家庭网络中的无线传输技术

1．引言

    众所周知，有多种传输方式可用于家庭网络的构建。大致来说，可分为有线传输与无线传输两大类。相对于有线传输而言，无线传输的主要优点是不需要布线，因而可在短时期内普及家庭网络。另外，一些新的无线传输技术已可提供较高的带宽，从而能满足家庭网络的多媒体传输要求。最后，由于移动通信市场需求的推动，无线传输技术在近两年内发展迅速，有利于其产品进入家庭。

    迄今，瞄准家庭用途的各种无线传输方式多半使用两种频段：2．4GHz及5GHz。属于前者的有 HomeRF，IEEE802．1lb，IEEE802．11g，Bluetooth 1.1／ 2.0，IEEE802.15.3及White Cap等。而属于后者的有 IEEE802．11a，Hyper LAN2，HiSWAN(High Speed Wireless Access Networks)及Wireless 1394等。不过，值得指出的是，迄今尚无一种特定的无线传输方式可以满足消费电子行业提出的全部要求：低的价格、远的距离、小的干扰、高的带宽、低的功率以及与传统产品(]egacy product)的互操作性。因此，下文只能选择重要方式加以介绍。

2．家用无线传输的主要方式

    家庭网络市场是一个有待开发的新市场，迄今还没有任何传输方式称得上占统治地位，不管是有线的还是无线的。另一方面，各种传输方式似乎都对这个市场很感兴趣。最后花落谁家，这得由市场来取舍。这里，列举的主要方式是：①目前推广比较好的，如IEEE802.1lb；②目前呼声很高，且确有一定潜力的，如Bluetooth；③为适应宽带传输需求而开发的高速方式，如IEEE802.11a

2.1  IEEE802.11b传输方式

    首先，在2.4GHz频段内，尽管Home RF是专为家庭用途而开发的，但其推广似乎不尽人意。另外，早就传说还要推出一个10Mbps的新版本，但也一直未见公布。

    与此相反，作为一种无线局域网(WLAN)的传输方式，尽管802.11b主要是为办公室用途而开发的，但由于其推广较好，目前几乎代表了全部以 802.11为基础的无线局域网市场。其产品价格的下降速率就很快，已经形成厂极大的竞争优势。

    另外，一些制造厂商也正在开发所谓的双模式 802.11b芯片，它们或与Bluetooth连在一起，或与 802.11a连在一起。这些双模式芯片的推出，将在一定程度上保驾802.11b传输方式在家庭网络中的推广与使用。

    微称公司在WindowsXP操作系统中对802.11b的支持，也成为了802.11b传输方式的一个很大优势。

2．2 Bluetooth(蓝牙)传输方式

    Bluetooth是一种无线个人区域网(WPAN)的传输方式。尽管它至今仍未得到真正的普及，但人们对它的热情未减。尤其是802.15阵营的建立以及 802.11.3传输方式的推出很可能会带动Bluetooth。

    迄今为止，支持Bluetooth技术规范的产品主要局限于手机与PC卡之类，如爱立信的T39m，T68及 R520，诺基亚的6310及3Com Corp的PC卡等。但是，Bluetooth芯片的出货量还是在逐年增加。据保守估计，2001年Bluetooth收发信芯片的出货量为 600-700万块，并在2002年会增加到4800万块。最近微软公司又给Bluetooth技术带来了一个利好的消息，它将在Windows XP的未来版本中提供 Bluetooth支持。这样，就有可能在WLAN与WPAN之间进行无缝漫游。

    尽管把数据率提高到12Mbps的Bluetooth2．0版本仍在制定之中，但前面所述的802.15.3技术规范已出台。该规范的名称是WiMedia，它是由 Broadcom，Intel，JVC，柯达，摩托罗拉，夏普及索尼等公司组成的802.15工作组制定的，该工作组相信， 802.15.3可以在Bluetooth的价格下提供802.11a的高数据率。表1示出802.15.3与其它有关方式的主要技术参数比较。

2.3  1EEE 802.11a传输方式

    尽管2．4GHz的上述WLAN与WPAN都在发展之中，但对其未来表露出不安的声音也早有所闻，人们担心的主要理由有2个，其一是数据率不够高，另一是出现过渡利用的情况。为此，作为下一代的家用无线通信系统的频段，寄希望于5GHz。与此同时，利用5GHz频段的无线通信系统的标准化工作也取得了迅速的进展。

    在第1节中提到的4种5GHz无线传输方式中，可用于家庭的是IEEE802.11a及无线1394。实际上，这两种方式的电路有很大部分是可以共用的 (见图1)，故在此主要介绍IEEE802.1la。这是 WLAN的

标准化机构IEEE802委员会于1999年11月建立的一种方式，主要参数如表1所示。尽管它的物理层与MAC层是独立的，但其LLC(Logical Link Control)层以上都是与有线以太网一样的。因此，在以太网较为普及的办公室，它具有较高的亲和力。在办公室逐渐取得信赖以后，它的目标就会指向家用设备。不过，也有人认为，802.11a的主要目标就是家庭网络。

3．家用无线传输的芯片开发

3.1  802.11b芯片的开发

    作为该芯片的主要开发商，Intersil Corp．曾推出过PRISMl，PRISM2，PRISM2．5等产品，并在2000年着力开发了直接转换的PRISM3芯片组件。由于消除了RF前期与基带之间的中频段，故可以把芯片组件的构成从以往的4片变为3片，并省去了包括SAW滤波器在内的许多零件。这样，在降低成本与节省空间的同时，还可以缩小库存量需求，节约安装与测试的费用，并改进其整体的可靠性。

    除了Intersil公司以外，802.1lb芯片的传统供应商还有Intel与Agere Systems等等。尽管Agere也有像Intersil那样的领先地位，但它只开发自己的基带与MAC，而把RF前段委托给飞利浦半导体公司。 3.2  Bluetooth芯片的开发

    据报道，在2001年发运的Bluetooth芯片中，有多达64％的产品来自英国的Cambridge Silicon Radio Ltd(CSR)。该公司于2000年9月首次在法国的 STMieroelectronics公司量产BlueCore01，这是一种单芯片的CMOS Blurtooth收发信IC，在不到两个月内就发运了25万片。2001年3月，该公司又利用 TSMC的制造设备试制了BlueCore02，并期望在年底以前能以7美元或8美元的价格供货，在2002年中期进一步下降到5美元。

    除了CSR以外，美国的Silicon Wave Inc、日本的Oki Semiconductor、美国的Broadcom Corp．及法国的Alcatel Microelectronics等也都已发运了用于 Bluetooth的芯片组件。其中，Broadeom公司可提供两种选择，其一为标准的RF--基带双芯片组件，另一为基于主处理器的选择以降低成本。同样，在提供单芯片CMOS Bluetooth收发信IC的基础上，Alcatel公司将在其以后的产品上提供软件基带的选择。该公司的业务开发经理Tony Valentino先生认为，软件基带方案也许是达到5美元的Bluetooth解决方案的唯一可行办法。

3.3  802.11a芯片的开发

    2000年中期，美国的Atberos Communications Inc．及Radiate Inc．相继宣布，开发了利用5GHz频段的无线局域网芯片组件。这两套芯片组件都是由 2片构成的，其特征是可用CMOS技术来制造。前者在其基带处理部分备有802.11a的MAC处理电路，最大功耗为1.7-1.8W。后者由单芯片的基带处理电路(R-M11a)及单芯片的RF电路(R-RF5)构成，但它不含有MAC处理电路。这两家公司已于2001年夏季开始发运样品，其标价为35美元。顺便指出， Radiate公司后来已被美国的Cisco Systems Inc．收购，其802.1la芯片组件的权益也一并归Cisco公司拥有。

    除了上述两家公司以外，以开发Bluetooth芯片而闻名的上述CSR公司也看好802.11a。此外，瑞典的爱立信公司及爱尔兰的Parthus Technologies plc都已绕过802.1lb而直接进入802.11a或Hyper- LAN2芯片的开发。最近，加拿大的Ice Fyre Semiconductor Inc．更开发了一种节电技术，可用来将 802.11a芯片的功耗降低到1／4。 3.4 双模式芯片的开发

    迄今为止，已经宣布过两种组合的双模式芯片的开发，这就是组合802.11b与Bluetooth的解决方案及组合802.11b与802.11a的解决方案。

    参与前一方案的主要有Intersil公司与Silicon Ware公司。使用Intersil公司的PRISM芯片及Silicon Wave公司的Bluetooth芯片，最终产品采取PC卡或Mini PC卡的形状，以便膝上型PC机也能与无线网络连接。除了Intersil／SiliconWare以外，IBM Corp．，CSR，Embedded Wireless Devices及Mobilian Corp．等公司都曾宣布或演示过这一组合芯片的解决方案。

    802.11a／802.11b的解决方案的提出，是与802.1la传输方式的崭露头角密切相关。这是因为，要使 802.11b方式能够顺利过渡到802.11a方式，除了试图建立一个中间方式(如IEEE802.1lg)以外，这种解决方案无疑也是一种选择。为此，美国的Envara Inc．于2001年7月宣布了它的低成本／低功率芯片组件的细节。这个被称为WiND的双芯片解决方案将MAC电路与基带置于一块芯片内，而将双波段 RF置于另一块芯片内(见图2)。除了Envara公司以外，公开宣布过双波

段计划的企业还有Intermec及 TDK，这两家公司都使用Atheros公司的5GHz AR5000芯片组件。另外，美国的LinCom Wireless Inc．最近也宣布了自己的参与。

4.家用无线传输的应用现状

    目前，无线数据通信已开始被应用于家庭。除了在家用的拨号路由器之间进行WWW浏览与电子邮件收发以外，活动图像的传输也将逐步成为可能。另外，随着宽带网络的迅速推广，使用5GHz频段的通信系统也将出现于家庭。例如，索尼公司不久前提出的网络家电构想(见图3)。这是一个与PC机相连接的无线电视机系统，它由无线局域网

设备与家庭服务器构成,而后者又由索尼的VAIO PC机与内置HDD的记录装置Giga Pocket相连而成。电视机天线接收的信号被Giga Pocket接收，并按PC机的指示由无线传送到多台电视机，传输速度最大为54Mbps。当然，更多的家庭网络系统将由无线传输与有线传输组合而成，如松下提出的采用2层构造的家庭网络(见图4)。

    必须指出，目前正在推广的还主要是一些备有无线通信功能的家用设备，如终端适配器拨号路由器，家用PC机，平板显示器，家庭网关以及家用服务器等。例如，最先将无线版的终端适配器投放市场的NEC公司曾声称，无线型的终端适配器已占据总销售台数的40％。该公司把这一增长中的需求看作是扩大市场份额的绝好机会，并采取扩大无线型产品系列的方针。又如，在家用PC机方面，无线局域网功能似乎也已成为标准安装，富士通、松下电器、NEC、夏普与索尼等公司都已提供能对应WLAN接口功能的PC机。另外，在平板显示器方面，索尼公司于2000年12月就开始销售一种名为AirBoard的液晶电视机，它的10.4英寸显示屏与本体之间用 802.11b方式相连接，因而可以取下显示屏部分任意移动，以便在家里任何地方都可以享用。与此相似，三洋电机公司于2001年10月在CEATEC JAPAN 2001展览会上展出厂一款无线型的有机EL电视机样机，其画面尺寸为5英寸。最后，在家庭网关方面，美国的Scientific Atlanta公司早在Western show 2000展览会上就展示过采用无线传输技术的宽带家庭网关。它们都是以数字机顶盒为基础，包括对应于Home RF的Explorer 6000，及对应于 Bluetooth的Explorer6000，及对应于802.11b的Explores 8000 3种型号。

    2001年以来，日本各大家电制造厂商都对家用服务器的开发增强厂力度。包括日立、索尼、东芝及 JVC等企业都将参与2002年开始的市场竞争。其中，利用无线传输技术的产品也已露出水面。除了上述索尼的家用服务器以外，东芝打算于2002年上半年推出其取名为“无线AV器”的家用服务器，不仅如此，即使对于白色家电，将来也可以用无线传输方式来进行连接。这里，美国惠而普公司开发的Web Pad就是一种管理白色家电的装置，可以用 Bluetooth方式将它与各种家电设备相连，包括可上网的白色家电在内。因此，家用服务器的无线传输功能将进一步给用户带来方便。可以相信，随着 IPv4向IPv6的过渡，一定会有更多的数字家电设备标准配备无线接口功能。

5．家用无线传输的最新发展

    围绕着无线传输技术在家庭网络中的应用，出现了一些新的发展事态。

5.1  IEEE802.1lg标准

    IEEE802．11g会战组(Task Force)曾打算建立一项22Mbps、2．4GHz无线局域网标准。尽管对该标准的必要性有争议，但仍确定要在2001年9月的IEEE802.11会议上进行投票，以便决定能否通过。不过，由于美国9.11事件的影响，这次会议被取消了。2个月以后，即在IEEE802.11的11月会议上，才通过了一项802.11g的建议。根据这一建议， 802.Ilg将把2.4GHz频段的数据率从802.11b目前可以达到的最大11Mbps，提高到54Mbps。这也就是说，在保持与802.11b后向兼容的同时，该标准将可提供802.11a的数据率。不过，由于QoS等问题还有待解决，该标准的完成时间已延至2002年中期。

    为了实现802.11g所用的OFOM调制方式， 2001年3月，日本总务省就向情报通信审议会发出了有关问题的咨询。同年9月，总务省收到了该审议会的答复。在此基础上，总务省又于同年11月向电波管理审议会发出了有关省令颁布的咨询，并预定在2002年3月左右提出省令。为了使802.11g的利用成为可能，总务省还打算放宽对OFOM方式的规则。

5.2  QoS问题

    由于802.11b最初是为以使用数据为中心的企业开发的，故它缺少家庭网络所需的QoS性能。围绕这个问题，产生了以下几种不同意见。

    802.11的支持者认为，这个问题可由一个802.1le的派生技术规范来预解决。实际上，这就是一种 MAC增强，并可被用于802.11的派生标准的物理层。该技术规范将处置A／V用途所必须的优先权与短等取的问题。

    与此相反，WPAN的支持者却认为，在现有的 WLAN上增加QoS的扩充与修补会加大协议的开销，从而使它变得较贵，且缩小A／V通过能力。因此，他们大力推介上述WiMedia的可靠的QoS。802.15.3工作组的主席John Barr先生认为，与以比特为基础来保证带宽的802.11e不同，置入WiMedia的QoS可为同步和异步的数据流提供有保障的时隙。而且，WiMedia还对一些特定的连接(ad hot connections)具有QoS支持，但802.11e却做不到这一点。

    不过，某些芯片公司则认为，802.11.e与WiMedia都是不必要的，它们可以用现有的标准，如802.11b及802.11a，在系统的层面为家庭网关及用户机顶盒优化视频。例如，飞利浦半导体公司最近提出一个计划，它可为一个以802.11b为基础的无线家庭网络向下“翻译”5Mbps的视频流，使之成为一个恒定的2.5Mbps视频流。与此同时，收购了Share Wave公司的Cirrus Logic Inc．，却提出了一个名为 White Cap的新协议，它可以与传统的、以802．11b为基础的产品相互操作。

5．3防拷贝问题

    在这方面，Cisco公司于2001年秋就宣布了它的“公开的条件内容访问管理(Occam)”。汤姆逊多媒体公司也在最近的消费电子展上与Micronas公司一起演示了它们的Smart Right技术。尽管如此，飞利浦还是希望建立一个介于Occam与Smart Right之间的数字版权管理解决方案。

5.4   5美元以下的Biuetooth芯片组件

    2001年12月在美国旧金山召开的Bluetooth开发者会议上，一些半导体制造厂商展出了多种备有新功能的低价格收发信LSI及收发信模块。其中，在收发信LSI方面展出新产品的公司有美国的Mo- torola、美国的Silicon Wave、瑞典的SpireaAB及美国的TI等。另外，法国的Alcatel公司发表了它的 MIC-60180基带处理LSI。

    Motorola公司是在收购丹麦的Digianswer公司以后才开始接触Bluetooth市场的，这次展出的是 MC71000基带处理LSI及MCl3180 RF收发信 LSI。上述2块芯片合在一起的价格定为5.9美元 (其附带条件是购置100万套)，这比迄今的芯片组件价格低了不少。另外，Spirea公司的定价更令人鼓舞，它们展出的BlueTrac RF收发信LSI与其原有的基带处理器合在一起只卖4美元，这也是购置 100万套时的价格。

    这样，市场上终于出现了目标价格(5美元)以下的Bluetooth芯片组件。尽管附带了一个条件，但这毕竟是向前迈出了重要的一步。此外，Silicon Ware公司展出的SiWl702及SiWl703 RF收发信 LSI与TI公司展出的BSN6050基带处理LSI也定价为5美元。

6. 结束语

    上文已经介绍了家用无线传输的有关问题，尽管还没有一种方式可以满足全部要求，但通过分析还是可以有所选择。笔者认为，从性价比、可靠性及兼容性等方面来衡量，当前选用802．11b应该是相对可行的。而且，值得一提的是，它与Bluetooth的相互干涉问题已经有了多种解决方案；尤其是美国 Mobilian公司开发的芯片组件True Radio，更使两种方式的同时工作成为可能。当然，从长远来看，随着家庭网络本身的发展，今后的选择重点可能会逐步移向802．11a。