IEEE 802.15.3a官方標準遲遲無法殺青

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A

IEEE 802.15.3a官方標準遲遲無法殺青
UWB超寬頻拖棚三年!鬧劇不下檔還加映?
(郭長祐/DigiTimes.com) 2005/09/02

 前言

 2002 年與WiMAX(IEEE 802.16)幾乎同時起跑的新無線技術:UWB(超寬頻,IEEE
802.15.3a,WPAN High Rate),如今兩者的進度可說是天差地別,WiMAX不僅已於去年
完成固接運用的標準:IEEE 802.16d(亦稱:IEEE 802.16-2004),今年更計畫完成行
動運用的IEEE 802.16e,同時將融入南韓WiBro的技術,且WiMAX晶片、WiMAX設備都已
陸續出現,甚至許多地區已積極佈建,並進入試行服務的階段;反觀 UWB,卻連基礎的
IEEE標準都尚未過關,依然是在DS-UWB與MB-OFDM兩個技術提案中抉擇。

 附註:關於WiBro,可參考拙作「韓規出頭天?WiBro為Mobile WiMAX熱身?」。

 既然兩大技術提案僵持不下,業者間就有了各種標準外的較勁動作,希望透過這些側
面動作讓自身支持的技術提案更有機會被IEEE所選定,或在未來的新改版標準中被列
入,如果這些都不成,也可能成為產業界不成文(de-facto)的強勢主流。

 例如Freescale力主的DS-UWB即獲得FCC的商業應用認可(FCC Part 15
certified),由於FCC於2002年核准UWB技術可商業化運用,且對UWB有具體的特性定
義(頻寬大於500MHz、信號強度低於- 10dB),明顯對UWB的發展、推行具有影響力,
因此DS-UWB獲得其認可實是一大鼓舞,相對的MBOA卻呼籲FCC當放棄Part 15的規範,認
為如此才能更利於UWB的推展。

 此外,MBOA陣營另成立MBOA-SIG機構,自訂出UWB的PHY、MAC標準,雖然MBOA-SIG宣
稱日後將建議IEEE加入這些自訂標準,並未完全背離IEEE,但同時有MBOA-SIG版的UWB
PHY/MAC標準與IEEE版的UWB PHY/MAC標準,拒絕繼續等待與強勢另行發展的意味確實濃
厚。

 較勁不僅於UWB的 PHY/MAC層面,也包括更上層的聚合層,WiMedia聯盟選擇MB-OFDM
而非DS-UWB,也使原來是WiMedia會員的Freescale 因此退出該聯盟,至於比聚合層更
上端的應用層一樣有競爭,也是以MBOA陣營佔優勢,今(2005)年5月12日USB-IF正式
頒佈Wireless USB 1.0標準,其PHY、MAC層所倚賴的正是MBOA的技術。

 獲得應用層標準的呼應,離實際應用產品已不遠,而DS-UWB也不甘示弱,雖未有應用
層標準,但Icron公司提出的無線化USB技術:ExtremeUSB Wireless,即是使用
Freescale的DS-UWB技術,且是用USB-over-UWB的實現方式,因此依然能相容現有實線
USB 1.1/2.0的週邊裝置與驅動程式。

▲Freescale的DS-UWB晶片組:XS110,包括MC270113(AFE)、MC270123(BBP)、
MC270142(MAC)三顆晶片。(圖片來源:Freescale.com)

▲今年3GSM盛會中,Samsung展示一支使用Freescale XS110晶片組的智慧型手機,使該
機具有UWB能力。(圖片來源:Freescale.com)
 既然您非正宗、我非真命,以致自行提出UWB標準與技術的業者也就愈來愈多,例如
Cypress(賽普拉斯,或稱:柏士)也推出WirelessUSB晶片,全然是以自有設計的方式
讓USB去線化,且只有62.5kbps的低傳速,但也有許多HID裝置的製造業者採用,如
Logitech用於簡報遙控器、 Gyration(Thomson旗下的子公司)用於無線滑鼠及無線鍵
盤、IBM用於無線鍵盤、Saitek用於無線遊戲遙控器等。

 又如Pulse-Link公司提出自有的UWB技術:CWave,雖然IEEE已不再接受提案,CWave
無緣成為IEEE的首版UWB標準,但Pulse -Link方面表示CWave的傳速、傳距等表現皆超
越現有的DS-UWB及MB-OFDM,且同時適用於無線與有線(UWB-over-Wire、 UWB-Cable)
應用,其性能價值已大於標準價值。

 再者,xG公司也提出xMax無線技術,xMax亦標榜極高傳輸率與極遠傳距,更重要的是
功率超低、頻段資源需求超低,由於各國無線法規對頻段的配置及功率強度多有不同,
低強度、窄頻段將最具全球通適性,也最不易與其他無線應用相互干擾。此外xMax技術
也與CWave相同,是無線、有線皆可具運用的技術。

 因此,以下我們將針對上述所提,進一步對以「UWB概念」為軸心的各技術與標準之
發展,進行更細部的現況瞭解與說明。

▲Freescale與Icron合作,推出使用DS-UWB技術的無線化USB轉接方案:ExtremeUSB
Wireless,除無線外ExtremeUSB技術亦可用CAT5銅線或多模光纖線來延長傳輸距離。
(圖片來源:Icron.com)
 MBOA+WiMedia+Wireless USB

 無需諱言的,MBOA的成員皆是業界最具地位與影響力的,也因此可暫先跳略FCC及
IEEE的承認,一路完成UWB各層的制訂,今年最大的進展與鼓舞當是 Wireless USB標準
正式出爐,此遠比其他無線應用的響應更具重要性,因為USB擁有極龐大的實線用量
(超過5億的支援產品、20億個連接埠),最廣泛運用的USB 選擇以何種技術進行去線
化,必將大幅左右各界對某一UWB技術的支持度。

 USB IF頒佈的Wireless USB1.0,最快傳速為480Mbps,但必須在3m距離內,而其最遠
傳距為10m,但10m距離時傳速將降至110Mbps(測試值),其完整各速段為53.3Mbps、
80Mbps、106.7Mbps、160Mbps、200Mbps、320Mbps、400Mbps等。Wireless USB一切是
以傳統有線USB2.0為基礎所延伸制訂,所以也承襲USB原有的諸多特性,包括最多可連
接127個裝置、4種傳輸型態、輪詢式(Polled)分時多方存取(TDMA)等。

 不過,有兩點是實線USB與無線USB間所不同的,一是拓樸型態、另一是傳輸安全性,
有線USB的Hub是階層式樹狀連接,各USB裝置與USB Hub間是星狀、放射狀連接,而無線
USB沒有所謂的USB Hub,所有無線USB裝置一律直接與Host端連接,以Host為中心的星
狀放射連接。

 而傳輸安全性上,過去實線USB比較不需在意傳輸中的攔截竊取問題,但無線化後就
必須注重,因此須在無線傳輸過程中進行加密工作,Wireless USB在傳輸過程中使用
128-bit AES演算法及CCM認證法,讓資料獲得加密再進行傳輸。

 但是,AES+CCM是對稱密碼法,收發的兩端必須知道同一組金鑰才行,所以兩裝置在
正式傳輸運作之初必須傳遞對稱金鑰,倘若這時金鑰資料被竊攔,那麼之後的傳輸過程
即便有加密也容易被破解,所以金鑰的傳遞過程也必須防護,這時用的是非對稱的公眾
金鑰法,此方面Wireless USB是用3,072-bit的RSA金鑰,以及SHA-256的雜湊演算。

 雖然傳輸加密主要是為Wireless USB而訂,但Wireless USB1.0規範書中也提到,若
使用者也重視實線USB的傳遞安全(如:中小企業),亦可將Wireless USB的傳輸加密
技術用於實線USB中。

 附註:WiMedia聯盟與MBOA-SIG已於2005年3月3日合併。

 附註:若不想用公眾金鑰技術來傳遞加密對稱金鑰,亦可改用其他傳遞法,例如用
USB實線連接來傳遞,或用USB隨身碟傳遞,或IrDA紅外線傳遞、NFC近場通訊傳遞等。

 附註:關於WiMedia,可參考拙作「WPAN唯一大和解機會:WiMedia聚合層(上)、
WPAN唯一大和解機會:WiMedia聚合層(下)」。

 附註:關於NFC,可參考拙作「非接觸式智慧卡新主流:NFC(Near Field
Communication)」。

▲USB-IF發表的Wireless USB1.0規格書中,在第8章也詳述了Wire Adapter的作法,其
中HWA、DWA的概念與Freescale與Icron所合作的ExtremeUSB Wireless方案相當接近。
(圖片來源:Intel.com)
 Wireless USB使用MBOA UWB第一頻段群!

 進一步瞭解Wireless USB與MBOA UWB間的對應,MBOA UWB將FCC所定義的UWB頻率範圍
(3.1GHz~10.6GHz)切分成14個無交疊的頻段(Band),並將14個頻段歸納成5個頻段
群(Band Group),MBOA陣營之所以認為其MB-OFDM有利於UWB的推展,原因之一即在於
分段運用,對於不開通某頻段的地區可跳略使用該頻段,而DS- UWB則不採行分段運
用。

 MBOA UWB的每個頻段佔用528MHz的頻寬,Wireless USB設計上是使用第一個頻段群
(Band Group #1),該群下有3個頻段,其中心頻率分別是3,432MHz、3,960MHz、
4,488MHz,Wireless USB可固定只使用其中一個頻段,也可以同時使用三個頻段,但同
時間只用三頻段中的其一,並依序換用其他頻段,每次在一個頻段上傳輸一個OFDM
Symbol,約佔時312.5nS。固定用稱為FFI(Fixed Frequency Interleaving)模式,分
時依序用稱為TFI(Time Frequency Interleaving)模式。

 更細膩說,每一個Band下有128個子載波(Sub Carrier,亦有人稱為Tone),每個佔
用頻寬4MHz,OFDM Symbol即是同時使用這128個Sub Carrier來發送,而128個Sub
Carrier中,有100個是Data Sub Carrier、12個是Pilot Sub Carrier、10個是Guard
Sub Carrier、6個是Null Sub Carrier。

 此外,這128個Sub Carrier是用快速反轉傅力葉轉換(IFFT)成的時域取樣(Time
Domain Sample),但整個頻段內不是只有這128個Sample,其實是165個,還有37個
Sample,但數值都為0,37個中有32個置於連續128 個Sample之前,另5個置於後,前32
個當成Prefix(前首開頭)之用,後5個當成Guard Interval(頻段間的防護間隔)之
用。

▲今年台北春季IDF盛會上,Alereon展示出Wireless USB的示範系統,現場有兩部相同
系統可進行MBOA-SIG UWB的無線對傳,圖中右上角的豎起物是UWB/Wireless USB天線。
(圖片來源:Alereon.com)
 UWB晶片、Wireless USB晶片

 有了標準與規範後,就需要具體晶片,就筆者目前所知,國際大廠多尚未推出MBOA
UWB、Wireless USB的對應晶片,反而是一些新進業者較積極迅速,如Alereon、
Staccato Communications、Wisair(以色列公司)等,不僅有晶片,同時也提供開發
用套件。

 事實上MBOA UWB PHY於今年1月才定案,Wireless USB亦是今年5月才定案,筆者個人
認為UWB的大幅起飛,當是在Wintel也正式具體支援UWB時,包括Intel於PC晶片組加入
UWB、 Wireless USB等硬體電路支援,以及Microsoft於Windows作業系統內加入UWB、
Wireless USB的驅動程式。

 若就三家新業者的晶片而言,Wisair主要在於提供MBOA UWB晶片組,該晶片組由2顆
晶片組成,一是Wisair 502的無線發送晶片(RF Transceiver),使用IBM 0.18um
SiGe-BiCMOS製程,耗電200mW;另一則是Wisair 531的基頻處理晶片(Baseband
Processor),使用TSMC 0.13um CMOS製程,耗電300mW。這其實是Wisair的第二代UWB
晶片組,第一代為去年的Wisair 501+530,第二代無論整合度、封裝面積、用電等都
比第一代更為精進。

 要提醒的是,由於MBOA-SIG對UWB的MAC層尚未定案,所以Wisair是以0.95版的部分內
容來設計,稱之為Mini MAC。而在UWB晶片組之外Wisair也提供DV9100的UWB開發套件,
DV9100用的即是Wisair第一代的UWB晶片組。

 與Wisair不同作法的業者是Staccato Communications,Staccato主張以「單晶片、
全CMOS製程」來提供方案,單晶片的好處是以更高的整合度來實現相同功能,有助於精
省電路面積與複雜性,而全CMOS製程則可以更省電、更省成本(與SiGe或BiCMOS製程相
較),此主張的具體晶片即是Staccato的 Ripcord SiP,不僅具有UWB功能,同時也融
入Wireless USB功能。

 雖然Ripcord SiP是顆單晶片,但並非是用SoC(System-on-Chip)的晶片製造技術才
成單晶片,而是用SiP(System-in-Package)的晶片封裝技術,Staccato宣稱Ripcord
單晶片嬌小、省電、低廉(每顆低於10美元),另外Staccato亦有提供開發套件:
SC3111D,之前的開發套件則為SC3100D、SC3101D。

 至於另一家業者:Alereon,其作法部分與Wisair接近,部分又與Staccato接近,
Alereon與Wisair相同的是都採行晶片組作法,而非Staccato的單晶片,而與Staccato
相同的是不僅提供UWB亦提供至Wireless USB,而Wisair主要在UWB而無Wireless USB。

 Alereon的 UWB晶片組由3顆晶片所組成:AL4100的UWB AFE(類比前端電路)、
AL4200的UWB BBP(基頻處理器)、以及AL4300的Wireless USB MAC(媒體存取控
制)。另外,Alereon也提供AL4000-SDK軟體開發套件及AL4401-EVB(Evaluation
Board)的UWB開發平台(開發評估用電路板)。

 除這些外,國內的Realtek(瑞昱半導體)也開發出MBOA-SIG UWB的無線發送晶片,
使用CMOS製程,傳速可至480Mbps,但耗電僅100mW。另也稍提UWB用的天線,目前有
TDK、Anten、 SkyCross、OMRON等業者,國內工研院電通所亦有研發成果可供技術授
權。

▲ 此圖為現有各式常見的無線應用之頻率、功率分佈,GPS位在1.6GHz,美國三頻手機
位於1.9GHz,居家無線電話位於2.4GHz或5GHz, Bluetooth、IEEE 802.11b、微波爐則
在2.4GHz,至於FCC定義的UWB是在3.1GHz~10.6GHz間,且強度低於-41.3dBm/MHz。
(圖片來源:USB.org)
 Freescale與Icron聯手實現ExtremeUSB Wireless

 不是只有MBOA陣營將USB無線化視為UWB技術最優先且最重要的應用,DS-UWB方面也是
如此,DS-UWB陣線中最關鍵的晶片業者: Freescale,於2003年收併XtremeSpectrum以
取得DS-UWB技術及XS110的UWB晶片組,2004年XS110通過FCC 的UWB商用認證,2005年初
Freescale、decaWave、NiCT(National Institute of Information and
Communications Technology;日本通信通訊研究機構)三業者合併其DS-UWB技術提
案,而4月~6月Freescale與加拿大Icron公司合作,完成用 DS-UWB技術讓USB無線化的
方案。

 先說明Freescale的部分,Freescale的UWB晶片組:XS110是由3顆晶片組成:
MC270113(RF Front-End或稱RF Transceiver)、MC270123(Baseband)、MC270142
(MAC),使用0.18um CMOS與SiGe製程,用電共750mW。

 XS110使用DS-UWB技術,因此使用連續的3.1GHz~10.6GHz頻寬,沒有分段,而MAC部
分直接遵循IEEE 802.15.3的標準,相對的MBOA-SIG自訂的UWB MAC標準仍處於草版階
段。至於實際表現,XS110傳距最遠可至10m,傳速最快可超過110Mbps,具體傳輸段速
其實為29Mbps、 57Mbps、86Mbps、114Mbps。

 XS110早在去、前年即有,且當時就有10m、110Mbps的表現,所以今年 Wireless USB
1.0的發表,很明顯是以「須優於DS-UWB技術的XS110晶片組」為第一設想,所以才有3m
傳距內有480Mbps傳速,10m內有110Mbps 傳速的強調,不過Freescale已在進行XS110的
下一代產品:XS660,預計達20m傳距與660Mbps傳速。

 接著是 Icron,Icron一直專精在USB、DVI介面的傳輸延長方案,2002年即提出
ExtremeUSB,可讓USB主控端與USB裝置間用其他傳輸方式來延伸傳距,例如可用CAT5的
乙太網路銅線達到100m的延伸,或可用多模光纖線(Multi-Mode Fiber)達到2km的延
伸,或用WiFi無線方式來延伸。

 重點即在用無線方式延伸,此作法稱為ExtremeUSB Wireless,過去可用WiFi無線,
如今則多加入了DS-UWB無線,如此可讓既有的實線USB週邊裝置立即無線化,而且可相
容使用現有的USB驅動程式及傳輸模式。

 不過就筆者看,此作法其實只是權宜的過渡轉接方案,不是道地原生的Wireless
USB,事實上USB-IF的Wireless USB 1.0規格書中亦提供類似的過渡作法,稱為HWA
(Host Wire Adapter)與DWA(Device Wire Adapter),HWA、DWA與ExtremeUSB
Wireless一樣,是以轉接盒、配接器型態讓現有的USB主控端、USB裝置端立即從有線轉
成無線。

▲MBOA-SIG將UWB的頻寬切成14個頻段,並區分成5個頻段群,每個頻段佔用528MHz頻
寬,USB-IF頒佈的Wireless USB 1.0使用第一頻段群。(資料來源:USB.org)
 Cypress的WirelessUSB技術

 老實說,Cypress的WirelessUSB不是UWB技術,而是傳統DSSS技術,調變上也是用一
般的GFSK,頻段運用也偏窄(2.4000GHz~2.4835GHz),不過它確實是目前推行進度最
快、最普及的無線式USB技術,比使用DS-UWB的ExtremeUSB Wireless及使用MB-OFDM的
Wireless USB都要早。

 Cypress WirelessUSB的傳距有10m、50m兩種,傳速亦有31.25kbps及62.5kbps,遠低
於正規USB 1.x的低速表現(1.5Mbps),更不用談USB 1.x的全速(12Mbps)及USB 2.0
的高速(480Mbps),很明顯完全只訴求在一種應用:人機介面裝置(HID),即指滑
鼠、鍵盤、搖桿等人機互動用的操作性週邊。

 筆者認為,Cypress WirelessUSB與ZigBee、Z-Wave三者相類似,皆是認為Bluetooth
在低速WPAN(更嚴格說應是無線感測區域網路的WSAN)應用上甚合適而有的另行另闢標
準,三者都標榜低速(kbps級)、長距(10m以上)、機靈(十數mS內必回應)、省電
(以uA級用電為目標)、簡易(MCU僅需8-bit)、嬌小(單晶片、少腳數封裝)、低價
(單顆5美元以下)、長待時間(6個月以上),應用領域也近乎一致,即家庭自動化、
工業控制、消費性遙控等,不過Bluetooth也有回應此領域需求的想法,衍生提出
Bluetooth Lite,但仍在制訂階段。

 附帶一提的是,Cypress WirelessUSB雖與Zensys Z-Wave相同,皆是由單一業者先行
提出,但Cypress WirelessUSB已有另一家晶片業者:Atmel(愛特美)加入支持,而
Z-Wave晶片依舊是由Zensys唯一供貨。

 附註:關於Bluetooth,可參考拙作「拒絕滅種 Bluetooth力求雙線再進化」。

 附註:關於ZigBee,可參考拙作「ZigBee將「趕盡殺絕」紅外線遙控器?」。

 附註:關於Z-Wave,可參考拙作「天子未定論?ZigBee想登基?先問Z-Wave!」。

▲Cypress 自行提出的WirelessUSB方案,嚴格而論只適合HID類裝置的無線化,並非使
用UWB技術,圖右為WirelessUSB LR晶片,其右端連接無線收發電路及天線,左端連接
Cypress PSoC的8-bit微控器。(圖片來源:Cypress.com)
 Pulse-Link的CWave技術

 MB -OFDM與DS-UWB並非是唯二的UWB技術,也有其他業者專精於UWB領域,如Time
Domain、Multispectral Solutions, Inc(簡稱:MSSI)、Pulse-Link等,不過這些業
者多半只有技術或評估開發工具,而無具體晶片,然而其技術優異性卻不容忽視,尤其
是 Pulse-Link,該公司的UWB技術:CWave,在各方面的表現都超越MB-OFDM及DS-UWB。

 附註:Time Domain、MSSI等業者亦有向IEEE機構遞出UWB的技術提案。

 在無線發送上,CWave既不是使用MBOA的OFDM,也不是用DS-UWB的Impulse(脈衝),
而是用連續波頻載波(Continuous Waveform Frequency Carrier)及相移調變
(Phase-Shifting,如BPSK、QPSK),這也是此技術得名的主因,CWave即指
Continuous Wave。

 此外,CWave盡量化簡御繁,讓CWave的實現電路無論用CMOS或SiGe製程都可以很省
電,而化簡的部分包括捨棄使用混波器(Mixer)、本地端振盪器(Local
Oscillator)、上轉電路(Up-Conversion)、下轉電路(Down-Conversion)等。

 除了電路簡單與省電,Pulse-Link的另一強調是偵錯編碼,CWave使用低密度同位查
核(LDPC)法,此法屬前向偵錯法(FEC)的一種,Pulse-Link認為LDPC比其他前向偵
錯法(如Viterbi法)更省運算力、更省傳輸佔量。

 所謂更省運算力是由於偵錯碼必須透過運算才能產生,LDPC的偵錯碼只需耗用少許的
運算力即可產生,而更省傳輸佔量是指LDPC的偵錯碼只有些許資料佔量,如此可以增加
實質資料傳輸的比重。事實上Pulse-Link還為LDPC另備了平行處理單元,使前述的精省
效益更加提升,甚至能依據資料傳輸率來動態調整LDPC的偵錯編碼。

 另外,CWave支援多段(Multi-Band)運用,如此可輕易適應各國不同的無線法規要
求,同時也可滿足不同的速率傳輸,在傳速不夠時可增開運用頻段來加速,且CWave的
尖峰信號與平均信號皆為恆定,在無線發送管理上相對容易。

 CWave在體質上確實有諸多的優異,但實際表現如何?根據Pulse-Link表示,在傳距
與傳速上,CWave勝過現有的各種無線技術,包括WiFi、MB-OFDM、DS-UWB等。

 目前Pulse-Link已經實證出1Gbps的CWave技術,而這還只是使用部分頻段資源就能發
揮的表現,CWave在頻寬規劃上有4個頻段,中心頻率分別是4GHz、6GHz、8GHz、
10GHz,每一段約有1.3GHz的頻寬,每段約可達到1.5Gbps~2Gbps的資料傳量,若同時
使用4個頻段,總傳輸效能可望達7Gbps。

 此外Pulse-Link表示,超過5Gbps的實證就必須用上PCI Express介面(PCI及PCI-X介
面的頻寬難以超越4Gbps),且認為更高的傳速是有必要的,特別是用在高優質的數位
視訊傳輸上,包括 DVI/HDMI需要2.2Gbps的傳量,Blu-ray/HD-DVD亦需要3.3Gbps以
上。往未來看,Pulse-Link將讓CWave在 10m內有400Mbps傳速,甚至遠至170m都能有
8Mbps傳速。

 附註:關於PCI Express,可參考拙作「PCI Express技術全向性延伸」。

 附註:關於HDMI,可參考拙作「HDMI將是視訊數位化的最終贏家?(上)、HDMI將是
視訊數位化的最終贏家?(下)」

 值得一提的是,Pulse-Link於今年五月加入DS-UWB陣營,成為DS-UWB的推廣會員,同
時DS-UWB陣營(UWB Forum)成立了共同信號模式(Common Signaling Mode;CSM)工
作小組,日後將讓CWave與DS-UWB兩技術能共容互通,此外CWave技術也與Freescale
XS110相同,通過FCC的UWB認可。

 更可怕的一點是,CWave技術不僅能用於無線,亦可用於實線領域,在現有已牽佈的
有線電視(Cable TV;CATV)纜線上使用CWave技術傳輸,將可達到下行1Gbps、上行
480Mbps的驚人傳速,而且無線、有線皆使用同一套CWave晶片組, Pulse-Link將積極
向有線電視的營運設備業者、營運服務業者推介此技術,將可使既有已牽佈的同軸纜線
立即獲得加速加值。

 CWave 技術雖佳,但實際晶片的進度如何?第一顆CWave無線發送晶片是由Jazz半導
體代工製造,使用0.18um SiGe製程,而CWave的PHY、MAC合一晶片交給Fujitsu以
0.11um CMOS技術製造,更後續的計畫是讓RF無線收發晶片與PHY/MAC晶片合一製造。

▲Staccato Communications開發出的MBOA-SIG規格的UWB PHY晶片,尺寸比一美分銅板
還要小。(圖片來源:StaccatoCommunications.com)
 xG Technology的xMax技術

 Pulse -Link公司的CWave技術已相當驚人,然而xG公司的xMax技術更是驚人,xG公司
之所以名為xG,有與現有3G、4G無線技術互別苗頭的意味(更倍速性的超越),不過另
一個用意是希望成為3G、4G技術的核心調變技術,因為3G、4G並沒有直接定義它們的調
變系統。

 而 xMax技術也是之後得名,更早在實驗室時稱為xGCM(xG Coded Modulation)技
術,如今從實驗室走向商用市場才改名為xMax,xMax主要是種新式的編碼、調變技術,
其中包含xG Flash Signaling信號技術、Index-N編碼技術、Variband即時調整傳速技
術等,所表現出來的優勢是極遠的傳距、極高的傳速、極低的用電、極高的噪訊比
(SNR)、極少的傳輸錯誤率(BER),甚至是極小的對外干擾(在同一區域內與無線通
訊相容運作)、可穿透通訊、極高的頻譜利用率(Spectrum Utilization)。

 其實,xMax也是採取化簡御繁的設計哲學,現有的無線技術傾向用複雜的調變技術,
需交混相當多的正弦波形來組成複雜的波形,再將波形傳發出去,但複雜波形所能夾傳
的資料量(bit數)卻有限(筆者認為這似乎在暗諷OFDM技術)。

 相對的xMax以1個正弦波攜行1-bit資料量,如此將大為省電,且頻寬利用率大增,
xMax使用1GHz以下的頻段,信號強度更是只有FCC要求的十萬分之一,愈低的信號功率
表示對其他無線應用的干擾愈少,愈高的頻寬利用率表示可用愈零碎、窄短的頻段,如
此不僅較能因應各國不同的無線頻段規劃,同時無線服務的營運業者也更能彈性配置與
調整頻寬資源。

 另外xMax也運用智慧機制來強化無線傳發效益,例如會研判遠端裝置的距離及需求傳
輸率,再動態決定適合的傳發方式,以及也可用於有線傳輸(如:xDSL、Cable)中,
不但可增加傳輸率,也可增加傳輸距離,xG方面宣稱若於有線電視纜線使用xMax技術將
可傳輸達1,000個節目頻道,若用於xDSL線路上最遠可讓傳線距離拉伸至72,000英呎
遠。

 附註:依據xG自身公佈的xMax技術實測,在100MHz頻寬內可有6.24Mbps的傳速。

 附註:xMax採TDMA分時多方存取,一個基地台同時間只與一個裝置進行傳輸。

 雖然xMax技術優異,但xG公司並無意自行推出技術晶片,而是與業界的關鍵業者合
作,希望業者能於下一次技術改版時採行、融入xG的xMax技術,xG 的目標是Intel或
Qualcomm,Intel是最力推WiMAX的業者,Qualcomm則是在3G領域中最重要的業者。

 如此看來,xG似乎希望將xMax技術用於WMAN與WWAN領域,然而xMax具有超低的用電與
超低的干擾,UWB的提出有很大的強調也是在低用電與低干擾,加上傳速、傳距本就是
WMAN、WWAN所注重的,因此xMax亦有極大可能會威脅與擠壓UWB,甚至成為UWB晶片業者
未來所評估、考量的一種新技術。

▲Staccato Communications推出的Wireless USB單晶片:Ripcord SiP,是運用SiP封
裝方式而成,該晶片採全CMOS製程,有助於成本與省電。(圖片來源:
StaccatoCommunications.com)
 Wireless 1394、Bluetooth 3.0將支持誰?

 最後,讓我們來看看Wireless USB之外的其他無線短距技術,包括Wireless 1394
(無線化的IEEE 1394)以及Bluetooth。

 先說Wireless 1394(簡稱:W1394),W1394的制訂機構即是原有實線1394規格的制
訂機構:1394TA,1394TA於2003年第三季表明W1394 將支持MBOA-SIG所制訂的UWB底層
技術,但另有說法是W1394將同時支援兩種底層技術,包括MB-OFDM及DS-UWB。

 至於Bluetooth,今年Bluetooth的制訂機構:Bluetooth-SIG也已表明新版Bluetooth
在底層技術上將可使用UWB,計畫在2006年底以前完成制訂,並預計會稱為Bluetooth
3.0,不過Bluetooth-SIG尚未表明將採用何種UWB技術,可能為DS-UWB,也可能為
MB-OFDM,或是其他UWB技術。

 附帶提醒一點,Bluetooth將不會直接從2.0進展至3.0,過程中還會有微幅提升的2.1
版,2.1版將對現有的認證程序進行簡化,並對裝置辨識速度進行強化,預計今年內就
會定案。

▲Staccato Communications最新的Wireless USB開發套件:SC3111D,不僅可用來開發
將送交給USB-IF認證的Wireless USB應用裝置,也可完整測試由程式設計師所開發的
Wireless USB HWA驅動程式。(圖片來源:StaccatoCommunications.com)

▲Pulse -Link的CWave技術也通過FCC的UWB認證,圖為CWave的信號測試圖,信號強度
始終低於-41.3dBm/MHz,其中1.99GHz的手機、1.61GHz的GPS都屬戶外運用,對信號強
度的要求更是嚴苛。(圖片來源:PulseLink.net)

▲Pulse-Link的CWave評估套件:PLK23300-EVK,以及PLK23300-FPS的GUI式前端控制軟
體,此套開發評估工具已可達1Gbps的傳速。(圖片來源:PulseLink.net)

▲xG的xMax技術能讓傳輸擁有極低的傳輸錯誤率(BER),圖中是xMax調變與其他常見
的BPSK、GMSK、BFSK調變進行錯誤率比較。(圖片來源:xGtechnology.com)

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