家庭无线影音技术：802.1 vs .UWB

在数字家庭的应用中，除了建立起分享性的家庭网络(涵盖PC、TV和自动化电器)外，还有两大趋势：走向更高质量的HD(High Definition)影音效果，以及以无线取代有线的技术趋势。虽然基于Wi-Fi的IEEE802.11b/a/g产品已在家庭中广泛布设，但要做为实时性串流影音的无线方案，11b/a/g仍嫌力有未逮。

对于无线传输来说，有三大考虑的议题，分别是：传输率(throughput)、距离/涵盖范围和可靠性(reliability)。不同的应用会对这三大议题有所偏重，以实时性的串流影音来说，就需要极高的传输率及保证传输上的高度可靠性。无线市场上不断地运用各种可行技术来改善这三大议题，例如使用OFDM、64QAM等更复杂的调制(modulation)技术，以及提升对频谱的利用率。

目前市场上有两大新兴技术可用来改善频谱的利用率，一是超宽带(Ultra Wideband, UWB)，一是多重输入多重输出(Multiple-input, multiple-output, MIMO)，后者被用在新一代的WLAN标准—— 802.11n中，而802.11n与UWB都被视为是家庭影音传输的可行性解决方案。本文将探讨两项新兴技术的发展现况。
    
Draft-n规格总算进入稳定阶段

伴随802.11b标准在1999年7月正式通过，WLAN/Wi-Fi的应用开始掘起。2001年WLAN芯片组的出货量只有1千万颗，而研究机构ABI Research的研究指出，2005年的WLAN芯片出货量已达1.57亿颗，2006年更成长到2.07亿颗，成长的幅度相当惊人。拓墣产业研究所预估2007年全球Wi-Fi市场将持续呈现高成长的走势，成长率高达47%，出货量则可望提升到2.8亿套，而其成长的重要驱动力之一，即是draft-n产品的上市。

802.11n 1.0版草案在2006年1月通过，包括Broadcom、Atheros、Marvell等芯片厂商开大力推动其draft-n(或称pre-n)的芯片，而Netgear、Buffalo、Linksys等网络设备厂商及一些膝上型计算机厂商也开始推出采用draft-n的产品。不过，draft 1.0版的规格的不确定性太高(在通过后一度收到上万条的修正意见)，这正是市场接受度难以打开的主要瓶颈。

不过，在又喧喧嚷嚷了一整年后，好消息在今年1月传来，802.11工作组已顺利通过草案1.10版本，为草案2.0版本做了最终定稿，同时对802.11n标准时间表做进一步的规划。在这次的会议中的投票结果是100票赞成、0票反对、5票弃权，显示出在历经9个多月的沟通后，大家对802.11n的版本已达成高度的共识，预估2.0版本并不会对1.10版本做太多的改动，而1.10版本与现在市场上的draft-n产品能够兼容，对于修订的部分只需透过软件的更新即可进行升级。这对于现行的产品及今后的市场推展来说当然是一大利多，即使最后的正式版本预估要到2008年才会完成，但因规格发展至今已大致抵定，想用的人已可放心使用了。
    
802.11n具备强大技术优势

802.11n受到市场注目的原因，在于它针对PHY和MAC层规格都进行了全面性的改善，让新一代的Wi-Fi能够突破过去在速度、距离及可靠性上的限制。在PHY层导入了多项革命性的技术，例如：更佳的OFDM调制技术、多输入多输出(MIMO)、分集(Diversity)及波束成形(beam-forming)的新天线技术等等；在MAC层部分最主要的突破是采用讯框汇聚(frame aggregation)的新作法，能有效提升封包处理的效率，此外，11n与11e的QoS规格有紧密的结合，让11n更能适用于影音、通话等实时性应用。具体细节请参考表1。

在众多技术中，无疑以MIMO最具影响力。MIMO采用空间分割多任务(Space-division Multiplexing, SDM)技术克服了一直被视负面性干扰因素的多径效应(Multipath)。MIMO透过在WLAN发射端将数据流切分为多个空间数据串流(spatial streams)，再透过不同的天线发射到相应的接收端天线，当空间数据串流的数量提高一倍，原则上就能将传输率也提升一倍。但当空间数据串流增加时，传输功耗也会提升，因此Draft-n规格中制定MIMO省能(power-save)模式，也就是只有在确定多重路径的作法能提升效能时，才会采用更耗电的多径途径。

802.11n虽然采用了许多新的技术，但有些是强制性(Mandatory)规范，有些是选择性(Optional)规范。各家厂商除了满足基本的标准要求以达到兼容性外，可以自行选择支持更高阶的技术选项，一方面可提高传输效能表现，一方面则能推出区隔化的产品，满足高阶及特定应用的需求。在最佳条件下，如果厂商的产品支持了所有进阶的技术选项，802.11n的产品最高可达600Mbps的传输率。

这种产品需支持4 x 4的最高天线组，但目前市场上的产品才刚开始从 2 x 2 的天线提升到 3 x 3 的天线，最高的原始数据传输率为300 Mbit/s。以Broadcom的Intensi-fi芯片组技术来说，支持2x2、3x3或4x4天线配置，而且采用all-CMOS架构设计；Atheros的XSPAN则采用了三射频单芯片的MIMO架构。两者皆同时支持2.4GHz及5GHz双频带，这也是微软最新操作系统中要求支持的规格。

Intel也在今年的CES中展示了多款支持Wirelss-N的AP和笔记型计算机，如图1。目前基于Napa平台的膝上型计算机已采用其Wireless-N技术，预定在今年3月，Intel的讯驰平台将会升级到Santa Rosa平台，到时将会内建支持下一代Wireless-N技术的11n Kedorn模块。另一个让802.11n阵营感到振奋的是Apple计算机持续在其产品在线支持draft-n，目前包括其最新的Apple TV、AirPort Extreme／AirPort Express和iMAC计算机等，都已建置对draft-n的支持硬件，其中Apple TV的用途上正是用于无线影音内容的传输。

图1  Intel在今年CES中展示多款支持Wireless-N产品

部分UWB厂商描准家庭影音应用

另一个候选的高速无线影音技术是UWB。UWB的技术规格已由WiMedia胜出，包括Wireless USB(W-USB)和蓝牙都已宣布采用WiMedia的UWB做为其底层技术。在WiMedia所提出的MB-OFDM UWB的射频实体层规范中，它使用到3.1~10.6 GHz 的非管制频段，也就是有将近7500 MHz的可用频宽。UWB规格能支持广泛的数据传输速率，在短距离内，现今的规范中可从53.3 Mbit/s支持到480 Mbit/s。不过，480Mbps并非UWB的极限，透过更佳的技术，它甚至可支持到1Gbit/s以上的速率。UWB与其它无线技术的发射讯号强度及使用频段比较，参考图2。

图2  UWB与其它无线技术的发射讯号强度及使用频段比较

目前投入此市场的厂商众多，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为主力市场，这也是UWB最商品化的一项应用，以PC及其外围为主要的应用产品，目前已有Dongle、Hub等产品开始推出市场。Artimi是以MAC为发展核心的厂商，锁定的领域是可携式设备的大量数据传输，例如数字相机的照片下传等，在规格上强调支持高、低双频的W-USB和蓝牙技术。

实时的无线影音传输则是挑战性相对高出许多的一块市场，目前锁定此一应用领域的厂商包Tzero、Focus、Sigma Designs等厂商，WiQuest则是PC应用与影音应用两吃，不久前才推出其WiDV方案，强调能提供高达1Gbps的传输率，能够提供更稳定的影音质量。另有一家值得注意的UWB厂商，也就是不属于WiMedia阵营的Pulse~Link，该公司专属的Cwave架构也能达到1 Gbps以上的传输率。

Tzero是将UWB应用在家庭影音用途的代表性厂商。该公司特别强调其技术在可靠性(reliability)和可用性(availability)上的表现能力，其TZ7000芯片方案能达到小于10-8的封包错误率，这意味着在片长两个小时以内的节目播放中，连一个封包错误都找不到。其它的特色还包括对电波的极佳抗干扰性，QoS频宽保证机制的建立，以及利用MIMO技术来改善传输效能，请参考表2。

802.11n vs. UWB竞合分析

就无线影音的传输来说，过去的802.11g或802.11a技术都不能获得令人满意的HD视听经验。主要的瓶颈来自传输率和涵盖范围不足，以及无法克服存在于网络环境中的干扰变量。以802.11a/g来说，其实应该可以支持单频道20Mbps的HDTV播放，但实际效果并不理想，这是因为802.11a/g的实际传输率并不稳定，会受到距离与环境的影响，而且当遇到暂停、实时回放、倒带和快转等动作时，对频宽及设备的操控需求又会不同，技术上的难度相当高。

802.11n和UWB都提供了远高于802.11a/g的传输率，这虽然并非实现高质量影音内容的唯一条件，但高传输率确实能保证更佳的传输质量，提供更高的抗干扰能力。但这仍不够的，毕竟在无线的空间中充满了变量，这些技术还得对延迟、抖动和封包的损毁提出相应的解决方案。这也会是影音市场最后选择UWB或802.11n的关键所在。

目前看来，802.11n偏重范围较大的宽带网络接取应用，UWB则诉诸于短距离的高速序列传输应用，两者短期内应是互补大于竞争，也就是各有其市场划分。以影音内容的传送来说，若要提供HD的影音质量，HDMI为必要的有线传输规格，而UWB也已成功进入此领域，包括Tzero和Pulse Link等公司都已推出wireless HDMI的解决方案。

也就是说，对于点对点(point-to-point)的短距离影音内容传输来说，UWB会是有线技术的重要取代方案，会被用来将内容从播放器(如DVD/STB/PVR)传送到TV显示器；至于更远程需透过网络传达的大容量档案或影音内容，则可透过802.11n的AP、网关器、数字媒体转换器(Digital Media Adaptor, DMA)及NB网络卡等架构来进行交换传输。不过，两者在技术上的进展，可能让市场的区隔性愈来愈模糊，竞争性也会日益加深。