家庭中的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

　　在傳統的家庭中，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)圖像和接收視頻節目等不同領(lǐng)域的優(yōu)勢；未來(lái)數字化的家庭以網(wǎng)絡(luò )為核心，在無(wú)線(xiàn)技術(shù)、超大容量的硬盤(pán)、各種通信標準、圖像芯片等新技術(shù)和新器件的支持下，將家庭中所有的信息設備智能互連，實(shí)現信息共享，達到隨時(shí)隨地交換資源。

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

　　家庭中各種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用，可以讓家中的電腦和各種家電設備不必通過(guò)繁復的纜線(xiàn)就可以聯(lián)系起來(lái)，帶給我們更多的自由、簡(jiǎn)捷和方便。

　　一、家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)要求

　　基于802.11x無(wú)線(xiàn)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)和產(chǎn)品現在已經(jīng)在公司內部和公眾場(chǎng)合中普及起來(lái)，目前市面上的家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品大部分也基于802.11x 無(wú)線(xiàn)技術(shù)。但實(shí)際上，家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)要求與公用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )有所不同，具體表現在以下幾個(gè)方面。

　　l.數據傳輸帶寬

　　在家庭應用中，數字多媒體應用占重要比例，例如，用數字顯示裝置(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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )必須擁有支持傳輸多路數字視頻/音頻的帶寬。我們知道，數字顯示裝置(等離子電視或屏幕投影裝置)、PDA和MP3播放機所使用的數據格式通常在幾百Kbps(如MP3的音頻流為可達到320Kbps)至數十Mbps(如對DVD視頻流來(lái)說(shuō)為1OMbps，高清晰MPEG2視頻流為2.5Mbps)。給數字娛樂(lè )裝置增加無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能，能滿(mǎn)足應用需求的足夠寬數據傳輸帶寬顯然是必不可少的。

　　2.低廉的價(jià)格

　　有調研顯示，讓一個(gè)家用裝置增加無(wú)線(xiàn)連接功能，用戶(hù)通常只愿意多花5%至10%的費用，這對相關(guān)產(chǎn)品的制造商無(wú)疑是很大的考驗。

　　3.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )配置

　　一種靈活和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )配置同樣對家庭用戶(hù)是非常重要的。在家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，無(wú)線(xiàn)應用裝置的數量和網(wǎng)絡(luò )應用的空間范圍隨著(zhù)不同的家庭而不同。這就必須應用一種靈活的網(wǎng)絡(luò )結構?！熬W(wǎng)狀”的網(wǎng)絡(luò )架構讓網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)裝置都可以充當網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)接入點(diǎn)，讓各個(gè)應用裝置充當連接其他裝置的橋梁，用戶(hù)就可以獲得更大無(wú)線(xiàn)應用空間范圍。甚至在必要的時(shí)候，一些價(jià)格低廉的橋接裝置可以被固定在房間的墻上，通過(guò)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構有更大的網(wǎng)絡(luò )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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　4.無(wú)線(xiàn)功能的模塊化

　　目前在家庭數字設備上增加一個(gè)具有無(wú)線(xiàn)功能的外置盒很容易實(shí)現產(chǎn)品的無(wú)線(xiàn)應用功能，但這只能是一種簡(jiǎn)單的過(guò)渡做法。隨著(zhù)家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)功能模塊最終將以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能芯片的形式被整合到產(chǎn)品當中，實(shí)現產(chǎn)品無(wú)線(xiàn)功能的硬件化和集成化。

　　二、現有家庭寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的比較

　　目前市場(chǎng)現有的家庭寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)解決方案普遍是在802.11x無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)：用戶(hù)使用一個(gè)無(wú)線(xiàn)寬帶接入點(diǎn)(AP，Access Point)連接上寬帶網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，就可以讓整個(gè)家庭中帶有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的電子設備使用上寬帶網(wǎng)絡(luò )。

　　(1)IEEE 802.llb

　　802.11b也被稱(chēng)作“無(wú)線(xiàn)通訊保真”。(即Wi-Fi)是一種主流的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，可以在星巴克咖啡廳等公共集中訪(fǎng)問(wèn)區和公共機場(chǎng)中看到這一2.4 GHz的技術(shù)的應用。IEEE 802.11b無(wú)線(xiàn)技術(shù)的最高數據傳輸速度為11Mbps，它適用于那些諸如文件共享和郵件發(fā)送等商務(wù)應用場(chǎng)合。由于業(yè)界的強力支持，802.11b技術(shù)在企業(yè)級市場(chǎng)已經(jīng)大有作為。雖然現在802.11b已經(jīng)被應用于家庭網(wǎng)絡(luò )，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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)共享Internet連接，則802.llb標準無(wú)疑是最佳之選，但顯然11Mbps的數據傳輸速度并不能滿(mǎn)足家用市場(chǎng)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(luò )中得到使用。它使用了一度頗受關(guān)注但因為802.11g標準的出現而遭放棄的數據包二進(jìn)制卷積代碼(Packet Binary Convolutional Code，PBCC)。盡管802.11b+技術(shù)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(shí)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(hù)，802.11b+設備可以通過(guò)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(wú)線(xiàn)技術(shù)使用正交頻分多路復用(0FDM)調制技術(shù)，在5GHz頻帶中的最高數據傳輸速度為54Mbps，有效負載速度大約為35Mbps。雖然802.1la具有支持多路數碼視頻/音頻的潛在能力，但其MAC(Medium Access Control，媒體訪(fǎng)問(wèn)控制)協(xié)議基礎設計，造成了802.11a在多媒體數據流傳送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(huì )隨著(zhù)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(shù)目前尚不可用，但該標準承諾在使用2.4GHz時(shí)最高的數據傳輸速度達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(wù)應用的很好的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )解決方案。但是做為一種802.11x技術(shù)，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(wèn)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(shù)指標比較表

　　802.11g

　　表1對802.11b、802.lla、802.11g的技術(shù)指標作了比較。在以上介紹的IEEE 802.llx幾種技術(shù)中，802.11b連接能保持較長(cháng)時(shí)間的穩定速度，而且在距離變大時(shí)速度的下降情況也輕微一些；802.11a開(kāi)始時(shí)的速率為54Mbps，但隨著(zhù)離無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)的距離增加，它下降得非?？?，會(huì )分別下降為48、36、24、18、12、9和6 Mbps。同樣，802.11b+也會(huì )迅速下降為11、5.5、2和1Mbps。

　　IEEE 802.11x技術(shù)使用的是應用于諸如以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的基于數據包的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，它并沒(méi)有整合專(zhuān)門(mén)應用于多媒體數據流的傳輸協(xié)議。而且基于這種技術(shù)的無(wú)線(xiàn)信號易受到墻壁、樓層的阻擋，也易受磁場(chǎng)干擾，從而影響網(wǎng)絡(luò )連接速度及在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中能達到的持續性能。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(wú)線(xiàn)技術(shù)不是一種高速度傳輸技術(shù)也不是一種為網(wǎng)絡(luò )而設計的技術(shù)，雖然藍牙技術(shù)有低成本、低功耗、高可靠性和兼容性等特點(diǎn)，但其數據傳輸速度低于1Mbps。藍牙主要被應用于移動(dòng)電話(huà)、PDA、筆記本電腦、數碼相機、便攜式游戲機、便攜式MP3播放機等裝置間點(diǎn)對點(diǎn)的連接，如手機和筆記本電腦間通過(guò)藍牙連接來(lái)進(jìn)行信息數據同步等。藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)不適合流媒體應用。事實(shí)上，藍牙應用的主要推動(dòng)力是用于移動(dòng)電話(huà)的無(wú)線(xiàn)頭戴耳機。

　　通過(guò)以上對目前常見(jiàn)的幾種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的分析，我們可以知道盡管目前市面上的家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品大部分基于802.11x無(wú)線(xiàn)技術(shù)，但主要針對辦公和公眾場(chǎng)所應用的無(wú)線(xiàn)解決方案很難存數據傳輸速度、電能耗和產(chǎn)品價(jià)格等方面滿(mǎn)足家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應用的要求，而在短距離內傳送速度可高達數百Mbps的超寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)以其較高的數據傳輸速度，最有可能成為家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的主角。

　　三、數字家庭中適用的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

　　與有線(xiàn)網(wǎng)中以太網(wǎng)“一統天下”不同，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Access Network)和無(wú)線(xiàn)家庭局域網(wǎng)/WPAN(Wireless Personal Access Network)領(lǐng)域飽受標準不統一、速度偏慢和安全等問(wèn)題的困擾。這種混雜的局面也許會(huì )因以下幾種數字家庭中適用的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )新技術(shù)的出現而徹底發(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(lái)代替連續的載波進(jìn)行數據傳輸的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。傳統的無(wú)線(xiàn)技術(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電載波的頻率和功率的變化來(lái)傳輸信息，而超寬帶則是以基帶的方式通過(guò)發(fā)送脈沖無(wú)線(xiàn)電信號傳送數據。傳統無(wú)線(xiàn)技術(shù)在通信時(shí)需要連續發(fā)出載波，這就要不停地消耗電能。而超寬帶技術(shù)在通訊時(shí)只在需要時(shí)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(guò)其超寬的頻帶就可以實(shí)現幾百Mbps的高速數據傳輸。

　　超寬帶的性能特征，決定了其特定的應用場(chǎng)合。超寬帶有很低的功耗和很高的數據傳輸速度，但發(fā)射功率過(guò)小也限制了其傳輸的距離。因而不適合被用于有比較大的空間傳輸距離要求的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)，但卻非常適用于無(wú)線(xiàn)家庭局域網(wǎng)，對于10米以?xún)鹊木嚯x，UWB可以發(fā)揮出高達數百Mbit/s的傳輸性能，尤其適用于室內等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線(xiàn)接入中。

　　超寬帶UWB技術(shù)作為一種低功耗、高帶寬并且相對簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在未來(lái)數字家庭中有廣泛的應用前景。UWB的應用可以有以下幾個(gè)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(wú)線(xiàn)連接，這將會(huì )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(如數碼照相機、攝像機、MP3播放機、投影機、電視和車(chē)上應用裝置等)之間實(shí)現高速無(wú)線(xiàn)數字信息傳輸，為用戶(hù)提供全新的應用體驗。(3)想隨時(shí)隨地獲得信息的用戶(hù)，也將從高性能低能耗的無(wú)線(xiàn)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據傳輸性能，但這種高性能只在有限的距離內有效。長(cháng)距離應用適合使用諸如802.11g、IEEE802.llb這樣的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)。

　　目前IEEE802.15委員會(huì )正在制訂超寬帶標準，已經(jīng)提出的超寬帶規格方案有兩個(gè)，一個(gè)是由摩托羅拉公司等提倡的“DS-SS方式”，另一個(gè)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，它是一種介于無(wú)線(xiàn)標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱(chēng)作“HomeRF Lite”或“FireFly”無(wú)線(xiàn)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線(xiàn)連接。ZigBee的網(wǎng)絡(luò )標準由IEEE 802.15工作組負責制訂，被稱(chēng)作IEEE 802.15.4(ZigBee)技術(shù)標準。ZigBee協(xié)議比藍牙、高速率個(gè)人區域網(wǎng)(PAN)或802.11x無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)更簡(jiǎn)單實(shí)用。

　　ZigBee技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)部分：(1)數據傳輸速率低。只有1Okbps-250kbps，專(zhuān)注于低傳輸應用；(2)功耗低。在低耗電待機模式下，兩節普通5號干電池可使用6個(gè)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數據傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。據投入ZigBee開(kāi)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(shù)的芯片更具價(jià)格競爭力；(4)網(wǎng)絡(luò )容量大每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )最多可支持255個(gè)設備，也就是每個(gè)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，具體依據實(shí)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)，均為免執照頻段。

　　ZigBee主要應用在短距離范圍之內并且數據傳輸速率不高的各種電子設備之間。ZigBee的目標市場(chǎng)主要有PC外設(鼠標、鍵盤(pán)、游戲操控桿)、消費類(lèi)電子設備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設備上的遙控裝置)、家庭內智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫護(監視器和傳感器)、工控(監視器、傳感器和自動(dòng)控制設備)等非常廣闊的領(lǐng)域。

　　3.WiMAX

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

　　WiMax 與Wi-Fi，屬于同一類(lèi)技術(shù)，Wi-Fi是家庭及企業(yè)內部等短距離的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，對于在3到5英里的范圍內運用WiMax無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的效果更理想。換句話(huà)說(shuō)，Wi-Fi解決的是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的接入問(wèn)題，而WiMAX 解決的是無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的問(wèn)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(luò )連接速度為54Mbps，而WiMAX為70Mbps。

　　WiMax作為一種無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)，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(wú)法享受到或不滿(mǎn)意有線(xiàn)寬帶接入的客戶(hù)提供最后一公里的寬帶接入。
　
　　四、數字家庭中寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用

　　家庭寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用，帶給我們的不僅是沒(méi)有了線(xiàn)纜的便利，還會(huì )帶給我們更多的新應用模式。

　　1.可以用無(wú)線(xiàn)的方式來(lái)架建家庭影院系統，這樣的影院系統不僅擁有目前有線(xiàn)家庭影院系統的全部功能，還將給用戶(hù)帶來(lái)全新的應用感受。

　　2.在家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，一個(gè)房間中的DVD播放機播放的節目，可以在另外一個(gè)房間中的電視或掛在墻上的大屏幕顯示裝置上播放出來(lái)，而由于信號的傳輸過(guò)程是無(wú)線(xiàn)的，因此不用考慮到為了裝飾美觀(guān)而“隱藏”信號傳輸線(xiàn)的問(wèn)題。

　　3.無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)讓用戶(hù)在家中的任何一個(gè)房間，都可以很方便地欣賞到通過(guò)電纜、衛星或ADSL傳送過(guò)來(lái)的寬帶節目。

　　4.將MP3播放機放到臺式電腦或筆記本電腦周?chē)?，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(wú)線(xiàn)的方式連接起來(lái)。

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

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

　　家庭寬帶無(wú)線(xiàn)連接應用的前景是令人激動(dòng)的，業(yè)界對此也已經(jīng)投入極大的關(guān)注。我們必須認識到，家用寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不僅需要有高的數據傳輸速度，而且用戶(hù)對產(chǎn)品的價(jià)格更加敏感，同時(shí)盡量減少設備的耗電量。鑒于家用寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)新興的無(wú)線(xiàn)應用領(lǐng)域，因此對滿(mǎn)足家用市場(chǎng)需求的無(wú)線(xiàn)技術(shù)尚在不斷探尋之中。