在IEEE 802.15的標準中，除了納入藍芽（IEEE 802.15.1）外，同時也發展高速傳輸的UltraWideBand（IEEE 802.15.3a）與低耗電的ZigBee（IEEE 802.15.4），這幾種標準不但讓消費者有了更多的選擇，也為無線個人區域網路技術慢慢地走向消費市場。

便宜又省電的低速WPAN標準–Zigbee

Zigbee就如同PURLnet、RF-Lite、Firefly、HomeRF Lite等過去的短距離無線通訊技術一樣，強調低成本、低耗電、雙向傳輸、感應網路功能等特色，只不過Zigbee是朝著開放標準的方向發展。Zigbee一開始是由Honywell所發起，目前主要的成員包括Invensys、Mistubishi Electric、Motorola、Philips Semiconductor、Samsung等公司為推廣廠商，以及數十家的IC設計製造與系統廠商。除此之外，IEEE也將Zigbee收納為IEEE 802.15.4的標準，與Zigbee Alliance共同為此一WPAN標準催生。

規格與標準制定

ZigBee的接取方式是採直序展頻（Direct Sequence Spread Spectrum）技術，可使用的頻段有三個，分別是2.4GHz的ISM頻段、歐洲的868MHz頻段，以及美國的915MHz頻段，而不同頻段可使用的通道分別是16、10、1個，如(圖一)。

《圖一　ZigBee運作頻段示意圖》 資料來源：Zigbee Alliance，工研院經資中心整理，2004／02

ZigBee的傳輸速率介於20kbps–250kbps之間，並隨著傳輸距離的延長而減慢，例如發射功率在1mW的ZigBee產品在10公尺的距離內可達250kbps的傳輸速率，但若是將傳輸距離拉長至20公尺，則速度只剩30kbps。不過藉著提高發射功率，還是可以在100公尺的傳輸距離內，達到每秒250kbps的傳輸速率。此外，由於ZigBee具備高鏈結數與低耗電的特性，在感應式網路（Sensor Network）上的使用，就具有相當大的優勢，例如在工廠內的作業溫度量測、水電瓦斯計度的記錄、保全防護的監控上，業者就不需經常更換電池或佈建供電網路，且只需極少的人力與設備，即可取得所需的資訊。

而在標準制定的分工上，則由ZigBee Alliance與IEEE 802.15.4的任務小組來共同擔任標準的制定。其中實體層、MAC層、資料鏈結層，以及傳輸過程中的資料加密機制等發展由IEEE所主導，並共同針對ZigBee Protocol Stack的發展進行研議，而未來還能依系統客戶的需求，來修正其所需的應用介面，如(圖二)。

《圖二　ZigBee Alliance、IEEE、系統廠商間的分工圖》 資料來源：Zigbee Alliance，工研院經資中心整理，2004／02

Zigbee的應用與市場發展

Zigbee的出發點是希望能發展一種易佈建的低成本無線網路，而其低耗電性可使產品的電池能維持6個月到數年的時間。在產品發展的初期，將以工業或企業市場的感應式網路為主，提供感應辨識、燈光與安全控制等功能，再逐漸將目前市場擴展至家庭中的應用。根據Zigbee Alliance的觀點，一般家庭可將Zigbee應用於空調系統的溫度控制器、燈光、窗簾的自動控制、老年人與行動不便者的緊急呼叫器、電視與音響的萬用遙控器、無線鍵盤、滑鼠、搖桿、煙霧偵測器、智慧型標籤，以及玩具等產品。

目前在ZigBee標準制定發展上，IEEE已於去年通過有關實體層與媒體儲存控制層的標準草案，因此早在2003年底，即有晶片設計業者發表適用於868MHz頻段的ZigBee晶片，預估在2004年底，可達到商品化的目標。而投入ZigBee技術研發的業者，對於市場的發展都抱持相當樂觀的看法。根據Adcon Telemetry AG觀點，預估全球低速通訊應用市場，將在2005年達到5.7億台的規模，屆時不論ZigBee能取得多大的市場佔有率，這都代表其可發展的空間的確具有相當大的潛力。

邁向具方向感的高速傳輸–超寬頻（UltraWideBand，UWB）

2002年2月14日，美國聯邦通信委員會（FCC）核准UWB產品可以合法在商業市場上銷售，正式為這項短距離無線技術開啟商用化的大門，而號稱能進行高速傳輸，且具有低成本與低耗電力優點的UWB究竟是什麼樣的技術，以下是我們的分析。

UWB的源起與FCC對UWB的規範

UWB的技術起源於18世紀末，不過一直到了1960年代以後，美國軍方才開始進行一系列有關雷達偵測與無線通訊的秘密研究計劃。到了1998年時，FCC開始重視UWB技術，並進行相關法令的研議。同年9月，FCC正式發出諮詢各方意見的NOI（Notice of Inquiry），爾後在2000年5月公布立法提議NPRM（Notice of Proposed rulemaking）。歷經1年多的努力，FCC終於在2002年2月14日宣布UWB商用化規範，並於4月公布實際施行細則。

根據FCC的Report & Order 2002／02的報告顯示，為避免不同應用可能產生的潛在干擾問題， UWB裝置將分成三種類型：第一是影像系統，包含地面穿透雷達系統（GPRs）、牆內影像系統、穿牆影像系統、監視系統、醫療影像系統設備；第二是車用雷達系統；第三是通訊與量測系統，而這部份也較受到關注。

根據FCC的規範，此類裝置的使用頻段為3.1–10.6GHz，主要是在室內使用，或僅能進行手持式裝置的點對點傳輸，因此這些裝置目前將無法執行和行動電話類似的應用。不過這也使得有些人認為FCC對UWB的使用規範限制太嚴，而某部分的公司也希望FCC能將3.1GHz的下限放寬，好讓業者能運作UWB技術發展LAN與WAN的應用。

或許是因為現階段的UWB設備並不多，而且幾乎沒有UWB與其他無線技術之間可能產生干擾的資料統計，所以目前FCC的態度才會顯得保守些。不過FCC承諾將在6–12個月內進行重新評估的動作，倘若業界能證明UWB產品能與其他傳輸技術共存，則FCC將考慮放寬對UWB的限制。

UWB的基本傳輸原理與特色

UWB基本上是在很寬的頻段中，以極短的時間快速地發出脈衝來進行資訊傳輸（1秒發送10億次），而脈衝間的時間即代表“０”與“１”的數位訊號。由於這一連串的脈衝不需要轉成高載波來傳送，因此UWB又被稱為「Carrier-Less」的技術。

傳統無線通訊系統的傳輸方式以連續的正弦波（sine waves）來傳送資料，並以正弦波的振幅作為調變的方式，而UWB則不需要依賴正弦波，主要以時間調變方式為主，以極精確的時間傳送脈衝，並傳送極大量的資料，如(圖三)。就理論上而言，UWB技術同時支援的用戶數可達到無限大（Time Domain公司宣稱可同時與4,000萬個點進行超高速傳輸）。

《圖三　UWB與傳統無線傳輸技術的比較》 資料來源：General Atomics，工研院經資中心整理，2004／02

《圖四　UWB與傳統無線傳輸技術傳輸方式的比較》 資料來源：Time Domain，工研院經資中心整理，2004／02

當然，UWB之所以相當吸引人，還在於其具備有以下的特點：

低耗電量

典型的無線區域網路產品（Wi-Fi）耗電量約為33–100毫瓦（milliwatts），而UWB一般來說都不超過200微瓦（microwatts），即可進行高速傳輸，且不及Wi-Fi的千分之五，因此極為省電（Time Domain宣稱其UWB晶片耗電量僅50～100微瓦）。

具高度安全性

UWB的脈衝非常短（通常不超過十億分之一秒），也非常弱（遠小於一般家電），因此在極廣的頻段間傳輸時，很難被偵測到。同時其收發器之間由事先確認的辨識方式進行轉換，接收端必須知道傳送端的脈衝序列（Pulse Sequence），方能正確收到訊號，因此具備高度的安全性。

高速傳輸

許多廠商的第一代技術都可達到100Mbps的速度，例如：XtremeSpectrum宣稱其產品可在10公尺的距離，提供100Mbps的傳輸速度；Intel的UWB原型產品的傳輸速度可輕易達到100Mbps；而Time Domain甚至已開始研發可達數百Mbps的第二代UWB晶片。基於這些因素，UWB可滿足高容量的多媒體串流傳輸應用。

不易產生干擾

由於UWB的脈衝非常短，頻段非常寬，因此能避免多路徑傳輸的訊號干擾問題，同時短而弱的脈衝也使UWB與其他無線通訊技術，如行動電話、802.11x、微波等，彼此間產生干擾的可能性大幅降低，因此可與其他技術共存。

精準的定位功能

UWB系統具備良好的時間解析能力，使其能發展出精確的測距能力與定位功能，因此過去軍方即將其用在雷達的偵測系統上。

低成本的晶片結構

由結構上來看，UWB晶片所需的成本應低於使用載波傳輸的無線通訊技術。由於UWB直接採用二進位的傳輸方式，因此將零組件大幅減少為四個，即射頻、基頻、天線、內建的軔體與通訊協定。且UWB的射頻收發器架構很簡單，相較於Wi-Fi，UWB的晶片不需經過RF/IF的轉換步驟，也不需要Local oscillator、mixer，以及802.11x常用的超外差所需額外的表面聲波濾波器（SAW filters）。除此之外，UWB可將射頻設計成不需要功率放大器，同時也可以使用CMOS製程，因此具備低成本的晶片結構。

UWB的可能應用

在應用領域的發展上，UWB初期可能的應用預期會包含以下幾個領域：

娛樂應用

基本上，傳輸速度高達100Mbps的UWB能夠同時搭載視訊與音訊串流，並有極大優勢進入消費性電子產品市場。以HDTV為例，其應用的基本需求為20Mbps以上的頻寬，而目前802.11x的傳輸速率並無法容納2組以上的HDTV串流，只有具備UWB的多媒體裝置，方能滿足在2006年後，HDTV時代的需求。而且UWB具穿透能力，並不受牆壁阻隔，因此更適合家庭環境的需求。

定位應用

對於企業而言，UWB的測距與定位功能，特別適合倉庫的管理，透過脈衝的發送，可追蹤零售貨物的精確位置，使企業更便於進行存貨的管理。另一方面，UWB也可以為汽車建立防止碰撞的功能，例如透過相對位置與速度的感應，UWB裝置可為車主提供前車與來車的資訊，以避免可能發生的事故，而這樣的裝置可以內建於車牌或是保險桿中。

其他應用

UWB的穿透能力也可以協助警察偵測建築物內的罪犯、幫助搜救人員探測瓦礫堆內的人員、提供醫護人員的醫療影像掃描，以及提供軍隊更精準的雷達系統。不過由於受限於FCC的規範，目前UWB的穿透能力僅能發揮到20英呎的距離。除了醫療影像掃描之外，此類應用可能還要等待FCC放寬對UWB的功率限制，方能大幅提高其穿透距離與能力。

UWB標準制定現況

UWB標準制定最初由超寬頻工作小組（The Ultra Wideband Working Group，UWBWG）所主導，並於1998年開始接受有興趣的業者加入，共同參與產業標準的制定活動。截至2004年2月底為止，會員數已達到1,685家。不過由於UWB的支持者希望其能為IEEE 802.15.3a所採用，以成為產業共同標準，因此目前高速UWB標準制定的依歸將以IEEE 802.15.3a所通過的規格為主。在標準制定的提案上，主要有兩大陣營共同競爭，分別是由Motorola與XtremeSpectrum所推出的Direct Sequence CDMA技術，以及由TI、Intel、Nokia所力拱的Multiband OFDM架構。雖然兩大陣營皆祭出免費授權策略，不過由於標準制定表決尚未完成，因此究竟鹿死誰手仍在未定之天。

結語

由相關廠商的產品發展時程來看，ZigBee與UWB技術距離產品大量普及的目標仍需要一段蠻長的時間。在未來WPAN技術各自的競合上，短期內仍將是以互補為主，因為目前尚無任何一種無線傳輸技術可滿足每個人所需的無線傳輸需求（距離、速度、成本、耗電仍存在trade–off的情況）。對於國內廠商而言，在資源充足的條件下，適度投資有潛力的技術與產品原本就是降低風險，並提高獲利的必然原則，反之則應跟隨市場的主流趨勢而行。因為技術的優劣與否，往往並不是產品成功的必要因素，尤其是要在短距離無線個人網路領域中，如何建立起完整易用的短距離無線個人通訊網路環境，並提昇消費者的使用經驗是極為重要。因此能否吸引眾多廠商的支持與投入，才是決定市場起飛的關鍵要素。

＜作者為工研院經資中心　產業分析師：jiwei@itri.org.tw＞

延 伸 閱 讀

超寬頻互聯技術（UWB）具有極高的頻寬，可以廣泛應用於無線區域網路、家庭網路連接、短距離雷達等應用中，該技術可用的調變方法包括直接序列擴頻、Chirp調變、時間調變和子頻段方法。這些方法各具優缺點，本文對這些方法進行比較，並分析了該技術的應用前景和趨勢。相關介紹請見「超寬頻互聯技術及其調變方法的比較」一文。 近年來，超寬頻技術（UWB）通訊系統獲得了業界、媒體與學術界的極大重視，但要使UWB系統從實驗室環境發展成為現實的系統設計，工程師還必須解決諸如複雜性、功耗、成本以及靈活性等傳統的設計問題。憑藉多頻帶OFDM方案，設計人員可以克服上述諸多障礙。本文將具體介紹多頻帶OFDM方案的原理及它所帶來的優點。你可在「在超寬頻系統中採用多頻帶OFDM方案的優點」一文中得到進一步的介紹。 雖然2003年時，藍芽產品的銷量總共達到約9,000萬件，但藍芽技術的未來仍然很不明朗，因為藍芽面臨身份的危機，而藍芽產業沒有清楚地告訴消費者，該技術會給他們帶來什麼價值。本文將針對藍芽技術的前景，來分析今後發展的方向。在「為進一步擴張市場　藍芽技術需掃清諸多障礙」一文為你做了相關的評析。

相關組織網站	UWB官方網站 Zigbee聯盟官方網站 美國聯邦通訊委員會官方網站