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无线视讯局域网络标准竞争激烈!
技术应用共通性高

【作者: 陸向陽】2009年09月28日 星期一

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无线视听局域网络应运而生


在Wi-Fi无线局域网络(Wireless Local Area Network;WLAN)获得成功后,业界即试图复制WxAN成功模式,如Bluetooth诉求无线个人局域网络(Wireless Personal Area Network;WPAN)、WiMAX诉求无线都会局域网络(Wireless Metro Area Network;WMAN)、ZigBee诉求无线传感器局域网络(Wireless Sensor Area Network;WSAN)或无线传感器网络(Wireless Sensor Network;WSN)等。



而今,业界也试图将原须以实线传输的高清晰视讯改以无线传输,并将此称为无线视讯局域网络(Wireless Video Area Network;WVAN),虽名为视讯,然亦包含音频,严格而论当称无线视听区网。



不过,上述的WxAN诉求并非仅有单一种标准在角逐该取向市场,事实上多半有2种以上的标准在竞争,如Bluetooth诉求WPAN,然在诉求初期有Nokia提出的Wibree与Bluetooth竞争,之后才归入Bluetooth,成为Bluetooth ULP(Ultra Low Power)、Bluetooth Low Energy;或如ZigBee诉求WSN,但同时亦有Z-Wave于家用WSN领域与之竞争。



至于WVAN方面,更是有多达7、8种标准参与竞争,是现阶段各类WxAN中最紊乱的,但同时也是最新兴、最晚成形、后势最受看好的市场及标准。本文以下将介绍与讨论现有各组织联盟所提出的WVAN标准。



WirelessHD


WirelessHD(简称WiHD)是WVAN诉求中第1个成形的组织标准,于2008年1月(CES期间)成立,也自此开启WVAN概念及市场。WiHD的主要初始成员为日韩消费性电子大厂,如LG、Panasonic、NEC、Samsung、Sony、Philips、Toshiba、SiBEAM等,其中SiBEAM为新兴的无线芯片业者,专责于研制WiHD所需的极高频收发器芯片。



2008年9月IFA期间,WiHD又加入2家成员,即Broadcom与Intel,此使WiHD芯片供货商由1家增至3家,并使整体声势更壮大。



《图一 WiHD示意图,图中以电视为通讯协调者,之后各影音装置、家电可透过WiHD进行高清晰度的影音传输,如音视讯接收器(2号)与高清晰度磁盘影音播放器(3号)进行传输,或如视讯机顶盒(1号)与数字视频录像机(4号)进行传输 》

数据源:WirelessHD.org


在技术面,WiHD使用60GHz频段,并以每7GHz的带宽为1个信道,如此可得4Gbps传输率,最大传距约10公尺,可支持HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)内容防拷加密传输,可进行收发之间的点对点(Point-to-Point)传输,及单一房间内的非视界(Non Line-Of-Sight;NLOS)传输,传输延迟(Latency)约在5~15毫秒(mS)间。



所谓单一房间内的NLOS传输,言下之意该传输无法穿墙,但家庭成员的走动对收发之间所造成的传输路径遮蔽则可以容忍,原因在于WiHD在收发上均使用极多小型天线,虽然主要传输路径被遮蔽,但多组天线可自室内各方向感应到微弱的反射信号,从而推算出信号的原貌,因此仍可完成传递。



《图二 如图所示,无线的音视讯信号透过天花板的信号反射,依然能将影音内容传递到电视上进行播放,而收发之间最直接的传递路径被一位女士走动而遮挡,但却无碍影音的实时性传输 》

数据源:WirelessHD.org


《图二 如图所示,无线的音视讯信号透过天花板的信号反射,依然能将影音内容传递到电视上进行播放,而收发之间最直接的传递路径被一位女士走动而遮挡,但却无碍影音的实时性传输 》



Wireless HDMI


值得注意的是,WiHD最初宣称能有5Gbps传量,然芯片化实现后的实际表现为4Gbps,然WiHD方面更宣称WiHD技术的理论值最高可至25Gbps,亦即日后仍有极大的速率提升空间。



Wireless HDMI并不是HDMI组织所认可的无线版,而是ADI与新兴无线芯片业者Tzero合作的一项无线高清晰影音传输技术,该技术运用超宽带(Ultra-Wideband;UWB)调变方式来实现高速传输。

《图三 Hitachi在CES 2009上展示Wireless HDMI技术,图中左中位置为发送器,电视下方则为接收器,发送器下方则为一般的视讯机顶盒。由于此示范是以JPEG2000压缩格式传送,因此收发器内均使用ADI公司的JPEG2000硬件编译码器(CODEC)芯片 》


数据源:ultimateavmag.com



Wireless HDMI的弱点在于传量较低,约500Mbps,若以逐行扫描方式仅能传输标准清晰度(SD)的视讯,无法直接传输未压缩的高清晰(HD)、完整高清晰视讯(FHD)。Wireless HDMI的主要支持业者有ADI、Avocent、Gefen、HiSense、Hitachi、Tzero等。



WHDI


值得注意的,2009年CES展Hitachi已展示Wireless HDMI实机技术,其发收间已可达30公分~9公尺的视界性传输(传输路径中不得有遮蔽),使用的频段为4.2GHz~4.8GHz频段,调变方式为MB-OFDM,不过其示范并非使用非压缩视讯,而是使用JPEG2000格式的压缩视讯。



WHDI全称Wireless Home Digital Interface,主要支持业者为Motorola、Hitachi、LG、Samsung、Sharp、Sony,以及以色列新兴无线芯片业者AMIMON等。




WHDI传输率达3Gbps,使用的频段为5GHz,信道带宽为40MHz,可传输非压缩的1080p质量的视讯,若信道带宽降至20MHz则仅有1.5Gbps传量,仍可用来传输非压缩的1080p、720p质量的视讯。另外,WHDI最大传距约100英呎(30公尺),可穿墙传输,传输延迟小于1毫秒,言下之意低延迟可支持影音的平顺播放与操作反应。


《图四 与WiHD不同的,WHDI强调较远的传距及可穿墙传输性,如此适合跨多房间的多播式影音应用 》




至此眼尖者可发现,WHDI的成员与WiHD的成员有若干重迭,这并非成员对标准的支持意向有所转变,而是WHDI技术能与WiHD技术互补,一者可穿墙、传距较远、传量较低,另一者无法传强、传距近、传量高,前者可支持数字家庭的多室(Multi-Room)影音应用,后者则集中发展客厅内的高阶影音应用。



Wireless USB


Wireless USB(简称WUSB)原诉求为WPAN,然其推展并未如预期,因此WUSB也尝试能在初开展的WVAN领域有若干斩获。不过,WUSB与Wireless USB均用相同的超宽带调变技术,现有传输量偏低,难以支持高解度的视讯传输,因此下一版的WUSB期望将传输量提升至1Gbps,使其更适合无线视讯应用。



IEEE 802.15.3c


IEEE 802.15工作小组专司制订WPAN类型的短距传输,然实际制订早已不限WPAN应用,而是所有短距应用传输,包括Bluetooth所用的基层标准为IEEE 802.15.1,ZigBee所用的基层标准为IEEE 802.15.4,UWB所用的IEEE 802.15.3a等。



因此,IEEE发起802.15.3c工作小组(Task Group),称为TG3c,以制订适合高量影音传输的短距无线标准。TG3c所设定的运作频段与WiHD相同,均在60GHz(57~64GHz),预计可达2Gbps以上的传量,选用性标准甚至可达3Gbps。



也由于使用60GHz的极高频,频率愈高波长愈短,以致此标准亦被称为毫米波WPAN(millimeter-wave WPAN或mmWave WPAN)。



Wi-Fi VHT


VHT全文为Very High Throughput(极高传量),是由原有Wi-Fi标准的组织成员所发起的新标准,此标准将能以兼容现有Wi-Fi装置及运作为前提来制订,但可支持高速视讯传输,此标准有时也称为VHT60(使用60GHz频段运作)或Gbit Wi-Fi(传量可达Gbps以上的Wi-Fi)。



目前VHT60标准的制订正与另一研拟中的标准IEEE 802.15.3c发生重迭纠葛,且尚未取得共识。此外,所谓与现有Wi-Fi兼容是指Wi-Fi VHT在60GHz的频段运作时,可临时切换回现有Wi-Fi常用的2.4GHz、5GHz频段,并能与现有Wi-Fi接取点(Access Point;AP)、路由器共同运作、共同提供无线服务。



WiGig


WiGig全称Wireless Gigabit Alliance,亦是以60GHz为运作频段的短距超传量无线标准,同时亦是目前为止最晚成立的WVAN诉求标准,于2009年5月成立。




《图五 2009年5月成立的WiGig为目前最晚成立WVAN标准推动组织,图为其官方网站 》


数据源:WirelessGigabitAlliance.org




WiGig成立后尚未揭露相关的技术规格,因此尚无法得知其传输率、延迟、传距、能否穿墙传输、非视界性传输等,不过其成员阵容却让人无法小觑,最初成员为Dell、Intel、Microsoft,均为PC领域的主导业者,因此WiGig极可能以PC为主发挥其影响力。



除三者外,其他其他相关业者亦多为大厂,如Atheros、Broadcom、LG、Marvell、MediaTek(台湾联发科技)、NEC、Nokia、Panasonic、Samsung,及新兴公司Wilocity等,是目前为止最多芯片业者参与的WVAN标准。



IEEE 802.11n


前面已谈及7个组织或相关技术标准,而现有以WLAN为诉求的Wi-Fi也由于近阵子11n标准的正式定案(拖延7年之久),使其理论速率最高达600Mbps,若现有WUSB、Wireless HDMI等低于的500Mbps速率均已尝试用于高速视讯传输,那么11n亦同样有机会角逐此市场,且11n还具有穿墙传输、更长距传输等优势,因此11n亦是值得持续观察留意的潜在标准。



WVAN发展特性


将上述进行进一步归纳,可领略以下数点:



以WiHD为主要竞争对象


目前以WiHD标准及进度最为快速完整,所揭露的技术信息亦最多,其他同样角逐WVAN领域的标准均以WiHD为主要竞争对象,同时在揭露自身技术特点,亦尽可能与WiHD比照。



重视非压缩方式传输量


由WiHD的技术信息揭露可知,WVAN标准极重视传输量,传距方面至少10公尺以上,并尽可能以非压缩方式进行影音传输,且要能支持防拷传输,传输延迟也力求降低。至于能否穿墙传输、传距是否能更远等均在其次,甚至可用其他标准来互补。



消费性电子应用属性强


WVAN属消费性电子应用,因此相关机构组织多选择在国际性的消费性电子展期间发布最新的成果与动向,如每年1月的赌城CES展、每年9月的慕尼黑IFA展等。



频段使用不复杂


除WHDI与11n是以现有Wi-Fi技术为基础外,其余标准不是使用60GHz运作频段,即是使用UWB技术,来满足高速视讯传输的要求。



新兴芯片技术相当关键


诸多标准均以消费性电子大厂为主导,并多半会倚赖新兴业者的技术,如WiHD的SiBEAM(Samsung、Panasonic有入资)、Wireless HDMI的Tzero、WHDI的AMIMON等。



《图六 WVAN技术方案的推展,最先须有收发器芯片(Chip),之后收发器模块(Module),更之后为收发配接器(Adapter),最终则将内建、嵌入至现有影音装置中,图为以色列AMIMON公司的WHDI收发器芯片 》

数据源:AMIMON.com


最后,无论是使用UWB或60GHz均有若干困阻。由上述可之,现有以UWB为基础的WVAN速率多不如60GHz频段技术,因此提升速率成为其首要课题,而60GHz频段则遭遇各国频段不一的问题(此与WiMAX类似),如北美为57~64GHz,日本为59~66GHz,欧洲为57~66GHz,澳洲为59.4~62.9GHz等。不过目前各国(包括欧盟、北美、亚太、金砖四国BRIC等)大体均同意逐步释出60GHz频段的使用权,然频段的切割范畴仍然未统一,此成为60GHz技术普及的一项挑战。



WVAN后市看好 技术与市场定位尤其关键


虽然WVAN后市相当看好,但短时间难以普及,原因在于技术与市场定位。在技术上,60GHz为高难度技术,而UWB过往亦被视为冷门技术,以致主流大厂多未着墨、关注,近3~5年才开始重视,并需倚赖新兴技术业者以加速发展,而新技术也意谓着较昂贵的产品单价,其无线收发器零售价均要数百美元。



在市场定位上,目前高清晰度、完整高清晰度均偏中高阶市场定位,支持与合乎此清晰度的影音家电、设备均为高价,因此短期内价格亦不易低落。不过整体而言技术成熟度仍是关键,技术与标准一旦成熟,并进行快速量价均摊,未来最终WVAN可取代现有HDMI实线。



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