因应产品开发需求 选择合宜的近距离无线技术方案
- DIGITIMES企画
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虽然蓝牙无线传输技术因有移动电话应用，使其技术的能见度极高，但实际上以近距离通讯要求为开发目标的通讯技术还一大堆，尤其是ZigBee、UMB、NFC、Wi-Fi、无线1394...等，在多数应用仍有相当高的能见度，但目前仍未有一项技术能通吃所有近距离设备连接需求，反而是如何因应产品需求挑选合宜的无线技术进行整合，已成为当前产品开发的关键目标...
当前最热门的近距离无线通讯技术，可以说是以「蓝牙」最令人注目，而且蓝牙无线技术也才是近几年才确立规格，能快速抢攻近距离无线应用关键应是手机、笔记本电脑产品的大量采行，也让蓝牙及相关应用快速繁衍，同时刺激蓝牙周边商品竞相推出。
蓝牙无线技术是广受业界注目的近距无线连接技术，它能兼具无线数据、语音通信传输需求，同时与是一种全球、开放性的无线连接、接取技术规范，尤其是它的低成本与短距离无线传输应用架构，亦能满足移动型或固定型的终端设备提供相对廉价的无线连接应用需求。
蓝牙传输频段为全球通用之2.4GHz ISM频段，以常用的规格可因应最高1Mbps数据传输速率、10米传输范围(4.0版传输速度有大幅提升)，而在此规格范围外，即成为蓝牙无线技术限制，开发周边若需要更大的传输距离或传输效能，势必无法选择蓝牙传输技术方案。
近距离无线技术多元发展
除了蓝牙技术外，其实目前成熟的近距离传输技术仍有相当多选择，除有相对应的芯片解决方案外，多数家电或是电子设备仍可发现这些非蓝牙的短距离无线通讯应用。例如，ZigBee、UMB(Ultra WideBand)、NFC(Near Field Communication)、无线1394、DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications)与Wi-Fi等无线技术，就是相当常见的无线技术应用方案，尤其是无线局域网IEEE802.11x(Wi-Fi)和红外传输(IrDA)技术，几乎在笔记本电脑、数码家电均相当常见。
面对这麽多近距离无线通讯技术，即便无线技术开发的大方向都是为解决近距离无线通讯、传输应用目的，但实际的设计方案为因应不同应用环境用需求而略有差异，导致这些近距离无线通讯技术规格的构思基础却有相当大的不同，同时也影响了不同近距离无线技术的性能与电气规格，尤其是传输速度、距离、耗电状态与技术扩充性等各方面表现却有相当大的不同，而现在也没有任何一项无线技术足以好到能满足所有的装置在近距离的无线连接需求。
蓝牙无线技术的应用限制
这篇内容避免讨论蓝牙技术，但可以在此讨论其应用限制，往后带出其它短距离无线无线技术特点与使用现况。
为何蓝牙无线技术无法满足全部的近距离无线传输需求，可以从几个角度来检视，首先，蓝牙是1种无线数据与语音通信的开放性无线应用规范，蓝牙的技术特点是表现在成本部分，同时，也是针对低成本要求下架构的短距离无线通讯的连接架构之下，目标在于因应固定型态或是移动终端设备的近端连接需求，或是搭配终端装置本身既有的网络服务来增低成本的网络衔接入口服务。
蓝牙无线传输技术最早于1994年问世，当时是Ericsson决定投入开发具传输低功耗的低成本的无线端口，透过此传输技术来建立手机及配件的通信传输应用，同时，此技术也获得当时IT重要制造商表态支持，1998年蓝牙技术的架构与通讯规范，由Ericsson、Toshiba、 Intel、IBM、Nokia...等5家公司达成协议。
当时蓝牙小组(SIG)推出蓝牙标准版本为802.15.1，最初标准在蓝牙1.1版具体实现量产标准建立，后继802.15.1a为以1.1为标准小幅调整，即蓝牙1.2标准，此标准已将QoS(Quality of Service)特性保持通讯品质的应用机制追加规范之中，同时延续对旧版本蓝牙装置的回溯兼容支持，由于规范加入QoS设计，得以让如蓝牙耳机、喇叭等对通讯带宽要求较高的设备，可取得较佳的传输品质，避免传输信号不稳或数据量过多影响应用品质，也让蓝牙配件的使用体验在1.2版改善后大幅增加，益有助于后续相关产品与通讯技术的推展。
早期蓝牙技术不容易导入的问题关键，在于关键通讯芯片成本太高，导致终端配件的成本相对垫高，另外在无线通讯的抗干扰能力不够强、传输距离过短、传输过程的保全设计不足等，影响用户的导入与使用、购买意愿。
NFC近距离无线传输技术
NFC(Near Field Communication)近距离无线传输是由NOKIA、Philips和Sony主推无线传输技术，但很多人都会把NFC与RFID(Radio-frequency identification)混为一谈，虽然NFC与RFID概念差不多，但NFC采行双向识别、连接与认证运行，可在20厘米范围内、以13.56MHz频段下进行无线传输运作。NFC无线传输技术早期设定在以进行近距离无线识别应用为主，而通讯协定为无线识别与网络技术的整合，现在已经渐渐发展成一种无线连接技术。
NFC技术基础可以快速自动建立无线网络，可作为移动电话、蓝牙配件、Wi-Fi无线设备提供快速网络配对、认证的通讯基础，尤其是透过NFC架构可以建置装置间的电子认证机制，让以往手动产品配对的操作体验大幅提升，是目前发展新款消费性电子、简化操作复杂度的新颖设计方案。而NFC技术可透过一组设备来进行用户的身份识别应用，可以改善用户必须记忆帐户、口令、设备调校的繁琐操作，同时也能确保相关设备的口令数据不致于外流。
与蓝牙无线技术不同的是，NFC的有效传输距离真的短许多，而且NFC应用不需如蓝牙设备要自设口令、配对等繁复操作，反而是更人性的「靠近」、「感应」即完成繁复认证手续，尤其是NFC设备只要靠近接入点就能实践两组设备的信息交换，过程传输数据亦因距离较短而获得更高的安全性。
ZigBee技术
ZigBee技术相当有趣，这个名称的源起与其技术架构概念相当贴切，因为ZigBee即以蜂群互相通讯的型态发展的通讯技术，因为蜜蜂是透过采ZigZag状态的动作来转告下一只蜜蜂食物的来源、距离、方向等简短信息，而信息的传递也是利用蜂对蜂的型态传递回去，而ZigBee即是基于此架构概念下发展的特殊短距离无线通讯技术，因为其短距离是端点与端点间的有效间距，若每个支持ZigBee的终端数量更多形成带状，也能将传输范围、距离透过端点数量增加而增。
ZigBee技术联盟成立于2001年，直至2002年由Motorola、Mitsubishi、Invensys与Philips半导体宣布加盟ZigBee组织联盟，进行ZigBee无线通信标准技术的研发实务，直至现今ZigBee联盟已有超过27家企业成员，这些公司大多分别参与ZigBee物理层、媒体控制层相关技术的标准，进行IEEE 802.15.4技术规范建构。基本上ZigBee可以说是与蓝牙技术基础相当接近的近距离无线通讯技术，ZigBee也是采行2.4GHz频带同时在此频带进行跳频技术。
和蓝牙最大的技术差异在于ZigBee的实践技术更为简单、传输速度更慢、元件的功耗与建置终端的通讯成本更低，ZigBee基本传输效能为250kbit/sec，同时传输速度降低至28kbit/sec时，无线传输范围最大可扩大至134米。ZigBee每个终端装置可与254个节点装置进行联网，相较蓝牙无线技术，ZigBee更适合用于发展游戏应用、消费电子产品无线串接应用、电子仪器整合与家庭自动化应用领域，甚至是工业用监控架构、家庭社区监控网络、互动玩具等应用领域，都相当适合采ZigBee技术底层来发展加值应用。
UWB技术
UWB又称超宽带技术(Ultra Wideband)，是一种无线载波的通信技术，UWB不采用正弦载波而是利用非正弦波窄脉冲传输数据，UWB可在非常宽的频带上进行信号传输，由FCC(Federal Communications Commission)对UWB的规范是设定在3.1~10.6GHz频段中使用500MHz以上的频带。由于UWB本身可利用低复杂度、低功耗的发射/接收元件来实践大量数据传输，近年来在家庭影音应用导入蓝光光盘高清视听设备后，也让这类需传输大量信息的应用强化UWB技术的必要性。
基本上超宽带短距离通信技术会对蓝牙传输技术形成极大的挑战，因为UWB除具备蓝牙技术的特点外，UWB传输速度相当快，速率达100Mbps(将可突破500Mbps)，而UWB也具备低功耗优势，同时相关业者也期待将UWB技术成本压更低，推拱UWB成为视听家电高速近距离无线传输的应用主流。
UWB在技术架构具低系统复杂度、发送信号的功率密度低，适用于室内密集多径场合的高速无线连线接入应用，适用于在客厅构筑高效的无线局域网络(WPAN)。尤其是现有IEEE802.11x极速发展受限，且UWB可期待在10米范围内建置超过110Mbit/sec的无线传输环境，可实现视听家电的巨量无压缩视讯、音讯传输内容，虽然UWB无线传输技术未来是否能在渗透率大幅进展，其技术前途仍须取决于各式无线方案的竞合关系，例如，关键收发芯片的成本、用户习惯、市场成熟度...等多方影响，但其相关技术后势发展仍值得持续观察。
Wi-Fi技术具高效能传输优势 热点支持性高
Wi-Fi(Wireless Fidelity)是目前渗透率最高的无线传输技术，而Wi-Fi也是无线通信协议的一种，其正式的说法是IEEE802.11x，最早商品化的规格为IEEE802.11b，Wi-Fi与蓝牙相当近似，也是同样属于短距离无线通信技术的一种，只是Wi-Fi与蓝牙当初的近距离、低成本定位不同，为相对较要求传输速率、传输距离的一种无线传输技术，在IEEE802.11b规范的传输速度可达11Mbit/sec。
在IEEE802.11b技术刚推行时，实际的传输数据安全性跟早期的蓝牙无线传输技术表现差不多，技术规格方面仍存在着安全漏洞，只是Wi-Fi的无线电波覆盖范围较蓝牙更广，在IEEE802.11b可达100米圆周内的稳定无线传输(蓝牙为10米)，当时被广泛应用于Hot Spot无线网络热点布建用途，设置于如公众运输站点、咖啡厅、电影院等，建构点状的无线网络接取服务。
基本上Wi-Fi即是采以太网的无线型态扩展性应用，当用户只要在信号覆盖范围内，透过无线接取取得使用接入点，就能让手上的终端设备取得最高11Mbit/sec的速度接取Internet或区域网络资源，若同时有多组用户接入同一组Access Point时，AP取得的带宽将被多组用户分享共享。
Wi-Fi无线接取技术最大的特点在于将原先仅有数百Kb的无线传输应用一举提高到最高11Mbit/sec，等于跟实线网络接取Internet不相上下，加上Wi-Fi可穿越建筑隔间墙壁阻隔，对于建筑内快速部署网络环境来说具相当实用的便利特质，因此Wi-Fi无线技术也快速渗透笔记本电脑、桌上型电脑，甚至是移动设备应用，成为目前最广泛使用的无线数据传输技术。
而Wi-Fi最初IEEE802.11规范为1997年提出，主要目的是作为WLAN无线化的接入需求设计，其运行频段为多数国家均不需额外频段使用许可的2.4GHz频带，目前Wi-Fi协议新版本已有IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11n等相继推出，IEEE802.11g和IEEE802.11b延续采行正交频分多路复用调制技术OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，为以2.4GHz频段运行传输速度最高可达54Mbit/sec，尤其在Microsoft Windows视窗操作系统、Windows CE嵌入式系统开始在系统原生支持Wi-Fi后，Wi-Fi无线传输技术即开始爆发性的成长，相对让IEEE802.11x的整体解决方案(无线芯片、AP装置)的成本大幅压低。
IrDA红外线短距离传输技术
与多数基于无线电为传输模式的无线技术不同，Infrared Data Association无线技术为基于红外线的传输型态，红外线数据协会IrDA(Infrared Data Association)为在1993年成立，最初利用IrDA标准的无线传输设备只能在1米内用115.2 kbit/sec来进行数据传输，随着技术演进已发展至可用4Mbit/sec、16Mbit/sec速率进行数据交换。基本上IrDA即是采「红外线」来进行点对点(Peer-to-peer)的通信传输技术，为当时最早实践个人局域网络(personal area network，PAN)的技术，为早期在PDA(Personal digital assistant)、手机、笔记本电脑、打印机上相当常见的无线传输技术。
IrDA无线传输技术的特色在于，红外线传输不需申请频率使用权，同时红外线通讯成本相当低，也兼具元件体积小、运行功耗低、连接使用便利等优点，但红外线传输最大的问题在于它属于一种视距传输(line of sight propagation)，即传输方与接收方为必须在能看见的范围内，加上红外线的发射角度为扇形有限范围内，因此2组设备互传数据时设备的置放方式必须固定不动也不能有过大偏差，而发射角度有限与视距传输的限制也让其传输安全性提高，但大体上却是使用效用相对有限的短距离无线传输技术，而此技术只能一对一互传数据，无法因应多台传输需求，也无法穿透墙壁进行传输，在近期IT产品已经逐渐式微，或被采RF技术的蓝牙传输技术取代。
