家庭無(wú)線(xiàn)影音技術(shù)：802.1 vs .UWB

在數字家庭的應用中，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：走向更高質(zhì)量的HD(High Definition)影音效果，以及以無(wú)線(xiàn)取代有線(xiàn)的技術(shù)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(shí)時(shí)性串流影音的無(wú)線(xiàn)方案，11b/a/g仍嫌力有未逮。

對于無(wú)線(xiàn)傳輸來(lái)說(shuō)，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(huì )對這三大議題有所偏重，以實(shí)時(shí)性的串流影音來(lái)說(shuō)，就需要極高的傳輸率及保證傳輸上的高度可靠性。無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)上不斷地運用各種可行技術(shù)來(lái)改善這三大議題，例如使用OFDM、64QAM等更復雜的調制(modulation)技術(shù)，以及提升對頻譜的利用率。

目前市場(chǎng)上有兩大新興技術(shù)可用來(lái)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的可行性解決方案。本文將探討兩項新興技術(shù)的發(fā)展現況。
    
Draft-n規格總算進(jìn)入穩定階段

伴隨802.11b標準在1999年7月正式通過(guò)，WLAN/Wi-Fi的應用開(kāi)始掘起。2001年WLAN芯片組的出貨量只有1千萬(wàn)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(cháng)到2.07億顆，成長(cháng)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(chǎng)將持續呈現高成長(cháng)的走勢，成長(cháng)率高達47%，出貨量則可望提升到2.8億套，而其成長(cháng)的重要驅動(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(guò)，包括Broadcom、Atheros、Marvell等芯片廠(chǎng)商開(kāi)大力推動(dòng)其draft-n(或稱(chēng)pre-n)的芯片，而Netgear、Buffalo、Linksys等網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商及一些膝上型計算機廠(chǎng)商也開(kāi)始推出采用draft-n的產(chǎn)品。不過(guò)，draft 1.0版的規格的不確定性太高(在通過(guò)后一度收到上萬(wàn)條的修正意見(jiàn))，這正是市場(chǎng)接受度難以打開(kāi)的主要瓶頸。

不過(guò)，在又喧喧嚷嚷了一整年后，好消息在今年1月傳來(lái)，802.11工作組已順利通過(guò)草案1.10版本，為草案2.0版本做了最終定稿，同時(shí)對802.11n標準時(shí)間表做進(jìn)一步的規劃。在這次的會(huì )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(gè)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(huì )對1.10版本做太多的改動(dòng)，而1.10版本與現在市場(chǎng)上的draft-n產(chǎn)品能夠兼容，對于修訂的部分只需透過(guò)軟件的更新即可進(jìn)行升級。這對于現行的產(chǎn)品及今后的市場(chǎng)推展來(lái)說(shuō)當然是一大利多，即使最后的正式版本預估要到2008年才會(huì )完成，但因規格發(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(shù)優(yōu)勢

802.11n受到市場(chǎng)注目的原因，在于它針對PHY和MAC層規格都進(jìn)行了全面性的改善，讓新一代的Wi-Fi能夠突破過(guò)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(shù)，例如：更佳的OFDM調制技術(shù)、多輸入多輸出(MIMO)、分集(Diversity)及波束成形(beam-forming)的新天線(xiàn)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規格有緊密的結合，讓11n更能適用于影音、通話(huà)等實(shí)時(shí)性應用。具體細節請參考表1。

在眾多技術(shù)中，無(wú)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)克服了一直被視負面性干擾因素的多徑效應(Multipath)。MIMO透過(guò)在WLAN發(fā)射端將數據流切分為多個(gè)空間數據串流(spatial streams)，再透過(guò)不同的天線(xiàn)發(fā)射到相應的接收端天線(xiàn)，當空間數據串流的數量提高一倍，原則上就能將傳輸率也提升一倍。但當空間數據串流增加時(shí)，傳輸功耗也會(huì )提升，因此Draft-n規格中制定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)，但有些是強制性(Mandatory)規范，有些是選擇性(Optional)規范。各家廠(chǎng)商除了滿(mǎn)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(shù)選項，一方面可提高傳輸效能表現，一方面則能推出區隔化的產(chǎn)品，滿(mǎn)足高階及特定應用的需求。在最佳條件下，如果廠(chǎng)商的產(chǎn)品支持了所有進(jìn)階的技術(shù)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(xiàn)組，但目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品才剛開(kāi)始從 2 x 2 的天線(xiàn)提升到 3 x 3 的天線(xiàn)，最高的原始數據傳輸率為300 Mbit/s。以Broadcom的Intensi-fi芯片組技術(shù)來(lái)說(shuō)，支持2x2、3x3或4x4天線(xiàn)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(shí)支持2.4GHz及5GHz雙頻帶，這也是微軟最新操作系統中要求支持的規格。

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(shù)，預定在今年3月，Intel的訊馳平臺將會(huì )升級到Santa Rosa平臺，到時(shí)將會(huì )內建支持下一代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計算機持續在其產(chǎn)品在線(xiàn)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(wú)線(xiàn)影音內容的傳輸。

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

部分UWB廠(chǎng)商描準家庭影音應用

另一個(gè)候選的高速無(wú)線(xiàn)影音技術(shù)是UWB。UWB的技術(shù)規格已由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(shù)。在WiMedia所提出的MB-OFDM UWB的射頻實(shí)體層規范中，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規格能支持廣泛的數據傳輸速率，在短距離內，現今的規范中可從53.3 Mbit/s支持到480 Mbit/s。不過(guò)，480Mbps并非UWB的極限，透過(guò)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(wú)線(xiàn)技術(shù)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(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)射訊號強度及使用頻段比較

目前投入此市場(chǎng)的廠(chǎng)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(kāi)始推出市場(chǎng)。Artimi是以MAC為發(fā)展核心的廠(chǎng)商，鎖定的領(lǐng)域是可攜式設備的大量數據傳輸，例如數字相機的照片下傳等，在規格上強調支持高、低雙頻的W-USB和藍牙技術(shù)。

實(shí)時(shí)的無(wú)線(xiàn)影音傳輸則是挑戰性相對高出許多的一塊市場(chǎng)，目前鎖定此一應用領(lǐng)域的廠(chǎng)商包Tzero、Focus、Sigma Designs等廠(chǎng)商，WiQuest則是PC應用與影音應用兩吃，不久前才推出其WiDV方案，強調能提供高達1Gbps的傳輸率，能夠提供更穩定的影音質(zhì)量。另有一家值得注意的UWB廠(chǎng)商，也就是不屬于WiMedia陣營(yíng)的Pulse~Link，該公司專(zhuān)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(chǎng)商。該公司特別強調其技術(shù)在可靠性(reliability)和可用性(availability)上的表現能力，其TZ7000芯片方案能達到小于10-8的封包錯誤率，這意味著(zhù)在片長(cháng)兩個(gè)小時(shí)以?xún)鹊墓澞坎シ胖?，連一個(gè)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(shù)來(lái)改善傳輸效能，請參考表2。

802.11n vs. UWB競合分析

就無(wú)線(xiàn)影音的傳輸來(lái)說(shuō)，過(guò)去的802.11g或802.11a技術(shù)都不能獲得令人滿(mǎn)意的HD視聽(tīng)經(jīng)驗。主要的瓶頸來(lái)自傳輸率和涵蓋范圍不足，以及無(wú)法克服存在于網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中的干擾變量。以802.11a/g來(lái)說(shuō)，其實(shí)應該可以支持單頻道20Mbps的HDTV播放，但實(shí)際效果并不理想，這是因為802.11a/g的實(shí)際傳輸率并不穩定，會(huì )受到距離與環(huán)境的影響，而且當遇到暫停、實(shí)時(shí)回放、倒帶和快轉等動(dòng)作時(shí)，對頻寬及設備的操控需求又會(huì )不同，技術(shù)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(shí)現高質(zhì)量影音內容的唯一條件，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(wú)線(xiàn)的空間中充滿(mǎn)了變量，這些技術(shù)還得對延遲、抖動(dòng)和封包的損毀提出相應的解決方案。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(lái)，802.11n偏重范圍較大的寬帶網(wǎng)絡(luò )接取應用，UWB則訴諸于短距離的高速序列傳輸應用，兩者短期內應是互補大于競爭，也就是各有其市場(chǎng)劃分。以影音內容的傳送來(lái)說(shuō)，若要提供HD的影音質(zhì)量，HDMI為必要的有線(xiàn)傳輸規格，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(shuō)，對于點(diǎn)對點(diǎn)(point-to-point)的短距離影音內容傳輸來(lái)說(shuō)，UWB會(huì )是有線(xiàn)技術(shù)的重要取代方案，會(huì )被用來(lái)將內容從播放器(如DVD/STB/PVR)傳送到TV顯示器；至于更遠程需透過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳達的大容量檔案或影音內容，則可透過(guò)802.11n的AP、網(wǎng)關(guān)器、數字媒體轉換器(Digital Media Adaptor, DMA)及NB網(wǎng)絡(luò )卡等架構來(lái)進(jìn)行交換傳輸。不過(guò)，兩者在技術(shù)上的進(jìn)展，可能讓市場(chǎng)的區隔性愈來(lái)愈模糊，競爭性也會(huì )日益加深。