其它無線技術的發(fā)射訊號強度及使用頻段比較

目前投入此市場的廠商眾多，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，這也是UWB最商品化的一項應用，以PC及其外圍為主要的應用產(chǎn)品，目前已有Dongle、Hub等產(chǎn)品開始推出市場。Artimi是以MAC為發(fā)展核心的廠商，鎖定的領域是可攜式設備的大量數(shù)據(jù)傳輸，例如數(shù)字相機的照片下傳等，在規(guī)格上強調(diào)支持高、低雙頻的W-USB和藍牙技術。

實時的無線影音傳輸則是挑戰(zhàn)性相對高出許多的一塊市場，目前鎖定此一應用領域的廠商包Tzero、Focus、Sigma Designs等廠商，WiQuest則是PC應用與影音應用兩吃，不久前才推出其WiDV方案，強調(diào)能提供高達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陣營的Pulse~Link，該公司專屬的Cwave架構也能達到1 Gbps以上的傳輸率。

Tzero是將UWB應用在家庭影音用途的代表性廠商。該公司特別強調(diào)其技術在可靠性(reliability)和可用性(availability)上的表現(xiàn)能力，其TZ7000芯片方案能達到小于10-8的封包錯誤率，這意味著在片長兩個小時以內(nèi)的節(jié)目播放中，連一個封包錯誤都找不到。其它的特色還包括對電波的極佳抗干擾性，QoS頻寬保證機制的建立，以及利用MIMO技術來改善傳輸效能，請參考表2。

802.11n vs. UWB競合分析

就無線影音的傳輸來說，過去的802.11g或802.11a技術都不能獲得令人滿意的HD視聽經(jīng)驗。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)絡環(huán)境中的干擾變量。以802.11a/g來說，其實應該可以支持單頻道20Mbps的HDTV播放，但實際效果并不理想，這是因為802.11a/g的實際傳輸率并不穩(wěn)定，會受到距離與環(huán)境的影響，而且當遇到暫停、實時回放、倒帶和快轉等動作時，對頻寬及設備的操控需求又會不同，技術上的難度相當高。

802.11n和UWB都提供了遠高于802.11a/g的傳輸率，這雖然并非實現(xiàn)高質(zhì)量影音內(nèi)容的唯一條件，但高傳輸率確實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，這些技術還得對延遲、抖動和封包的損毀提出相應的解決方案。這也會是影音市場最后選擇UWB或802.11n的關鍵所在。

目前看來，802.11n偏重范圍較大的寬帶網(wǎng)絡接取應用，UWB則訴諸于短距離的高速序列傳輸應用，兩者短期內(nèi)應是互補大于競爭，也就是各有其市場劃分。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也已成功進入此領域，包括Tzero和Pulse Link等公司都已推出wireless HDMI的解決方案。

也就是說，對于點對點(point-to-point)的短距離影音內(nèi)容傳輸來說，UWB會是有線技術的重要取代方案，會被用來將內(nèi)容從播放器(如DVD/STB/PVR)傳送到TV顯示器；至于更遠程需透過網(wǎng)絡傳達的大容量檔案或影音內(nèi)容，則可透過802.11n的AP、網(wǎng)關器、數(shù)字媒體轉換器(Digital Media Adaptor, DMA)及NB網(wǎng)絡卡等架構來進行交換傳輸。不過，兩者在技術上的進展，可能讓市場的區(qū)隔性愈來愈模糊，競爭性也會日益加深。