多种无线技术在数字家庭网络中的进展

作者：    来源：电子工程专辑

欢迎访问e展厅 展厅 1 电子产品展厅 平板电脑, 电子书阅读器, 笔记本电脑, IC卡设备, GPS/卫星导航系统, ... 数字家庭——这个“真实电子世界中竞争最为激烈的领域”，越来越受到各种无线技术的青睐。随着计算机技术、通讯和消费电子融合趋势的加速，数字家庭的内涵也日益丰富，无线技术是否能承担起数字家庭网络核心基础的重任成为业界关注的话题。 WiFi，已经前进到多远？ 随着无线技术从802.11g到下一代802.11n标准的演变，PC、消费电子和移动三大领域开始趋于融合，无线连通性之前受到限制的情况有望得到改变。来自ABI Research的数据显示，支持802.11n的芯片占2008年全部Wi-Fi芯片发货量的近一半左右。而具备Wi-Fi功能的设备到今年底也有望占所有家庭网络连接中的50％以上，其中亚太区将拥有最大的Wi-Fi市场份额。 “Wi-Fi目前正处于关键的转折点。”Broadcom公司无线连接集团高级市场总监Rahul Patel强调说，“除了已经在PC中得到100% 的配置外，在宽带网关、HDTV、机顶盒、游戏设备、媒体播放机、打印机等设备中，WiFi也正在成为标准配置。同时，Wi-Fi认证非常关键，它推动着产业界在标准被批准前就接纳了802.11n。” 据悉，802.11n标准的正式版本有望在2009年得到批准。对那些支持802.11n草案的设备而言，则可以通过硬件升级实现。 “毫无疑问，802.11n将成为未来数字家庭的核心基础。”在接收记者采访时，Rahul Patel对Wi-Fi在数字家庭中的前景表现的相当自信。他认为，802.11n平台不但拥有300Mbps以上的速度，更重要的是，它是首个能够同时承载高清视频、音频和数据流的无线多媒体分发技术。此外，802.11n产品还提供并发双频操作，能为宽带多媒体应用提供更多的信道容量。 “许多消费者现在都拥有数字电影、电视片、音乐和照片库，他们希望能无限制地访问任何地点的内容，并且需要系统能同时支持多个用户及应用。”Rahul Patel说。 针对中国市场所独有的“穿透性”的难题。Rahul Patel表示，“这确实非常有趣，但802.11n的出现解决了这个难题。”与美国及其他西方国家不同，中国住宅建筑物一般采用钢筋混凝土结构，这种建筑材质会阻碍802.11g信号的有效穿透。他进一步解释说，.11n基于MIMO技术，能够大幅降低以前Wi-Fi技术性能的信号反射(也称为多路径)。此外，它还具备增强的rate-over-range特性，例如空时分组码(STBC)、最大比合并(MRC)以及Tx波束赋形。 但他也坦诚，新的802.11n平台也面临着技术挑战，例如冷点、绝对距离、服务质量(QoS)控制、以及低劣的视频质量影响用户体验等等。 因此，为了向联网家庭提供强大的无线骨干网，Broadcom利用Acclerange技术对其新的802.11n路由器平台作了优化。该架构支持STBC技术，其内置算法可以检测多媒体数据流，并通过动态调整来实现最优性能，从而增加了连通性“甜点(Sweetspot) ”。经认证的动态频率选择(DFS)技术还可以在5GHz频段内增加15个信道。 另一个创新技术来自Broadcom Intensi-fi XLR，它在2.4GHz和5GHz两个频段上实现了300Mbps的无线带宽，从而使Intensi-fi XLR 802.11n路由器能利用该双频802.11n技术提供Wi-Fi多媒体体验，并实现语音、视频和数据的三重播放。 “Wi-Fi的下一步是什么?” Rahul Patel乐观的表示，随着802.11n宽带无线速度和Wi-Fi认证的实现，相应的产品和技术将允许用户把视频从宽带网络转移到家庭，或通过无线链路从网关转移到IP机顶盒，以便在电视上观看。这也就意味着，随处下载和欣赏数字内容，以及在世界上任何地点控制家中的设备将不再是梦想。 60GHz无线技术觊觎数字家庭 尽管并不算是家用联网中体积最小、价格最便宜而且功耗最低的技术，但带宽却是60GHz技术的一张王牌。传送分辨率高达1,920×1,080p未经压缩的高清视频，且延迟在5到15毫秒之间，这就是60GHz的价值点。 芯片设计方面取得的进展也起到了推波助澜的作用。以往60GHz技术依赖相对昂贵、功耗较大的GaAs和InP材料。但目前，研究人员已经证明硅材料同样能够胜任这项任务。硅芯片方案正是60GHz通信吸引人们的关键。 此外，由于波长很短，工程师可以将天线和收发器集成在一块单芯片上，再经过合理的相位调整，就能形成自适应的相控天线阵列。另一方面，由于不需要外露的输入/输出端口，不但可以使封装成本降低一两个数量级，还能够让收发器在制造及组装期间不容易受到静放电的影响。 这种吸引力非常强。IEEE专门成立了802.15.3c标准组负责60GHz无线标准的制定工作。而SiBeam、英特尔、LG、松下、NEC、三星、Broadcom、索尼、东芝等消费电子供应商更是成立了WirelessHD联盟，旨在对60GHz无线技术进行规范，此项技术据称能在客厅中以4Gbps的速度传送未经压缩的高清视频数据。 在美国旧金山举行的Intel IDF2008期间，Intel Research的研究人员在技术分组会“60GHz for Gigabit WPAN and WLAN Opportunities and Challenges”上透露，英特尔正在开发用于视听设备及便携设备的60GHz频带毫米波通信技术。 Intel研发经理Lilly Yang表示，这将是可兼顾当前不同60GHz技术标准的Gb级无线网络解决方案。此前，IEEE 802.15.3c小组和WiFi联盟一直在制定60GHz无线技术标准的问题上争执不休。前者希望以Gbps的速率传送多路信号的无线链路标准，而后者则希望把60GHz打造成Gb级WiFi标准。 Intel列举出了以下4个作为有望应用毫米波的领域。1. 在便携设备与自助服务终端等之间的高速内容下载“Sync-n-Go”服务；2. 连接家庭电视机与机顶盒等、传输HDTV图像的“无线显示；3. 使PC与外围设备间的有线电缆实现无线化的“无线计算”；4. 将无线LAN的速度提高到Gbps级的“下一代WLAN”。 但60GHz技术也有不少“引人入胜”的设计挑战，自适应定向天线阵列技术可能就是其中一个。在客厅中，人们也许会随时在电波前走动或者将整个系统到处移动。“它必须能自动算出发射机和接收机之间的电波最佳传送途径，并且在传输途径受阻时进行自适应变化。”SiBeam公司的Brodersen说，“由于天线阵列被置于电视和DVD机中，所以设置方式不能太过复杂。” 此外，如何控制60GHz振荡器的精确频率？如何制造出能够为天线提供强大功率的发射器电路？以及尽快找到符合要求的测试设备，也都是要啃的硬骨头。 无线高清传输 越来越多的消费者希望利用无线技术将消费类电子设备和显示设备连接起来，从而实现非压缩高清视频、多通道音频、智能格式和控制数据的无线传送。目前，几种新兴标准都有望推动无线高清技术的发展。这些据称能满足HD传输庞大需求的解决方案，预期在2010年到2011年间将首先在高清电视(HDTV)以及多种音/视频设备中大展拳脚。 目前三种相互竞争的系统互不兼容：使用60GHz传输的WirelessHD；使用5GHz的无线高清接口(WHDI)；以及使用4.2-4.8 GHz频段的UWB。这三种格式都声称已解决了住宅环境对无线音视频互连的三大要求：高带宽和短延时、良好的覆盖、以及高质量图像。 WirelessHD联盟表示，由于采用60GHz传输，其数据传输速度可高达4Gbps；由以色列Amimon公司开发的WHDI，其数据率据称也达到了3Gbps，大致相当于HDMI 1.2有线连接的吞吐量；而UWB格式的数据率达到了480Mbps，主要依靠压缩和扩展传输HD视频图像。 Rahul Patel表示，业界尚未在无线高清标准和格式方面达成共识，各种候选方案都有自己的优缺点。但无论采用何种技术，高带宽和短延时都是首先要考虑的问题。因为一路高清视频的传输码流至少需要10-12Mbps带宽。同时，消费者也需要不同设备间的快捷响应。游戏玩家更是如此，任何在延时方面所做的折衷在游戏领域都是绝对不能被接受的。 其次，如何在家庭环境中做到良好的覆盖？如何实现家庭墙壁的穿透？特别是钢筋混凝土墙的穿透也颇具挑战性。因为在家庭中，用户越来越希望各种音/视频设备、以及组配件能够与电视进行分离，对无线连接的需求正是这一总体趋势的体现。 最后，如何实现稳定的带宽传输，以及应对来自于其他电器或隔壁无线设备的干扰，从而确保稳定的图像质量，也是实现无线高清传输需要突破的关键技术所在。(end)

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