無線連接技術(shù)：數(shù)字化家庭的核心

　　數(shù)字家庭的各個設(shè)備可通過無線連接技術(shù)實現(xiàn)互操作，與目前的家電存在應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別。因此Wi-Fi、藍牙、ZigBee等能實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對家具中不同的應(yīng)用場景而出現(xiàn)。

　　數(shù)字化家庭的概念和雛形早在數(shù)年前就由電子和IT技術(shù)的先驅(qū)們提出，其主要指代一種由家電、PC、移動設(shè)備、傳感器和安防監(jiān)控設(shè)備等構(gòu)成的全自動化網(wǎng)絡(luò)；所有終端均可通過統(tǒng)一或兼容的通訊技術(shù)實現(xiàn)無縫透明連接。例如各個房間內(nèi)都可以接收某臺電腦中的音視頻和圖片；整個家居環(huán)境均實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋；相機、手機等移動設(shè)備中的文件可隨意發(fā)送至某臺電腦；房屋內(nèi)部無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）可根據(jù)環(huán)境中的人員密度和位置調(diào)節(jié)溫度和照明，而屋外的傳感器則可對可能的安全隱患（如非法侵入等）發(fā)出預警。數(shù)字家庭的各個設(shè)備可通過無線連接技術(shù)實現(xiàn)互操作，與目前的家電存在應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別。因此Wi-Fi、藍牙、ZigBee等能實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對家具中不同的應(yīng)用場景而出現(xiàn)。

　　備受爭議的UWB

　　UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）是一種高效的低功耗寬帶無載波通信技術(shù)，其與傳統(tǒng)無線電技術(shù)的顯著區(qū)別在于，后者通過變化正弦波的功率水平、頻率或相位等傳遞信息；而UWB不使用載波，其在特定的時間點產(chǎn)生脈沖式無線電能量，并占據(jù)較大的帶寬進行脈沖定位（Pulse-Position）或時域調(diào)制（Time-Modulation），從而使耗電量顯著減小。UWB的傳統(tǒng)應(yīng)用是非合作式雷達（Non-Cooperative Radar）成像、傳感器數(shù)據(jù)采集、高精度定位和目標追蹤等。在日常應(yīng)用領(lǐng)域中，由于各國對信號發(fā)射水平的限制，UWB定位于針對短距的室內(nèi)無線應(yīng)用，如無線顯示技術(shù)和攝像頭、無線打印技術(shù)、無線音頻傳輸?shù)?。?jù)稱2008年下半年會推出UWB與藍牙的整合標準，以實現(xiàn)不同尺寸數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝省?/p>

　　UWB技術(shù)曾被推為IEEE 802.15.3a個人局域網(wǎng)（PAN，Personal Area Network）標準草案，但經(jīng)過數(shù)年的時間仍未見任何進展，整個過程幾近停滯，終于在2006年，IEEE 802.15.3a工作組宣告解散。主要原因在于UWB雖然在傳輸手段上有很大優(yōu)勢，但也有其難以解決的缺陷。通過UWB實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸與同一波段內(nèi)的傳統(tǒng)窄帶方式或連續(xù)載波沒有過多的干擾，但研究顯示，大量的UWB收發(fā)器會使噪音水平顯著上升，給通訊系統(tǒng)帶來很大負擔并影響其穩(wěn)定性，而一些測試結(jié)果也顯示其無論是傳輸速率還是傳輸距離均遠低于預期。2006年基于UWB技術(shù)的Belkin無線USB Hub測試中，傳輸速率未超過6.35Mbps，而且接通范圍只有幾英尺，與當時宣稱的30英尺距離以及480Mbps速率相差甚遠。博通（BroADCom）公司大中國區(qū)總經(jīng)理梁宜認為，UWB主要困境一個是傳輸距離和速率，第二是抗干擾的問題，而且缺乏對網(wǎng)絡(luò)功能的支持，幾個方面的原因造成了這個結(jié)果?？赡壳坝譀]有其他可替代的技術(shù)出現(xiàn)，所以Wi-Fi在這方面開始逐漸被看好。但同時也有許多分析人士認為，Belkin產(chǎn)品的測試并不是認證性測試，其試驗的正確性值得商榷，測試失敗也只能說明Belkin的產(chǎn)品不能達到要求，而不一定是技術(shù)本身的問題。

　　Wi-Fi是否會成為家網(wǎng)標準

　　Wi-Fi與UWB、ZigBee、藍牙等針對PAN技術(shù)的定位不同，主要用于無線局域網(wǎng)連接。根據(jù)IEEE802.11n版草案，速度可高達200 Mbps，充足的帶寬可較容易地實現(xiàn)上網(wǎng)瀏覽和在計算機之間傳送文件和數(shù)據(jù)。

　　梁宜認為Wi-Fi在網(wǎng)絡(luò)方面的功能已經(jīng)十分成熟，傳輸速率也比較讓人滿意，當然802.11a/b/g只有數(shù)十兆的帶寬還是明顯不夠的，即將確定正式技術(shù)標準的802.11n和MIMO就將十分適合這種應(yīng)用；而且在商業(yè)方面，其軟件技術(shù)增加了增值服務(wù)的可能性。目前包括博通在內(nèi)的廠商都在嘗試把802.11n引至消費電子產(chǎn)品中來，難點之一在于其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在美國這個問題還不是十分突出，因為他們的房屋結(jié)構(gòu)主要是木制，所以數(shù)據(jù)傳輸較簡單，而在中國和亞太地區(qū)以水泥和混凝土為主的建筑里就更困難一點，所以博通正在把它作為一個研究方向。不能說802.11n將來一定能成為家庭無線網(wǎng)絡(luò)的標準，但現(xiàn)在看來，與其他技術(shù)相比，802.11n處于一個十分領(lǐng)先的位置。

　　除了在不同環(huán)境的傳輸性能差異以外，功耗也是Wi-Fi面臨的困境。與PAN各技術(shù)相比，Wi-Fi的作用距離更遠，因而需要的功耗也更高；而在恒定的輻射功率下，Wi-Fi設(shè)備的性能將隨距離的增加出現(xiàn)幾何級數(shù)的下降。Nordic Semiconductor產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Embla Bonnerud表示，限制Wi-Fi的瓶頸在于其較高的功耗，雖然由于電池技術(shù)的進步，Wi-Fi越來越多地用于便攜式設(shè)備，例如PDA和移動電話等。不過，Wi-Fi的功耗較大帶來的問題不是僅僅對電池進行擴容就能解決的，如果使用頻繁，電池可能很快耗盡。

　　Wibree：藍牙的替代者？

　　藍牙（Bluetooth）是構(gòu)成PAN的重要技術(shù)之一，該技術(shù)于1998年正式推出，其目的是作為一個短程通信協(xié)議，用于取代連接便攜和固定設(shè)備的電纜，原始數(shù)據(jù)的傳輸速率為1Mbps或3Mbps（EDR，即增強數(shù)據(jù)速率），作用距離10m左右。大批量生產(chǎn)的最新版本是藍牙2.0版+EDR（同時2.1版+EDR已接近商品化）。

　　2001年Nokia的研究人員看到藍牙技術(shù)并不能覆蓋所有的無線應(yīng)用需求，尤其是低功耗方面的應(yīng)用，于是開始了名為“Bluetooth Low End Extension（藍牙低端擴展技術(shù)）”的研發(fā)工作。該技術(shù)仍基于藍牙，但會實現(xiàn)更低的功耗和成本。經(jīng)過與合作伙伴的一系列開發(fā)工作，其于2006年被正式推出后，商業(yè)名稱更改為Wibree并成立了相應(yīng)的聯(lián)盟。Wibree技術(shù)使應(yīng)用不再局限于較大電池（可充電或AA），并可把無線連接的范圍擴大，包含了醫(yī)學、手表、玩具、體育用品和數(shù)以千計的其他消費性產(chǎn)品。隨后，非營利行業(yè)組織Bluetooth SIG（藍牙技術(shù)聯(lián)盟）于2007年將Wibree定義為ULP 藍牙（Ultra-Low-Power Bluetooth）。

　　Wibree產(chǎn)品可實現(xiàn)比藍牙更小的尺寸和更高效的電池利用率。CR2032是許多超低功耗應(yīng)用系統(tǒng)的首選電源，該型電池可用于Wibree產(chǎn)品，而藍牙設(shè)備卻不能，因為電池容量有限，大約僅為220mAh，最大電流在20mA左右。Thomas Embla Bonnerud介紹說，藍牙技術(shù)的功耗隨運行模式變化，對于目前的藍牙2.0 + EDR設(shè)備，如果把主機與從機之間的傳輸能力全部應(yīng)用起來，耗電會上升到約35mA~45mA；而如果簡單地保持同步，可回落至5mA~10mA；工作在靜態(tài)模式時，耗電下降到微安的數(shù)量級。在一個數(shù)據(jù)流式音頻應(yīng)用系統(tǒng)中，例如MP3播放器和耳機，可充電鋰離子電池的放電時間大約是10小時，而無線鼠標器中的兩節(jié)AA電池可以使用大約100小時。

　　Wibree的出現(xiàn)并不是為了取代藍牙，而是藍牙技術(shù)的重要補充。但在Bluetooth SIG市場總監(jiān)Anders Edlund被問及該組織如何看待這一技術(shù)時表示，對于Wibree到底是藍牙的補充還是競爭對手的問題經(jīng)常有一些討論，我認為這兩種可能性同時存在。Thomas Embla Bonnerud認為，Wibree規(guī)范仍然處于起草階段，需要多久才能作為標準得到批準在大眾市場使用，對此工程往往抱悲觀的態(tài)度。藍牙技術(shù)用了七年時間實現(xiàn)成熟；但我認為基于藍牙的目前市場基礎(chǔ)，Wibree的普及應(yīng)當會更快一些。

　　因此可以看到，雖然Wibree的創(chuàng)造者都在盡量回避與藍牙競爭的野心，但實際上如果能在同樣的頻率實現(xiàn)更好的互操作性與更低的功耗和成本，用戶和廠商最終走向Wibree而舍棄已經(jīng)過時的藍牙也是市場的必然。