家庭中的寬帶無線網(wǎng)絡技術

　　在傳統(tǒng)的家庭中，音響、游戲機、電視機，DVD等家用電器各自為政，獨立發(fā)揮設備在處理聲音，收發(fā)圖像和接收視頻節(jié)目等不同領域的優(yōu)勢；未來數(shù)字化的家庭以網(wǎng)絡為核心，在無線技術、超大容量的硬盤、各種通信標準、圖像芯片等新技術和新器件的支持下，將家庭中所有的信息設備智能互連，實現(xiàn)信息共享，達到隨時隨地交換資源。

　　一般地，家庭中娛樂功能的實現(xiàn)，如電視、DVD、音響等，基本上集中在客廳，而承載著信息獲取和交換功能的PC、網(wǎng)絡則主要存在于書房。隨著各種便攜式娛樂和信息交換產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)、相互滲透，對于娛樂和信息交換功能的需求在家庭中已經(jīng)無處不在：在家庭中的任意一個地方，臥室、起居室、廚房、浴室、衛(wèi)生間甚至儲藏室，無不都需要隨心所欲的娛樂和上網(wǎng)，而不是僅僅局限在客廳和書房里。

　　家庭中各種無線網(wǎng)絡技術的應用，可以讓家中的電腦和各種家電設備不必通過繁復的纜線就可以聯(lián)系起來，帶給我們更多的自由、簡捷和方便。

　　一、家庭無線網(wǎng)絡的技術要求

　　基于802.11x無線技術的無線局域網(wǎng)(WLAN)技術和產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)在公司內(nèi)部和公眾場合中普及起來，目前市面上的家庭無線網(wǎng)絡產(chǎn)品大部分也基于802.11x 無線技術。但實際上，家庭無線網(wǎng)絡的技術要求與公用無線網(wǎng)絡有所不同，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

　　l.數(shù)據(jù)傳輸帶寬

　　在家庭應用中，數(shù)字多媒體應用占重要比例，例如，用數(shù)字顯示裝置(如液晶電視)收看存儲在媒體適配器上的DVD或高清晰MPEG2視頻流，用MP3播放機播放存儲在家中某一臺PC機上的MP3音頻流。因此，家庭無線網(wǎng)絡必須擁有支持傳輸多路數(shù)字視頻/音頻的帶寬。我們知道，數(shù)字顯示裝置(等離子電視或屏幕投影裝置)、PDA和MP3播放機所使用的數(shù)據(jù)格式通常在幾百Kbps(如MP3的音頻流為可達到320Kbps)至數(shù)十Mbps(如對DVD視頻流來說為1OMbps，高清晰MPEG2視頻流為2.5Mbps)。給數(shù)字娛樂裝置增加無線網(wǎng)絡功能，能滿足應用需求的足夠?qū)挃?shù)據(jù)傳輸帶寬顯然是必不可少的。

　　2.低廉的價格

　　有調(diào)研顯示，讓一個家用裝置增加無線連接功能，用戶通常只愿意多花5%至10%的費用，這對相關產(chǎn)品的制造商無疑是很大的考驗。

　　3.動態(tài)網(wǎng)絡配置

　　一種靈活和動態(tài)網(wǎng)絡配置同樣對家庭用戶是非常重要的。在家庭無線網(wǎng)絡中，無線應用裝置的數(shù)量和網(wǎng)絡應用的空間范圍隨著不同的家庭而不同。這就必須應用一種靈活的網(wǎng)絡結(jié)構?！熬W(wǎng)狀”的網(wǎng)絡架構讓網(wǎng)絡中的每個裝置都可以充當網(wǎng)絡中的一個接入點，讓各個應用裝置充當連接其他裝置的橋梁，用戶就可以獲得更大無線應用空間范圍。甚至在必要的時候，一些價格低廉的橋接裝置可以被固定在房間的墻上，通過這些裝置的接力，我們就可以連接到更遠的距離?！熬W(wǎng)狀”的無線網(wǎng)絡架構有更大的網(wǎng)絡接入性能和更大的應用空間覆蓋面積，這保證了家中的更多的裝置可以接入家庭無線網(wǎng)絡。

　　4.無線功能的模塊化

　　目前在家庭數(shù)字設備上增加一個具有無線功能的外置盒很容易實現(xiàn)產(chǎn)品的無線應用功能，但這只能是一種簡單的過渡做法。隨著家庭無線網(wǎng)絡技術和產(chǎn)品的發(fā)展，無線功能模塊最終將以無線網(wǎng)絡功能芯片的形式被整合到產(chǎn)品當中，實現(xiàn)產(chǎn)品無線功能的硬件化和集成化。

　　二、現(xiàn)有家庭寬帶無線網(wǎng)絡技術的比較

　　目前市場現(xiàn)有的家庭寬帶無線網(wǎng)絡技術解決方案普遍是在802.11x無線局域網(wǎng)(WLAN)技術上建立的。

　　1.802.11x(802.11b/802.11a/802.11g)

　　基于802.11x(802.11b/802.11a/802.l1g)的無線網(wǎng)絡技術：用戶使用一個無線寬帶接入點(AP，Access Point)連接上寬帶網(wǎng)絡運營商，就可以讓整個家庭中帶有無線網(wǎng)卡的電子設備使用上寬帶網(wǎng)絡。

　　(1)IEEE 802.llb

　　802.11b也被稱作“無線通訊保真”。(即Wi-Fi)是一種主流的無線網(wǎng)絡技術，可以在星巴克咖啡廳等公共集中訪問區(qū)和公共機場中看到這一2.4 GHz的技術的應用。IEEE 802.11b無線技術的最高數(shù)據(jù)傳輸速度為11Mbps，它適用于那些諸如文件共享和郵件發(fā)送等商務應用場合。由于業(yè)界的強力支持，802.11b技術在企業(yè)級市場已經(jīng)大有作為。雖然現(xiàn)在802.11b已經(jīng)被應用于家庭網(wǎng)絡，如果不經(jīng)常在計算機之間傳輸大型文件，并且希望使用無線網(wǎng)絡來共享Internet連接，則802.llb標準無疑是最佳之選，但顯然11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度并不能滿足家用市場的多媒體應用需求。

　　(2)IEEE 802.11b+

　　802.11b+是比802.11b稍快的版本，目前已在部分網(wǎng)絡中得到使用。它使用了一度頗受關注但因為802.11g標準的出現(xiàn)而遭放棄的數(shù)據(jù)包二進制卷積代碼(Packet Binary Convolutional Code，PBCC)。盡管802.11b+技術在802.11b的基礎上僅將速度提高了20%，但對提供更好的總體體驗而言，這2-3 Mbps的差別可能已經(jīng)足夠獲得比802.llb更大的覆蓋范圍和更佳的帶寬。對于時常要在計算機之間傳輸大型文件的家庭和小型辦公室用戶，802.11b+設備可以通過其更快的速度提供更好的體驗。

　　(3)IEEE 802.lla

　　802.lla是目前可用的最快802.ll版本。IEEE 802.11a無線技術使用正交頻分多路復用(0FDM)調(diào)制技術，在5GHz頻帶中的最高數(shù)據(jù)傳輸速度為54Mbps，有效負載速度大約為35Mbps。雖然802.1la具有支持多路數(shù)碼視頻/音頻的潛在能力，但其MAC(Medium Access Control，媒體訪問控制)協(xié)議基礎設計，造成了802.11a在多媒體數(shù)據(jù)流傳送L的不足。而且，802.lla僅在較高速率下才能有效應付視頻和音頻的DVD品質(zhì)的流式傳輸。其效力會隨著距離的增加、信號強度的減弱而降低。

　　(4)IEEE 802.11g

　　802.11g使用和802.11b相同的2.4CHz的頻率，雖技術目前尚不可用，但該標準承諾在使用2.4GHz時最高的數(shù)據(jù)傳輸速度達54Mbps，有效負載速度大約為35Mbps。802.11g兼容802.11b，是一種用于諸如文件共享和郵件收發(fā)等商務應用的很好的無線網(wǎng)絡解決方案。但是做為一種802.11x技術，802.11g同樣存在如同802.11a和802.llb一樣的MAC協(xié)議以及能耗問題，所以802.llg并不適合用于家庭多媒體連接。

表1　802.11x(802.11b/802.11a/802.11g)技術指標比較表

　　802.11g

　　表1對802.11b、802.lla、802.11g的技術指標作了比較。在以上介紹的IEEE 802.llx幾種技術中，802.11b連接能保持較長時間的穩(wěn)定速度，而且在距離變大時速度的下降情況也輕微一些；802.11a開始時的速率為54Mbps，但隨著離無線訪問點的距離增加，它下降得非常快，會分別下降為48、36、24、18、12、9和6 Mbps。同樣，802.11b+也會迅速下降為11、5.5、2和1Mbps。

　　IEEE 802.11x技術使用的是應用于諸如以太網(wǎng)網(wǎng)絡的基于數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡協(xié)議，它并沒有整合專門應用于多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸協(xié)議。而且基于這種技術的無線信號易受到墻壁、樓層的阻擋，也易受磁場干擾，從而影響網(wǎng)絡連接速度及在無線網(wǎng)絡中能達到的持續(xù)性能。此外，它的1.5W至2W左右的能耗使它完全不適用于如PDA這些使用電池的裝置。

　　2.藍牙

　　藍牙無線技術不是一種高速度傳輸技術也不是一種為網(wǎng)絡而設計的技術，雖然藍牙技術有低成本、低功耗、高可靠性和兼容性等特點，但其數(shù)據(jù)傳輸速度低于1Mbps。藍牙主要被應用于移動電話、PDA、筆記本電腦、數(shù)碼相機、便攜式游戲機、便攜式MP3播放機等裝置間點對點的連接，如手機和筆記本電腦間通過藍牙連接來進行信息數(shù)據(jù)同步等。藍牙無線技術不適合流媒體應用。事實上，藍牙應用的主要推動力是用于移動電話的無線頭戴耳機。

　　通過以上對目前常見的幾種無線技術的分析，我們可以知道盡管目前市面上的家庭無線網(wǎng)絡產(chǎn)品大部分基于802.11x無線技術，但主要針對辦公和公眾場所應用的無線解決方案很難存數(shù)據(jù)傳輸速度、電能耗和產(chǎn)品價格等方面滿足家庭無線網(wǎng)絡應用的要求，而在短距離內(nèi)傳送速度可高達數(shù)百Mbps的超寬帶無線技術以其較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，最有可能成為家庭無線網(wǎng)絡的主角。

　　三、數(shù)字家庭中適用的寬帶無線網(wǎng)絡技術

　　與有線網(wǎng)中以太網(wǎng)“一統(tǒng)天下”不同，無線網(wǎng)在無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Access Network)和無線家庭局域網(wǎng)/WPAN(Wireless Personal Access Network)領域飽受標準不統(tǒng)一、速度偏慢和安全等問題的困擾。這種混雜的局面也許會因以下幾種數(shù)字家庭中適用的寬帶無線網(wǎng)絡新技術的出現(xiàn)而徹底發(fā)生改變。

　　1.超寬帶(UWB，U1tra Wide Band)

　　超寬帶是一種用脈沖波形信號變化來代替連續(xù)的載波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線技術。傳統(tǒng)的無線技術通過無線電載波的頻率和功率的變化來傳輸信息，而超寬帶則是以基帶的方式通過發(fā)送脈沖無線電信號傳送數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)無線技術在通信時需要連續(xù)發(fā)出載波，這就要不停地消耗電能。而超寬帶技術在通訊時只在需要時才發(fā)送出脈沖電波，這大大減少了耗電量。更重要的是，超寬帶的脈沖寬度能被控制在l納秒以下，因此通過其超寬的頻帶就可以實現(xiàn)幾百Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸。

　　超寬帶的性能特征，決定了其特定的應用場合。超寬帶有很低的功耗和很高的數(shù)據(jù)傳輸速度，但發(fā)射功率過小也限制了其傳輸?shù)木嚯x。因而不適合被用于有比較大的空間傳輸距離要求的無線局域網(wǎng)或無線廣域網(wǎng)，但卻非常適用于無線家庭局域網(wǎng)，對于10米以內(nèi)的距離，UWB可以發(fā)揮出高達數(shù)百Mbit/s的傳輸性能，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入中。

　　超寬帶UWB技術作為一種低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術，在未來數(shù)字家庭中有廣泛的應用前景。UWB的應用可以有以下幾個方面：(1)各種電腦外圍設備之間(如存儲器、輸入/輸出設備)的無線連接，這將會大大提高電腦應用的易用性和更好地發(fā)揮電腦的性能。(2)在各種電腦裝置和家用電器(如數(shù)碼照相機、攝像機、MP3播放機、投影機、電視和車上應用裝置等)之間實現(xiàn)高速無線數(shù)字信息傳輸，為用戶提供全新的應用體驗。(3)想隨時隨地獲得信息的用戶，也將從高性能低能耗的無線家庭局域網(wǎng)中得到更大的自由。

　　盡管超寬帶可以提供非常高的數(shù)據(jù)傳輸性能，但這種高性能只在有限的距離內(nèi)有效。長距離應用適合使用諸如802.11g、IEEE802.llb這樣的無線局域網(wǎng)技術。

　　目前IEEE802.15委員會正在制訂超寬帶標準，已經(jīng)提出的超寬帶規(guī)格方案有兩個，一個是由摩托羅拉公司等提倡的“DS-SS方式”，另一個是由英特爾和德州儀器等提倡的“多頻帶(Multiband)OFDM方式”。其中，多頻帶0FDM方式似乎受到了更多公司的支持，已經(jīng)有60多家公司加入了多頻帶OFDM聯(lián)盟。

　　2.ZigBee

　　ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術，主要用于近距離無線連接。ZigBee的網(wǎng)絡標準由IEEE 802.15工作組負責制訂，被稱作IEEE 802.15.4(ZigBee)技術標準。ZigBee協(xié)議比藍牙、高速率個人區(qū)域網(wǎng)(PAN)或802.11x無線局域網(wǎng)更簡單實用。

　　ZigBee技術的主要特點包括以下幾個部分：(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有1Okbps-250kbps，專注于低傳輸應用；(2)功耗低。在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月以上。這也是ZigBee一直引以為豪的獨特優(yōu)勢；(3)成本低。因為ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。據(jù)投入ZigBee開發(fā)的飛利浦及摩托羅拉預估，ZigBee的芯片成本低，比起基于藍牙技術的芯片更具價格競爭力；(4)網(wǎng)絡容量大每個ZigBee網(wǎng)絡最多可支持255個設備，也就是每個ZigBee設備可以與另外254臺設備相連接；(5)有效范圍小。有效覆蓋范圍l0-75m之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境；(6)工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz(歐洲)及9l5MHz(美國)，均為免執(zhí)照頻段。

　　ZigBee主要應用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設備之間。ZigBee的目標市場主要有PC外設(鼠標、鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設備)等非常廣闊的領域。

　　3.WiMAX

　　WiMAX是一項新興的無線通信技術，全稱為World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)，又稱為802.16，該技術提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。

　　WiMax 與Wi-Fi，屬于同一類技術，Wi-Fi是家庭及企業(yè)內(nèi)部等短距離的無線接入技術，對于在3到5英里的范圍內(nèi)運用WiMax無線上網(wǎng)的效果更理想。換句話說，Wi-Fi解決的是無線局域網(wǎng)的接入問題，而WiMAX 解決的是無線城域網(wǎng)的問題。Wi-Fi只能把互聯(lián)網(wǎng)的連接信號傳送到300英尺遠的地方，WiMAX則能把信號傳送3l英里之遠。Wi-Fi網(wǎng)絡連接速度為54Mbps，而WiMAX為70Mbps。

　　WiMax作為一種無線城域網(wǎng)技術，部署速度更快，擴展能力更強，靈活性更高，其3l英里的覆蓋范圍和70Mbps的速度將對3G構成威脅。這種基于TEEE 802.16的接入方式是僅次于CATV和DSL的第三大寬帶接入方式，因此能夠為那些無法享受到或不滿意有線寬帶接入的客戶提供最后一公里的寬帶接入。
　
　　四、數(shù)字家庭中寬帶無線網(wǎng)絡技術的應用

　　家庭寬帶無線網(wǎng)絡技術的應用，帶給我們的不僅是沒有了線纜的便利，還會帶給我們更多的新應用模式。

　　1.可以用無線的方式來架建家庭影院系統(tǒng)，這樣的影院系統(tǒng)不僅擁有目前有線家庭影院系統(tǒng)的全部功能，還將給用戶帶來全新的應用感受。

　　2.在家庭無線網(wǎng)絡上，一個房間中的DVD播放機播放的節(jié)目，可以在另外一個房間中的電視或掛在墻上的大屏幕顯示裝置上播放出來，而由于信號的傳輸過程是無線的，因此不用考慮到為了裝飾美觀而“隱藏”信號傳輸線的問題。

　　3.無線寬帶技術讓用戶在家中的任何一個房間，都可以很方便地欣賞到通過電纜、衛(wèi)星或ADSL傳送過來的寬帶節(jié)目。

　　4.將MP3播放機放到臺式電腦或筆記本電腦周圍，就可以從臺式電腦或筆記本電腦上下載MP3歌曲。

　　5.電子游戲機、游戲搖桿/游戲控制器和顯示屏幕也可以用無線的方式連接起來。

　　6.家中的不同成員可以同時使用同一臺電腦做不同的事。當你用書房里的電腦上網(wǎng)瀏覽、玩游戲或處理文件的時候，你的家人同樣可以在客廳里使用電視或音響欣賞你書房里同一臺電腦上播放的數(shù)字媒體節(jié)目。

　　7.目前，要從數(shù)碼相機中輸出照片時，我們需要用到USB連接線或電腦上的儲存卡讀卡器。如果應用了無線技術，用戶只要將數(shù)碼相機靠近顯示裝置(如電視)，數(shù)碼相機中的照片就可以在顯示裝置上播放出來。

　　家庭寬帶無線連接應用的前景是令人激動的，業(yè)界對此也已經(jīng)投入極大的關注。我們必須認識到，家用寬帶無線網(wǎng)絡不僅需要有高的數(shù)據(jù)傳輸速度，而且用戶對產(chǎn)品的價格更加敏感，同時盡量減少設備的耗電量。鑒于家用寬帶無線網(wǎng)絡是一個新興的無線應用領域，因此對滿足家用市場需求的無線技術尚在不斷探尋之中。