無線電高頻傳輸通訊，近年來正日益蓬勃的發展。尤其拜個人行動通訊興盛之影響，無線通訊從軍、警管制專用，慢慢已進入了消費性的個人無線通訊之應用，例如 Mobile phone、PDA、Earphone、Wireless Digital Camera...等。在整個無線高頻的應用領域當中，各種無線電的頻帶皆有不同，但大致我們可以把無線電頻譜劃分為幾個正式頻帶，其中頻率範圍在 0.3 ~ 3 MHz 稱為 MF ( Medium Radio Frequency )；頻率 30 ~ 300 MHz 為 VHF ( Very HF )；頻率 300 ~ 3000 MHz 則為 UHF ( Ultra HF )；而微波( Micro Wave ) 則通指 3 ~ 30 GHz 的頻率範圍，至於 30 ~ 300 GHz 頻率範圍我們稱為毫米波( Millimeter Wave )。

無線通訊歷程概觀

在 1985 年美國 FCC 規定了三個無需申請執照的頻率帶，規劃給工業、科學、醫學使用，簡稱為 ISM 頻帶 ( Industrial ; Scientific ; Medical )，這三個頻帶分別為 900MHz ( 902 ~ 928MHz ，頻寬 26MHz )、2.4GHz ( 2.400 ~ 2.4835 GHz ，頻寬 835MHz )，以及 5GHz ( 5.725 ~5.850 GHz ，頻寬 125MHz )。(表一)

在現在的無線通訊應用來看， 2.4GHz 頻帶是一個被普遍使用的頻帶，因為此頻帶之頻率範圍為 2.400 ~ 2.4835 MHz ，正是所謂不用額外申請的 ISM Band，而在2.4GHz頻帶中目前最常使用的通訊種類，我們大概可區分三類通訊規範，分別是: Wireless LAN.(2.4GHz IEEE 802.11b)、 Short range Bluetooth 以及 HomeRF ( Home radio frequency )

在家庭的無線網路中， Bluetooth 、 HomeRF 、 Wireless LAN( WLAN ) 和 IrDA 都是可以被使用考慮的解決方式。近年來 Bluetooth 拜個人化通訊取向之賜，及廠家的大力宣傳而使其角色扶搖而上，相對地使得大家對其他三種通訊方式給予較冷漠的對待。

Bluetooth 的竄起，對於 HomeRF 是一不小的打擊， HomeRF 的產品定位，包括傳輸速度、價格等，皆難以和 Bluetooth 創造出明顯的區隔。Bluetooth 原本就鎖定在最低價的個人化無線通訊技術，速度和傳輸距離的苛求不高，爭議性不大。 HomeRF 理本應定位在比 Bluetooth 更高階，卻因所分配到的頻寬只有 1MHz ，難以把速度拉高；縱然 HomeRF 具備有若干 Bluetooth 沒有的優點，卻難造成明顯的差異化。

另一方面，在性能上 HomeRF又不如 WLAN ，等於是夾在下上兩種無線技術間，難開發出屬於自己的空間。不過近來 HomeRF 已獲得較關鍵性的轉機，美國 FCC 已同意讓使用跳頻展頻技術的 2.4GHz HomeRF 所分配到的頻寬從 1MHz 增加至 5MHz ，這使得 HomeRF 在將來的無線網路市場得一展所長。

美國 FCC 這一項新的決定將讓使用跳頻展頻的技術，可以在 2.4GHz 的頻帶上，佔用 1.3 或 5MHz 頻寬。由於 FCC 並未限制最大可跳頻的數目， Bluetooth 也將相對的受惠，其傳輸速度從現在的 1Mbps ，可以拉高至10Mbps。不過這樣Bluetooth 和 HomeRF 之間的干擾問題可能更嚴重，但因為 FCC把 HomeRF 所提出之 5MHz 頻寬操作在 200mw 功率的要求，改為 125mw ，或許未來的干擾程度應不會太大。

無線電網路技術中， 2.4GHz頻帶共有此以上三種主流技術被 FCC 規劃使用，而在無線資料傳輸的技術中，則有兩種調變技術被廣為應用。一是直接連續展頻 ( DSSS : Direct sequency spread spectrum )、二是跳頻展頻 ( FHSS : Frequency hopping spread spectrum ) 技術。在WLAN IEEE802.11的規範中並未限制使用那一種技術，遂造成DSSS和FHSS共存的現象。DSSS的優點是傳輸速率高，但成本較高；FHSS則恰好相反，這兩種技術走向逐漸分道揚鑣，專走家庭市場導向的Bluetooth和HomeRF是採用了 FHSS 的調變技術，另外一種調變技術 DSSS 則專用在11Mbps速度的 WLAN IEEE802.11b 當中。

短距無線傳輸裝置藍芽 ( Bluetooth )

藍芽的規格

《圖一 Kcti 藍芽模組之方塊圖》

Bluetooth 藍芽技術是一種低功率的無線電傳輸技術，它可以讓不同的產品間能夠於短距離情況下，不須要使用有線的傳輸設備進行產品裝置之間的資料溝通傳遞。所以嚴格來講，藍芽技術只能說是一種無線傳輸介面，而不能稱做他是一種產品。

在藍芽技術定義中無線電的發射功率為 0dBm ，相當於傳輸範圍大約為 10 米左右。而為了讓藍芽技術產品能夠在全球都能隨意使用，頻帶的定訂上使用了全球通用不需要額外申請的 ISM 頻帶中的2.45GHz 頻段，其頻帶頻率範圍在 2.402 ~ 2.480 GHz 之間。(圖一)

藍芽傳輸技術所採用的是一種跳頻式的展頻技術 ( FHSS )方式，跳頻速率為每秒 1600 次。此種 FHSS 的傳輸技術，是將信號透過一系列頻率範圍廣播出去，傳送裝置會先去傾聽頻道 ( listens channel )，當頻道處於閒置狀態時，信號會利用此頻道傳送出去。假若頻道已經在使用當中，傳送端便會跳躍到另一個頻道，因此接收端必須知道傳送端的跳躍程序，並且傳送端與接收端必定要同步切換頻道才可以正常接收資料。

在功率傳送的設計方面，藍芽無線裝置其傳輸功率可從最小的 1mW 增加到 100mW，而傳送功率的大小取決於系統的需求來做設計，如果要達到100mW 功率的傳輸時，則必須在射頻前端之前加上射頻功率放大器 ( Power Amp. )，其增益大約為 20 dBm 的功率放大。

藍芽裝置之調變技術是採用 GFSK ( Gaussian Frequency Shift Keying ) 調變方式。傳輸速率 ( Transfer Rate ) 定為 1Mbps，而實際資料有效速率最高可達 721kbps。此外於語音的傳輸是採用 CVSD ( Continuous Variable Slope Delta-Modulation ) 技術，通訊協定則是採用分時多工 ( TDMA ) 協定技術。

Bluetooth 未來在資訊及通訊領域上的應用將會非常廣泛，下列幾個例子可做為大家參考：

1. 桌上型電腦的周邊設備傳輸，例如無線印表機、無線鍵盤、無線滑鼠等。

2. 筆記型電腦、個人數位助理、行動電話上通訊錄的自動同步更新。

3. 公事包內筆記型電腦透過無線通信接收電子郵件，大哥大可顯示接收電子郵件。

4. 無線傳輸可省略行動電話與免持聽筒間的連線，空出雙手方便工作。

5. 數位相機可透過行動電話立即做資料傳輸，省略舟車往返時間。

6. 個人電腦可透過行動電話，在任何地點和任何時間存取網際網路資源。

7. 可隨時視需要構成隨意通訊網路（Ad-Hoc Network），方便電腦資源互享。

藍芽的未來發展

《圖二 直接連續展頻與跳頻展頻技術》

最近幾年來，個人行動通訊的日新月異的發展，人們對於資訊之擷取須求越覺得越趨重要!尤其藍芽技術強調了通訊與資訊的結合，連結了電腦設備、手機、 PDA、以及電腦周邊設備，更使得無線行動通訊與資訊上網提供一個寬廣的前景。藍芽技術因強調體機小，價格便宜，易於使用，而普遍的為大家所青睞，假如藍芽技術的實用產品成熟，應能普遍應用於短距離的無線通訊環境。相信也對整個通訊和資訊產品生態，必定會造成不少的衝擊性，對於人類的生活便利性也會有相當程度並有深遠的影響。

現在於藍芽裝置規格發展，SIG 特殊小組正在積極的在釐定推廣其藍芽系統規格。自Bluetooth 1.0a 於 July 1999 公佈後， Bluetooth相繼的公佈並更新為 Bluetooth 1.0b 以及 Bluetooth 1.1 版本.近來，又為了藍芽系統裝置其完整性和應用上的互通與正確性， SIG 小組正在研究進行 Bluetooth 2.0 版本，以期望能達到資料傳輸率可以超過 1Mbps 以上。

Bluetooth SIG 已有九個工作小組研究在 Bluetooth 2.0 版本內加入新安裝導引的可能性，並且會改變無線電通訊規範。無線通訊規範的改變，會使尖峰數據傳輸率提昇，尖峰數據傳輸率會從目前的 1M bps 有效值 721K bps 增加到 2 ~ 12M bps，主要的調變 GFSK 由原本的二級改變成四級的方式。這樣的改變會大幅度的減少 Bluetooth 與其它無線電技術之互相干擾。此外安裝導引的加入，現在工作小組正在判定各式各樣的目標市場的必須規範，他們希望於 2000 年底可以完成，但是在時間上的困難點無法突破的同時，這一新安裝導引很可能會延遲到 2001 年下半年才會完成!

無線網路IEEE802.11b

IEEE802.11 概述

IEEE 802.11標準在1997年底定，不但改變原本網路廠商採用其專屬架構的形態，並且利於縮短產品研發時間與突顯產品互通的重要性。在通訊協定方面，源自於乙太網路標準的IEEE 802.11將IEEE 802的 CSMA/CD 機制改為CSMA/CA ，其原因在於無線區域網路設備是將訊號發射到空中傳遞，所以在無法完全偵測各設備收發狀態的情況下，以CCA（Clear Channel Assessment）演算法讓需要收發資訊的無線區域網路設備事先發出訊號告知所需的通訊時間，以避免網路上的其他設備在此期間進行傳輸。(圖二)

有關IEEE 802.11標準的網路實體層規範，共包含：1.直接序列展頻、2.跳頻展頻、3.紅外線(Infrared ray， IR)三種不同的技術。但是由於 IR 之傳輸容易受到障礙物的影響，而且無法達到多端點同時溝通或分享資訊的功能，所以目前IEEE 802.11標準在產業界的應用方面，是以直接連續展頻(以11個chips來代表原本要傳送的訊號)和跳頻展頻(每秒跳頻4次)這兩種技術為主。這兩種技術當時都容許於 IEEE802.11 中存在使用，可是傳輸速度於 IEEE802.11 中，只能達到 2Mbps ，對於當時之網路主流 Ethernet 來講，正由 10Mbps 轉移至 100Mbps，其傳輸速度相差甚遠。並且 IEEE802 價格頗貴，遂難以被當時的網路市場所接受。

因此業界開始積極的著手 IEEE802.11b 的標準化，使無線網路 WLAN 之速度能夠提升至 11Mbps。IEEE 802.11b 又稱為 IEEE 802.11 HR(High Rate)，與 IEEE 802.11 同樣使用 2.4GHz的波段並採用直接連續展頻配合 CCK( Complementary Code Keying )調變方式，其傳輸速度可達 11Mbps。由於 IEEE 802.11b 與 IEEE 802.11 採用的技術相近，所以易於被現有的無線網路業者接受。而為了促進 IEEE802.11b 產品之間的互通性，3Com、Aironet、Intersil、Lucent、Nokia 與 Symbol 等業者共同成立 WECA(Wireless Ethernet Compability Alliance) 聯盟，以增進各廠商的產品相容性，另外在實際測試的執行方面，則是委託 SVNL(Silicon Valley Network Lab)進行各廠商的產品互通測試。

IEEE802.11b 在展頻技術方面是採用直接連續展頻的方式，此時雖然 FHSS 技術的硬體成本較為便宜，但是 FHSS 之技術，速度不易提升，且須要比較大的頻寬。而 DSSS 的技術卻能符合須要， IEEE802.11b 遂採用 DSSS 的技術。

IEEE802.11之展頻技術

目前無線區域網路所採用的展頻技術，可分為直接連續展頻 ( DSSS ) 與跳頻展頻 ( FHSS ) 兩種。

前者是將原本較高功率且頻寬較窄的載波訊號，藉由與 Pseudo Random Sequence 的相互搭配以後，將原本的 "0" 或 "1" 資料透過改變載波相角的相位位移鍵( Phase Shift Keying， PSK )技術，利用數個被稱為chip的位元代表，並且改以低功率卻較大頻寬的方式傳遞。這些用來代表資料的chips被稱為Spreading chips，而業者在 Spreading chips 較高可增加資料安全性，但較低卻可增加使用者數目的權衡之下，大部分均選擇介於 10 至 20個 chips 之間。

至於另一種展頻技術跳頻展頻則是將 83.5MHz 區間切割成 75 個以上的頻道，然後提供無線設備在每個約 1MHz 的頻道空間裡面傳遞資訊。此外為避免訊號受到干擾，跳頻展頻採用頻率位移鍵 ( Frequency Shift Keying， FSK ) 技術，讓進行無線通訊的設備同步且同時地選擇某特定頻道，並且每歷經一段時間以後即跳至其他頻率繼續做聯繫。

IEEE802.11技術發展趨勢

未來無線區域網路的發展可以分成兩個發展方向：其一為往高速傳輸發展，另一為低速短距離的應用。

在高速無線傳輸部分，由於頻寬的需求十分殷切，IEEE 802.11b 規格底定後，高速無線傳輸技術亦持續發展中。在高速無線傳輸技術方面，雖然 IEEE802.11b 標準在目前已逐漸取代 IEEE802.11 標準成為市場的主流後，目前 IEEE 正規劃出高速率的 IEEE802.11a 技術。

IEEE802.11a 為 IEEE 組織的一個無線區域網路工作小組，繼 IEEE802.11b 工作小組已經推出使用直接連續展頻技術的 802.11b 傳輸速率 11Mbps 標準之後， IEEE802.11a 小組正積極的研擬更高速的無線區域網路標準，802.11a 小組預定採用 5GHz 頻段，使用 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；正交劃頻多工)技術， OFDM是一種資料編碼的技術，利用在不同頻段同時傳送資料以增加傳輸速率。而 IEEE802.11a 其傳輸速率為 54Mbps 的標準，這個標準預定年底規格底定，2002 年市場將推出產品。

目前在高速網路上較受矚目的技術除了 IEEE802.11a 以外，然而其他高速無線區域網路的標準的發展進程並未受到影響，仍積極發展中。尚有WBFH、HiperLAN1、HiperLAN2 等三種技術 ，其中 IEEE802.11a、HiperLAN1、HiperLAN2 三種技術是採用 OFDM的技術，而 WBFH (Wide Band Frequency Hopping)則仍使用 FHSS 的技術。

在低速短距的無線傳輸技術部分，目前市場上主要的傳輸技術有 Bluetooth 與 HomeRF 兩種，兩者目前均已有產品在市場上發表，然而兩者亦積極發展下一代標準中。

家庭網路 HomeRF

HomeRF

HomeRF 成立於 1988 年 6 月，目前成立之成員有 83 家之多。其中包括了計算機、軟體、半導體、通訊、消費性產品等各種領域的廠商，成員有Compaq、IBM、Intel、Microsoft、Ericsson、Motorola、Philips等。(圖三)

HomeRF 的協定為 SWAP ( Share Wireless Access Protocol ) 為一為了合乎家庭和 SOHO 獨特的消費需求而設計。是無線電話機技術 DECT ( Digital enhanced cordless telephone ) 和無線區域網路 WLAN IEEE802.11 技術相互融和發展下的產物。IEEE802.11 中採用了 CSMA/CA 方式，適用於一般的數據傳輸技術，而 DECT 則使用 TDMA 方式，特別適合應用於語音訊號的通信。將兩種技術結合而構成的 SWAP 協定，將更適當的應用於家庭網路上。SWAP 實現了數據和語音的無線家庭的接口，使電子產品可以實現了一些功能：

1. 在 PC 周邊和無線電話等設備之間建立一個無線區域網，可以共享其數據和語音。

2. 在家庭的區域範圍內，使用攜帶式的螢幕設備瀏覽網際網路。

3. 在 PC 和其它設備之間可共享同一個 ISP 的聯結。

4. 家庭中，多台 PC 可以共享文件、數據機、印表機

5. 於 CP ( Connection Point ) 應用於電話機可以呼叫多個無線電話機、傳真機、語音信箱。

6. 從無線電話聽筒可以在現導入的語音、傳真、E-mail 信息。

7. 將一個簡單的語音命令輸入 PC 無線電話話筒，便可以啟動家庭內的家電電子系統。

8. 可實現 PC 和 Internet 多個玩家的連線遊戲。

自從 SWAP 規範的問世，除了擴展高性能、多波段的無線電話技術以外，還進而促進了語音數據家庭網路的技術發展。

家庭網路 SWAP 規格

HomeRF 定義的 2.4GHz 工作頻段是一個 ISM Band ，使用跳頻展頻的方式，每秒跳頻 50 次。每秒信道改變功率為 100mW，有效範圍約 50 m。為了支持 1M / 2Mbps 速率，HomeRF 無線發射設備採用 2FSK 或 4FSK 來進行調變，而 HomeRF 無線家庭網路數據安全性由 Blowfish 加密算法來保證。

HomeRF 網路的主要系統參數如下 :

網路跳頻 : 50 次/秒。

工作頻率 : 2.4GHz。

發射功率 : 100mW。

傳輸速率 : 2FSK/ 1Mbps、4FSK/2Mbps。

有效範圍 : 50m，可以覆蓋一般的家庭院落。

支持站點 : 每個網路約 127 設備。

語音連接 : 6 個全雙工通話信道。

數據安全 : 採用 Blowfish 加密算法。

HomeRF 無線家庭網路會有七個特性，包括它能透過撥接、DSL 或 Cable Modem 上網、擁有傳輸交互式語音數據採用 TDMA 技術，傳輸高速數據包分組採用 CSMA/CA 技術、數據壓縮採用 LZRW3 - A 算法、不受牆壁及樓層的影響、通過獨特的網路 ID 來實現數據安全、無線電干擾影響小、支持近似線性音質的語音和電話業務。

《圖三 HomeRF SWAP 家庭網路》

HomeRF 未來發展

HomeRF 組織正討論原始的 SWAP 規格，各種未來的衍生型，其中一個可能的衍生形態就是將現有的 2.4GHz 頻帶內的資料速率增加，並且與原始的版本規範維持其相容性。目前對於此點的考量方向，將 SWAP 的傳輸速率有效可能的增加到 10Mbps。HomeRF 2.0 將會有 10Mbps 尖峰資料傳輸速率，以及完全向後相容的 5Mbps、1.6Mbps、和 0.8Mbps 模式。提供同步的主機/客戶和點對點無連線拓樸型態，也可以提供 8 個同步有優先順序的單向或雙向音訊和視訊媒體的資料流，並且 8 個同步長途電話品質的雙向無線語音連線。HomeRF 未來將會朝向 20Mbps 的速率發展，而且擁有增強的資料媒介和漫遊功能。(圖四)

規範外的 2.4GHz 無線通訊

正當無線通訊在 ISM Band 2.4GHz風起雲湧之際，除了有標準規範的 Bluetooth、IEEE802.11、HomeRF 以外，很多涉足高頻通訊的廠商也期望走出另一類型的高頻產品。這種不屬於任何規範的產品，往往是從低價位、研發速度快的產品踏入，並且在眾多規格夾縫中求取快速簡便的無線產品市場面。而此一低價位無規範的無線產品，將被無線通訊市場大量應用於家庭網路間的簡易控制與檔案的傳輸上，而無線通訊之間的通訊協定法則，則可以讓設計工程師自行訂定應用。

RFWave 是另一種高頻模組的設計，基本應用於家庭網路無線控制、保全系統、檔案的傳輸、遊戲的連線等，而高頻晶片組是由一家以色列的廠商開發設計中。它也是使用於 ISM 2.4GHz Band 的無線傳輸，為一種半雙工通訊的無線技術，在規格上其傳輸速率為 1Mbps，使用直接連續展頻的傳輸，調變方法則採用以 ASK ( Amplitude shift keying ) 調變方式。RFWave 為一短距離無線應用，根據其應用面大概可分家庭自動控制和娛樂類與保全系統的應用類等幾種不同的市場產品使用。

《圖四 RFWave 2.4GHz 無線模組結構》

結語

從上述的幾類的通訊技術來看， 2.4GHz 的網路通訊技術正如火如塗的積極地擴展其市場，不管是標榜著短距離通訊的藍芽、或是區域網路系統 IEEE 802.11b 、家庭網路的 HomeRF 以及低成本無規範的無線通訊，大家都想在這一遍廝殺聲中，脫穎而出。其實最後的勝利者，應該取捨於市場的應用與消費者的習性!

2.4GHz 無線網路的技術發展和市場潛力仍有極大的開發空間。業界在佈局的考量上，應該不能忽略無線相關通訊產品的整體性，否則勢必走入全方位性的解決方式，例如 Bluetooth 和 IEEE 802.11b 的互相整合。若只有過份強調單一獨立性產品的單方向發展，可能難以討好市場並且無力和對手競爭。正如過去NS曾經在有線的乙太網路上叱吒風雲，不料卻在缺乏整合更齊全的解決方式和低價化速度不及他人的情形下終止，又例如 HP 曾自行開發的 Fast Ethernet規格，其規格優於 IEEE 官方版本，因此而自認必獲業界廣泛遵循，結果事實卻好相反，終迫使 HP 回歸 IEEE 版產品，所以業者必須有智慧地訂定未來正確的策略，避免重蹈覆轍。