短距无线传输高画质技术之必要

短距无线传输高解析画面的技术之所以备受市场瞩目，因为其可以减少数字家庭环境过多缆线布线的难题，并提升传输的便利性，对于高解析视讯画质的影响也不会像封包传输那么大。工研院系统芯片科技中心副主任暨资深正研究员马金沟博士便表示，利用高频段高速传输高解析视讯就不需要太多封包技术，就像大水管一般，未经过压缩所传的视讯内容，其所能掉的画素也有限，不会影响整体高画质内容。

不过带宽利用和传输量就会是短距无线高速传输技术念兹在兹的部分，工研院系统芯片科技中心射频与模拟技术组组长杨子毅便指出，若换算一下，传输Full HD（1080p）高画质视讯内容最起码需要3Gbit/s的传输量，而1080i也需要至少1.5Gbit/s的传输量。先前就有不少的相关规格如雨后春笋般冒出，不过目前来看，WirelessHD和WHDI（Wireless Home Digital Interface）相关技术较为成熟，业者支持度也较高，带宽也较能够支持，应该是未来有机会发展成主流的短距无线高速传输高解析视讯的技术选项。

《图一 图左为工研院系统芯片科技中心副主任暨资深正研究员马金沟、右为工研院系统芯片科技中心射频与模拟技术组组长杨子毅、中间为工研院营销传播处许嘉惠小姐》

短距无线高速传输高画质视讯规格大要

安捷伦电子量测事业群营销处资深市场项目经理徐正平表示，短距无线传输标准主要是以IEEE 802.15规格为基础，而高速短距传输技术又以802.15.3规格为核心，包括802.15.3a的UWB和802.15.3c的毫米波（Millimeter Wave），前者以跳频方式在3.1～4.6GHz运作，后者则便以60GHz为主要运作频段，目前以WirelessHD和WiGig两大标准相抗衡。

安捷伦电子量测事业群应用工程部协理陈俊宇并表示，目前运用802.11n传输1080p FullHD视讯内容应该还有困难，而UWB在设计上也主要以取代USB进行数据传输的功能为主，而UWB也逐渐退出市场。真正能够满足用短距无线高速规格、不经过压缩格式、可传输高分辨率视讯影像的技术，应该仍是以采用60GHz的WirelessHD和WiGig、以及采用5GHz的WHDI为主。

安立知（Anritsu）台北区暨电信市场业务经理林光韦则表示，低频传得远，穿透率高；高频传输距离短，穿透率低。目前超高频应用例如倒车雷达部分，频谱约在70～80GHz。当然频率越高，传输容量也会跟着提高。高频的指向性高，传输距离也会很短。

超高频60GHz地段难求 WirelessHD和WiGig合纵连横划地盘

高频段较能够切出带宽满足传输信道应用需求，之前主要以军事用途为主短距传输机密数据的60GHz频段，目前便已开放出来给高速短距传输规格IEEE 802.15.3c进一步运用。60GHz有些频段没有切出来的部分，亦属于免申请使用执照的无线电频段（ISM-band），这就像珍贵稀有的豪宅精华地段一般，马上成为标准集团兵家必争之地。目前采用60GHz频谱的标准主要以WirelessHD集团（WirelessHD Consortium）和WiGig联盟（Wireless Gigabit Alliance）相互分庭抗礼。一般来看，WirelessHD技术应用比较偏向消费电子领域，而WiGig应用主要朝向IT领域发展。

《图二 无线短距传输规格标准树状示意图 》 数据源：安捷伦（Agilent）

60GHz已规划为免授权商业用途

今年9月3日欧盟执行委员会（European Commission）已通过将60GHz频段划为免授权商业用途，使用60GHz频段（57GHz~ 66GHz）的产品已获准在欧盟市场销售；而60GHz频段在北美、亚太区、巴西、俄罗斯、印度与中国等地的类似应用也都已获通过，日本也已针对59～66GHz的毫米波频谱应用，先行提出相关定义规格。安捷伦应用工程部协理陈俊宇表示，目前台湾电信技术中心（TTC）也正在规划评估60GHz的应用可行性。

工研院系统芯片中心副主任马金沟指出，政府应对于频谱管制的政策保持一定的弹性，可考虑开放60GHz或是更低的频谱给民间商业使用，但频谱也是共有财，如何有效运用既有频谱资源，在满足永无止尽的高传输量需求和既有频谱资源之间取得平衡，一直都是无线通信业界不断关注的议题。安立知业务经理林光韦则认为，需不需要这么大的带宽传输高画质影像，其实也有讨论空间，因为目前压缩格式技术越来越成熟，电信营运商也希望多媒体传输内容所占用带宽越低越好，这些其实都是需要考虑的因素。陈俊宇则认为，短距无线传输标准其实不太需要经由国家通讯机构来规范法规，频段资源或许要规范，但测试认证部分似乎可以加以开放，也无须到工业级的认证程度，因为短距无线传输的干扰程度没那么复杂。

60GHz高频短距无线传输特性

指向性高

由于60GHz属于高频段，所以短距无线技术利用此频段传输无线电波时，容易受到空气中氧分子的共振效应而被吸收，并且受到LoS（Line of Sight）影响较大，人的移动会导致讯号传送接收易受干扰。且由于60GHz指向性高的特性，电波不易穿透散射折射，距离必须缩短够近，才能让传输讯号不受干扰地在数字家庭装置间传输。有些业者也会借用Beamforming技术来延伸传输距离，或是利用MIMO技术将选定的特定讯号各取所需传输出去。

隐密性高

但也因此，这些看似属于缺点的特性，也是其优势所在。陈俊宇便指出，60GHz指向性高、干扰性也低，传输隐密性相对也较高，若要拦截讯号就非得要进入室内环境才有办法接收得到，这也是为何60GHz先前主要是作为军事传输重要机密影像应用的缘故。而一般我们使用的Wi-Fi常为人所诟病的就是数据传输安全性不足，于是这也就成为60GHz短距无线高速传输技术所强调的优势，但高频传输也有其先天需克服的问题。

射频设计较为复杂

马金沟便进一步指出，60GHz主要的技术门坎在于射频部分，大水管的电路讯号处理设计也会比较复杂，若厂商同时设计射频和基频负担会因此太大，于是通常厂商会直接先将前端射频组件处理好，而省略掉基频处理部分。

《图三 WirelessHD按照各国规划大致分布范围的传输信道示意图 》 数据源：安捷伦（Agilent）

《图三 WirelessHD按照各国规划大致分布范围的传输信道示意图 》

WirelessHD蓄势待发由Matsushita、Samsung、SONY、NEC、LG、SiBEAM与Toshiba所合组发起的WirelessHD集团，在去年1月已经完成WirelessHD 1.0版标准，今年1月Intel和Broadcom加入发起成员后，包括Philips、Yamaha、Funai、ST Micro和NXP等大厂也陆续加入集团，目前其集团全球会员数已经超过40个，包括台湾的联发科（MediaTek）、以及全球量测厂商太克（Tektronix）、罗德史瓦兹（R&S）和安立知（Anritsu）。

值得注意的是，WirelessHD兼容性测试计划（Compliance Test Program）已经在欧盟市场推展，目前WirelessHD测试版本已进入1.0a阶段。首个WirelessHD授权测试中心美国CCS实验室从今年初便完成多样产品验证，在9月份德国柏林的IFA大展上，包括Panasonic的Z1系列、LG的LH85/LH95 LCD液晶电视、以及Funai和Toshiba的WirelessHD转接器产品也陆续亮相。

其实WirelessHD相关频谱测试方案上今年1月便已经有具体的设计工具成型，安捷伦在此领域可说是个中翘楚，不仅已测试SiBEAM的芯片样品，相关测试软硬件方案CTS-1000也已经获得美国CCS实验室采用。

WirelessHD技术要点

利用60GHz传输的WirelessHD是以正交分频多任务（OFDM）技术和QPSK/16QAM解调变技术为基础，PHY层是以IEEE 802.15.3c毫米波为核心，并可搭配指向性的Beamforming天线技术来延伸传输距离，并强化接收器的接收讯号。在10公尺范围内，WirelessHD可点对点传递无压缩、无损失传送1080p的高解析视讯画面，传输速率可达4Gbps。

以SiBEAM马首是瞻

Wireless HD的射频IC收发技术是以SiBEAM为核心，SiBEAM透过采用CMOS技术制造的射频IC，降低了收发器电路成本。以往GaAs技术通常用于毫米波收发器电路，成本较高，CMOS技术则可将成本降低到WLAN的水平，有助于WirelessHD技术应用的普及。除了高频CMOS电路技术以外，SiBEAM并拥有天线控制技术。

可以这么说，WirelessHD技术就是以SiBEAM的半导体技术为核心，除了SiBEAM之外，尽管有包括IBM、Intel、NewLANS、Toshiba等，都有在开发相关射频收发IC，不过能够以符合较低成本的CMOS制程技术，设计出可靠符合60GHz的WirelessHD射频收发器，并掌握关键的波束控制（beam steering）天线技术，还是只有SiBEAM。

波束控制天线技术

频率越高、电波指向性越高，Wireless HD发送和接收器之间必须能有效抓到最佳传输方向，并排除传输干扰，因此结合收发器和天线控制技术，才能提高收发高解析讯号的质量。SiBEAM设计的微数组天线（Multi-element Micro Array Antenna Technology），采用一个具有数十个天线组件的数组，可对每个组件动态调整电压输入，如讯号传输干扰时，天线将会搜寻一个新的传输路径并继续传送，以适应控制讯号的辐射角度，这种技术也称为波束控制（beam steering）。

WiGig整戈待旦

今年5月7日新成立的WiGig联盟，发起成员包括Atheros、Broadcom、Dell、Intel、LG、Marvell、联发科（MediaTek）、Microsoft、NEC、Nokia、Panasonic、Samsung以及Wilocity，主要是运用60GHz频段推广多媒体数据传输、IP网络数据接取和多重系统服务。测试仪器厂商安捷伦也在9月17日加入WiGig阵营，台湾的雷凌（Ralink）和德州仪器（TI）也成为WiGig新成员。值得注意的是，联发科则一方面鸭子划水地加入WiGig联盟，另一方面并与某国际品牌大厂合作研发支持专属规格性质的芯片设计，欲提出专属的无线短距高速传输规格。

此外有趣的是，很多消费电子品牌大厂和芯片厂商都同时参与WirelessHD和WiGig两大集团，包括LG、Panasonic、Samsung、NEC、联发科、Intel、Broadcom和Toshiba。但尽管Wireless HD和WiGig都采用60GHz，双方在发展标准规格上的专属特性非常明显，Wireless HD内部规定加入集团的成员才能够分享相关研发成果和测试方案，而WiGig内部也严格规定不可对外公开其规格数据。双方都还在打地基，因此门禁相对森严。

《图四 图左为安捷伦电子量测事业群营销处资深市场项目经理徐正平、图右为安捷伦电子量测事业群应用工程部协理陈俊宇》

高频60GHz频谱量测要点

避免高频讯号衰减

测试支持高频60GHz的接收器和发射器产品，并不是件容易的事。频段高、高带宽，射频设计上相对复杂许多，安捷伦资深市场项目经理徐正平便指出，由于60GHz高频频谱测试容易受到电路和有线接线的干扰，为避免高频讯号在测试过程中因而衰减的问题，因此高频讯号要采用避免介质转换、诸如天线等方式传递发射，号角天线（Horn Antenna）、导波管（wave guide）和降频器（down converter）的传递设计也非常关键，然后再把降频的讯号送到示波器来进一步分析测试。安捷伦示波器的测试带宽最高可以到13GHz。

安捷伦应用工程部协理陈俊宇表示，高频讯号必须进一步降频才能有效进行测试。与一般频谱量测仪器的原则大致相同，但需要进一步搭配升频或降频器，数字视频分析仪也是不可或缺的。

接收器测试升频过程较为复杂

另一方面，接收器部分的测试相对就比较复杂，陈俊宇表示，怎样产生一个宽带讯号、升频、降低失真，对测试仪器来说比较复杂，特别是每一种介质到高频阶段其非线性现象会更严重，频谱的校正困难度也会提高许多，而带宽讯号越宽。其不平坦现象也会跟着明显。

射频测试经验非常重要

因此无论是降频或升频，除了要整合强化示波器和频谱分析仪等基本硬件资源功能外，如何有效传递高频、降频不失真并达到取样测试效果，还原升频时要设计韧体自我调校、权衡高带宽的平坦度，都是需要相当有经验的射频测试人才团队作为基础，这也是高频收发测试方案质量与know-how的关键所在。因此能够测试高频讯号的仪器厂商并不多。徐正平便以频谱屏蔽（Spectrum Mask）测数为例指出，需要注意的项目包括最高输出功率和调变性质等。陈俊宇进一步指出，WirelessHD 1.0版的发射器屏蔽测试，原本频谱噪音水平（Noise Floor of Spectrum）设定在40dB，但考虑到业界实际状况，因此在1.0a版本中便放宽调整至30dB。

《图五 WirelessHD发射器测试系统示意图 》 数据源：安捷伦（Agilent）

《图五 WirelessHD发射器测试系统示意图 》

WHDI技术准备就绪另一方面，以802.11n的PHY为基础的WHDI，运作于5GHz频段，整合4×5 MIMO、OFDM和Beamforming技术。若使用40MHz的带宽信道，传输速率可达3Gbps，可传输距离比WirelessHD还远，能够达到30～150公尺；若使用18MHz的带宽信道，则可达到1.5Gbps传输速度。工研院系统芯片科技中心组长杨子毅表示，5GHz的传输距离较长，指向性不强，因此其他房间也可以接收得到。而5GHz的芯片设计就是以提高电路设计的复杂度，来平衡传输高画视讯时会产生丢掉一点点画素的风险。

但较低频5GHz要如何切出3Gbit/s的带宽，比较困难。

值得注意的是，WHDI采用HDMI中消费电子控制（CEC）技术的更先进版本，不仅可支持点对点传输，同时也可支持多点对多点传输，且没有电波指向性所会造成的问题。并且由于WHDI采用5GHz频段，因此可适用支持动态频率选择（Dynamic Frequency Selection；DFS）的雷达侦测功能，能有效倍增收发器可用带宽。

采用MIMO技术转化多重路径优势

安捷伦资深市场项目经理徐正平指出，WHDI采用多重天线设计，干扰问题会比较明显，采用5GHz传输，电波指向性不强，因此散射折射特性明显。而MIMO技术的辅助恰恰是强化了WHDI在多重路径（Multi-Path）的传输特性，亦即把多重干扰和散射的问题化作优势，利用类似解方程序的方式将讯号清晰处理出来。因此如果将使用WHDI标准的数字家庭装置放得过近，反而多重路径的效果出不来，也影响了WHDI高解析视讯的传输质量。

工研院系统芯片科技中心副主任马金沟则表示，在应用上5GHz和60GHz都有各自的优缺点，数字家庭影音设备的摆放位置也会影响哪种规格标准的适合度，5GHz就可以利用己身的散射特性并搭配MIMO或是Beamforming技术，来有效规范不同多重的无线电波传输方向。

AMIMON是WHDI的灵魂

WHDI的芯片技术则由以色列公司AMIMON所主导。包括Hitachi、Sony、Sharp、Samsung与出资支持AMIMON的Motorola，在去年7月建立WHDI SIG。目前AMIMON已在今年5月推出第二代能传输1080p/60Hz高画质影像的WHDI芯片组。WHDI技术专属性强，量测厂商也难以取得物理层以上的技术规范专利内容。

高速接口与多媒体视讯处理

另一方面，芯片中心所推出的PAC DSP处理器也能支持处理短距无线传输高画质视讯运算，马金沟并不否认未来类似技术也会支持3D影像内容无线传输，但一开始并不会以支持3D影像作为主打诉求，而是先把无线环境的应用功能凸显出来，再来强调结合行动装置的无线快速下载功能，比较能满足当前消费者的使用经验。

《图六 图为安立知（Anritsu）台北区暨电信市场业务经理林光韦》

结语：发展应用前景审慎乐观

短距无线传输高画质技术取代有线？

安捷伦资深市场项目经理徐正平表示，长期来看，无线短距高画质传输技术还是会取代有线传输，不过哪种规格能够胜出，数字家庭消费电子大厂的态度相当关键。尽管无线化都是Wireless HD和WiGig的宣传重点，不过短期内产业规模还有许多成长空间，因此也尚未能够取代既有的HDMI或是DisplayPort应用。

如何形成商业化市场规模？

安立知台北区暨电信市场业务经理林光韦认为，短距无线传输高画质技术迟早可行，但高频芯片设计仍有一定门坎，60GHz的天线、频谱、收发器等整体都要完备，商业化应用基础方可稳固。工研院系统芯片中心组长杨子毅则表示，短距无线高速传输高画质技术一定会成熟，从IC设计、射频整合、封装、天线、模块、系统设计等，相关制程方面都已经就绪，SiBEAM也证明CMOS制程没有问题。

林光韦认为，短距传输不经压缩的高画质视讯自然有其话题性，但真要能形成商业化的应用规模，芯片厂商是很重要的关键。因此量测仪器厂商必须直接和支持相关无线传输规格的芯片厂商密切合作，除了观察芯片厂商的出货量外，还有技术标准组织的专利数、厂商参与程度等等，来周详地推估相关市场规模是否已经开始成型。

应用机会在哪里？

数字家庭视听设备目前还是短距无线传输高画质技术初期可行的应用领域。数字电视、DVD播放器、机顶盒、PC周边链接等会是主要的应用终端。工研院系统芯片科技中心副主任马金沟认为，运用5GHz的无线高画质传输技术比较成熟，但也需要3～5年才会进入商业化阶段。60GHz要进入量产阶段则还需要一段长的时间。安捷伦应用工程部协理陈俊宇陈俊宇则长期看好短距无线传输高画质技术结合微型投影的应用趋势，不过短距无线传输高画质技术若要普及，还要分阶段来看，初期应该还是应用在高阶金字塔的数字家庭视讯设备，最快2010年相关产品会在市场上出现。

至于哪种应用最后会胜出？其实WirelessHD、WiGig和WHDI都各有优势可盘算，Wireless HD应用在数字家庭领域，产品利润高，单价不便宜，开始应属小众市场，消费者对于价差的接受度较高；若是WiGig应用在IT系统领域，应用数量大，但消费者对于价差接受度可能较为保守；WHDI挟频谱应用和相关芯片设计较为成熟的优势。数字家庭厂商其实不会太在乎短距无线传输规格的兼容性，反而希望自己的专属规格能够成为各家遵循的标准。这些最后都还是要看消费电子品牌大厂的态度，愿不愿意采用相关规格标准，并作为未来产品功能的主要考虑。