自1998年5月Bluetooth SIG成立以來，業者莫不期待藍芽將成為帶動無線個人區域網路應用的核心技術，加入SIG的廠商也一直持續不斷的增加，但2000年與2001年仍未見藍芽產品市場開始起飛，因此有些廠商對於藍芽的態度開始轉趨保守，然而隨著藍芽晶片價格的持續下滑、微軟新一代作業系統已支持藍芽傳輸，以及新一代行動數據服務的開始推展，藍芽的未來依舊充滿想像空間。

不過，市場慢慢成長並不意謂技術的創新同樣趨緩，藍芽以外的無線個人區域網路新技術正逐漸朝商品化的階段邁進，在IEEE 802.15的標準中，除了納入藍芽（IEEE 802.15.1）之外，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），究竟這兩種新的WPAN技術有何特色？其對無線個人區域網路市場的影響為何？本文將為您作進一步的分析。

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，不過Zigbee是朝著開放標準的方向發展。一開始由Honywell所發起，目前主要的成員包括Invensys、Mistubishi Electric、Motorola、Philips Semiconductor等Promoters，以及20多家的IC設計製造與系統廠商（詳如下表）。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，2002/12〉》

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，若將傳輸距離拉長至20公尺，則速度只剩30kbps，不過藉著提高發射功率，還是可以達到100公尺的傳輸距離內，每秒250kbps的傳輸速率。另外，由於具備高鏈結數與低耗電的特性，對於ZigBee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，業者不需經常更換電池或佈建供電網路，而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的任務小組共同制定，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，為不同應用修正其所需之應用介面，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，2002/12〉》

可能應用與市場發展

Zigbee的出發點是希望能發展一種易佈建的低成本無線網路，同時其低耗電性將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應用於以下裝置：

目前ZigBee標準制定的Draft階段已即將完成，預估2003年中旬，晶片業者就可具備量產能力，並可於2003年底達到商品化的目標。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，如(圖三)，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。

《圖三　全球低速通訊應用市場規模預測〈資料來源：ABI，Dataquest，Adcon Telemetry AG，工研院經資中心整理，2002/12〉》

邁向具方向感的高速傳輸--超寬頻

2002年2月14日，美國聯邦通信委員會（FCC）核准超寬頻（UltraWideBand；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。1998年FCC開始重視UWB技術，並進行相關法令的研議，同年9月，正式發出諮詢各方意見的NOI（Notice of Inquiry），之後在2000年5月公布立法提議NPRM（Notice of Proposed rulemaking），經歷1年多的努力，終於在今年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，為避免不同應用可能產生的潛在干擾問題，將UWB裝置分成三種類型：(1)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；(2)車用雷達系統；(3)通訊與量測系統（詳如表）。其中，較受人關注是有關通訊與量測系統部分，根據FCC的規範，此類裝置的使用頻段為3.1～10.6GHz，頻段規範如(表三)，將主要在室內使用，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行動電話的類似應用，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個月內重新評估，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基本上在是在很寬的頻段中，以極短的時間內，快速的發出脈衝來進行資訊傳輸（可達到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並不需要依賴正弦波，主要以時間調變方式為主，其以極精確的時間傳送脈衝，可傳送極大量的資料，詳如(圖四)、(圖五)，就理論上而言，UWB技術同時可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）。

《圖四　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，2002/12〉》

《圖五　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，2002/12〉》

當然，UWB之所以相當吸引人，還在於其具備有以下的特點：

1.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，尚不及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）。

2.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，非常難以被偵測，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。

3.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，因此可滿足高容量的多媒體串流傳輸應用。

4.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（行動電話、802.11x、微波等等）間產生干擾的可能性大幅降低，因此可與其他技術共存。

5.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。

6.低成本的晶片結構：

由結構上來看(圖六)，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（射頻、基頻、天線、內建的軔體與通訊協定），而且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，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，也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。

《圖六　XtremeSpectrum的UWB晶片架構〈資料來源：XtremeSpectrum，工研院經資中心整理，2002/12〉》

UWB標準制定

UWB標準制定由超寬頻工作小組（The Ultra Wideband Working Group；UWBWG；www.uwb.org）所主導，並於1998年開始接受有興趣的業者加入，而且也不需要繳交入會費，即可參與產業標準的制定活動，截至今年11月底為止，會員數已達到1198家，部分成員名單如(圖七)。

《圖七　超寬頻工作小組的部分成員〈資料來源：In-Stat，工研院經資中心整理，2002/12〉》

UWB的支持者希望其能為IEEE 802.15.3a所採用，而負責SG3a成員中又有大部分與UWB會員有關，例如：SG3a的主席與秘書長是XtremeSpectrum的代表，技術編輯是Time Domain的成員，而General Atomics、Time Domain、Eastman Kodak、Intel、Sony、TI、XtremeSpectrum也都是SG3a的CFA（Call for Applications）成員，因此未來UWB極有可能成為IEEE 802.15.3a標準的基礎。

UWB的可能應用領域

至於UWB初期可能的應用，則預期會包含以下幾個領域：

1.娛樂應用：

基本上，傳輸速度高達100Mbps的UWB能同時搭載視訊與音訊串流，進入消費性電子產品市場有極大優勢。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2006年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。

2.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。

3.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）、搜救人員（瓦礫堆內的人員探測）、醫護人員（醫療影像掃描）、軍隊（更精準的雷達系統）完成工作，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。

主要廠商發展現況

雖然目前已加入超寬頻工作小組的會員達1198家，但實際投入UWB技術與產品發展，並已有具體成果廠商仍在少數，而且大部分都曾經參與過軍方或政府的UWB計畫超過10年以上的時間，因此這些公司雖然對於進入家庭網路市場存有高度興趣，但首先必需思考如何由軍事產品進入商用市場。

依照各業者目前的投入發展技術動向來看，在定位應用最積極的業者就屬Aether Wire & Location與Pulsicom兩家公司；XtremeSpectrum、Time Domian、General Atomics等業者則積極投入家用娛樂市場；而在軍用市場方面，則以參與過軍方UWB發展計畫的Pulse-Link、General Atomics、MultiSpectral solutions（MSSI）、Time Domain等公司發展較久。茲將UWB的主要業者發展現況整理如(表四)：

整體而言，UWB市場具有極大潛力，包括Intel、Cisco、Fujitsu、Motorola、Pansonic、Sony、TI、Toshiba等公司對其未來的應用都極有興趣，預計第一款UWB的產品將於2003年問世，主要應用將會在家庭劇院與其他消費性電子產品，例如：LCD與電漿顯示器、電視、數位錄放影機、機上盒、MP3、攝錄影機等等。因此，未來隨著UWB應用產品的增加，預估到了2006年，部分短距離家庭無線網路的多媒體應用市場將開始由UWB廠商所掌握。

結語

由相關廠商的產品發展時程來看，2003年的聖誕節將可望見到ZigBee與UWB的商用化產品在市場銷售，不過距離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，尤其是短距離無線個人網路領域中，如何建立完整易用的WPAN環境，並提昇消費者的使用經驗是極為重要的，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)