家庭中的宽带无线网络技术

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在传统的家庭中，音响、游戏机、电视机，DVD等家用电器各自为政，独立发挥设备在处理声音，收发图像和接收视频节目等不同领域的优势；未来数字化的家庭以网络为核心，在无线技术、超大容量的硬盘、各种通信标准、图像芯片等新技术和新器件的支持下，将家庭中所有的信息设备智能互连，实现信息共享，达到随时随地交换资源。

　　一般地，家庭中娱乐功能的实现，如电视、DVD、音响等，基本上集中在客厅，而承载着信息获取和交换功能的PC、网络则主要存在于书房。随着各种便携式娱乐和信息交换产品的不断涌现、相互渗透，对于娱乐和信息交换功能的需求在家庭中已经无处不在：在家庭中的任意一个地方，卧室、起居室、厨房、浴室、卫生间甚至储藏室，无不都需要随心所欲的娱乐和上网，而不是仅仅局限在客厅和书房里。

　　家庭中各种无线网络技术的应用，可以让家中的电脑和各种家电设备不必通过繁复的缆线就可以联系起来，带给我们更多的自由、简捷和方便。

　　一、家庭无线网络的技术要求

　　基于802.11x无线技术的无线局域网(WLAN)技术和产品现在已经在公司内部和公众场合中普及起来，目前市面上的家庭无线网络产品大部分也基于802.11x 无线技术。但实际上，家庭无线网络的技术要求与公用无线网络有所不同，具体表现在以下几个方面。

　　l.数据传输带宽

　　在家庭应用中，数字多媒体应用占重要比例，例如，用数字显示装置(如液晶电视)收看存储在媒体适配器上的DVD或高清晰MPEG2视频流，用MP3播放机播放存储在家中某一台PC机上的MP3音频流。因此，家庭无线网络必须拥有支持传输多路数字视频/音频的带宽。我们知道，数字显示装置(等离子电视或屏幕投影装置)、PDA和MP3播放机所使用的数据格式通常在几百Kbps(如MP3的音频流为可达到320Kbps)至数十Mbps(如对DVD视频流来说为1OMbps，高清晰MPEG2视频流为2.5Mbps)。给数字娱乐装置增加无线网络功能，能满足应用需求的足够宽数据传输带宽显然是必不可少的。

　　2.低廉的价格

　　有调研显示，让一个家用装置增加无线连接功能，用户通常只愿意多花5%至10%的费用，这对相关产品的制造商无疑是很大的考验。

　　3.动态网络配置

　　一种灵活和动态网络配置同样对家庭用户是非常重要的。在家庭无线网络中，无线应用装置的数量和网络应用的空间范围随着不同的家庭而不同。这就必须应用一种灵活的网络结构。“网状”的网络架构让网络中的每个装置都可以充当网络中的一个接入点，让各个应用装置充当连接其他装置的桥梁，用户就可以获得更大无线应用空间范围。甚至在必要的时候，一些价格低廉的桥接装置可以被固定在房间的墙上，通过这些装置的接力，我们就可以连接到更远的距离。“网状”的无线网络架构有更大的网络接入性能和更大的应用空间覆盖面积，这保证了家中的更多的装置可以接入家庭无线网络。

　　4.无线功能的模块化

　　目前在家庭数字设备上增加一个具有无线功能的外置盒很容易实现产品的无线应用功能，但这只能是一种简单的过渡做法。随着家庭无线网络技术和产品的发展，无线功能模块最终将以无线网络功能芯片的形式被整合到产品当中，实现产品无线功能的硬件化和集成化。

　　二、现有家庭宽带无线网络技术的比较

　　目前市场现有的家庭宽带无线网络技术解决方案普遍是在802.11x无线局域网(WLAN)技术上建立的。

　　1.802.11x(802.11b/802.11a/802.11g)

　　基于802.11x(802.11b/802.11a/802.l1g)的无线网络技术：用户使用一个无线宽带接入点(AP，Access Point)连接上宽带网络运营商，就可以让整个家庭中带有无线网卡的电子设备使用上宽带网络。

　　(1)IEEE 802.llb

　　802.11b也被称作“无线通讯保真”。(即Wi-Fi)是一种主流的无线网络技术，可以在星巴克咖啡厅等公共集中访问区和公共机场中看到这一2.4 GHz的技术的应用。IEEE 802.11b无线技术的最高数据传输速度为11Mbps，它适用于那些诸如文件共享和邮件发送等商务应用场合。由于业界的强力支持，802.11b技术在企业级市场已经大有作为。虽然现在802.11b已经被应用于家庭网络，如果不经常在计算机之间传输大型文件，并且希望使用无线网络来共享Internet连接，则802.llb标准无疑是最佳之选，但显然11Mbps的数据传输速度并不能满足家用市场的多媒体应用需求。

　　(2)IEEE 802.11b+

　　802.11b+是比802.11b稍快的版本，目前已在部分网络中得到使用。它使用了一度颇受关注但因为802.11g标准的出现而遭放弃的数据包二进制卷积代码(Packet Binary Convolutional Code，PBCC)。尽管802.11b+技术在802.11b的基础上仅将速度提高了20%，但对提供更好的总体体验而言，这2-3 Mbps的差别可能已经足够获得比802.llb更大的覆盖范围和更佳的带宽。对于时常要在计算机之间传输大型文件的家庭和小型办公室用户，802.11b+设备可以通过其更快的速度提供更好的体验。

　　(3)IEEE 802.lla

　　802.lla是目前可用的最快802.ll版本。IEEE 802.11a无线技术使用正交频分多路复用(0FDM)调制技术，在5GHz频带中的最高数据传输速度为54Mbps，有效负载速度大约为35Mbps。虽然802.1la具有支持多路数码视频/音频的潜在能力，但其MAC(Medium Access Control，媒体访问控制)协议基础设计，造成了802.11a在多媒体数据流传送L的不足。而且，802.lla仅在较高速率下才能有效应付视频和音频的DVD品质的流式传输。其效力会随着距离的增加、信号强度的减弱而降低。

　　(4)IEEE 802.11g

　　802.11g使用和802.11b相同的2.4CHz的频率，虽技术目前尚不可用，但该标准承诺在使用2.4GHz时最高的数据传输速度达54Mbps，有效负载速度大约为35Mbps。802.11g兼容802.11b，是一种用于诸如文件共享和邮件收发等商务应用的很好的无线网络解决方案。但是做为一种802.11x技术，802.11g同样存在如同802.11a和802.llb一样的MAC协议以及能耗问题，所以802.llg并不适合用于家庭多媒体连接。


　　对802.11b、802.lla、802.11g的技术指标作了比较。在以上介绍的IEEE 802.llx几种技术中，802.11b连接能保持较长时间的稳定速度，而且在距离变大时速度的下降情况也轻微一些；802.11a开始时的速率为54Mbps，但随着离无线访问点的距离增加，它下降得非常快，会分别下降为48、36、24、18、12、9和6 Mbps。同样，802.11b+也会迅速下降为11、5.5、2和1Mbps。

　　IEEE 802.11x技术使用的是应用于诸如以太网网络的基于数据包的网络协议，它并没有整合专门应用于多媒体数据流的传输协议。而且基于这种技术的无线信号易受到墙壁、楼层的阻挡，也易受磁场干扰，从而影响网络连接速度及在无线网络中能达到的持续性能。此外，它的1.5W至2W左右的能耗使它完全不适用于如PDA这些使用电池的装置。

　　2.蓝牙

　　蓝牙无线技术不是一种高速度传输技术也不是一种为网络而设计的技术，虽然蓝牙技术有低成本、低功耗、高可靠性和兼容性等特点，但其数据传输速度低于1Mbps。蓝牙主要被应用于移动电话、PDA、笔记本电脑、数码相机、便携式游戏机、便携式MP3播放机等装置间点对点的连接，如手机和笔记本电脑间通过蓝牙连接来进行信息数据同步等。蓝牙无线技术不适合流媒体应用。事实上，蓝牙应用的主要推动力是用于移动电话的无线头戴耳机。

　　通过以上对目前常见的几种无线技术的分析，我们可以知道尽管目前市面上的家庭无线网络产品大部分基于802.11x无线技术，但主要针对办公和公众场所应用的无线解决方案很难存数据传输速度、电能耗和产品价格等方面满足家庭无线网络应用的要求，而在短距离内传送速度可高达数百Mbps的超宽带无线技术以其较高的数据传输速度，最有可能成为家庭无线网络的主角。

　　三、数字家庭中适用的宽带无线网络技术

　　与有线网中以太网“一统天下”不同，无线网在无线局域网WLAN(Wireless Local Access Network)和无线家庭局域网/WPAN(Wireless Personal Access Network)领域饱受标准不统一、速度偏慢和安全等问题的困扰。这种混杂的局面也许会因以下几种数字家庭中适用的宽带无线网络新技术的出现而彻底发生改变。

　　1.超宽带(UWB，U1tra Wide Band)

　　超宽带是一种用脉冲波形信号变化来代替连续的载波进行数据传输的无线技术。传统的无线技术通过无线电载波的频率和功率的变化来传输信息，而超宽带则是以基带的方式通过发送脉冲无线电信号传送数据。传统无线技术在通信时需要连续发出载波，这就要不停地消耗电能。而超宽带技术在通讯时只在需要时才发送出脉冲电波，这大大减少了耗电量。更重要的是，超宽带的脉冲宽度能被控制在l纳秒以下，因此通过其超宽的频带就可以实现几百Mbps的高速数据传输。

　　超宽带的性能特征，决定了其特定的应用场合。超宽带有很低的功耗和很高的数据传输速度，但发射功率过小也限制了其传输的距离。因而不适合被用于有比较大的空间传输距离要求的无线局域网或无线广域网，但却非常适用于无线家庭局域网，对于10米以内的距离，UWB可以发挥出高达数百Mbit/s的传输性能，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入中。

　　超宽带UWB技术作为一种低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术，在未来数字家庭中有广泛的应用前景。UWB的应用可以有以下几个方面：(1)各种电脑外围设备之间(如存储器、输入/输出设备)的无线连接，这将会大大提高电脑应用的易用性和更好地发挥电脑的性能。(2)在各种电脑装置和家用电器(如数码照相机、摄像机、MP3播放机、投影机、电视和车上应用装置等)之间实现高速无线数字信息传输，为用户提供全新的应用体验。(3)想随时随地获得信息的用户，也将从高性能低能耗的无线家庭局域网中得到更大的自由。

　　尽管超宽带可以提供非常高的数据传输性能，但这种高性能只在有限的距离内有效。长距离应用适合使用诸如802.11g、IEEE802.llb这样的无线局域网技术。

　　目前IEEE802.15委员会正在制订超宽带标准，已经提出的超宽带规格方案有两个，一个是由摩托罗拉公司等提倡的“DS-SS方式”，另一个是由英特尔和德州仪器等提倡的“多频带(Multiband)OFDM方式”。其中，多频带0FDM方式似乎受到了更多公司的支持，已经有60多家公司加入了多频带OFDM联盟。

　　2.ZigBee

　　ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。ZigBee的网络标准由IEEE 802.15工作组负责制订，被称作IEEE 802.15.4(ZigBee)技术标准。ZigBee协议比蓝牙、高速率个人区域网(PAN)或802.11x无线局域网更简单实用。

　　ZigBee技术的主要特点包括以下几个部分：(1)数据传输速率低。只有1Okbps-250kbps，专注于低传输应用；(2)功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。这也是ZigBee一直引以为豪的独特优势；(3)成本低。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。据投入ZigBee开发的飞利浦及摩托罗拉预估，ZigBee的芯片成本低，比起基于蓝牙技术的芯片更具价格竞争力；(4)网络容量大每个ZigBee网络最多可支持255个设备，也就是每个ZigBee设备可以与另外254台设备相连接；(5)有效范围小。有效覆盖范围l0-75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境；(6)工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及9l5MHz(美国)，均为免执照频段。

　　ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee的目标市场主要有PC外设(鼠标、键盘、游戏操控杆)、消费类电子设备(TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置)、家庭内智能控制(照明、煤气计量控制及报警等)、玩具(电子宠物)、医护(监视器和传感器)、工控(监视器、传感器和自动控制设备)等非常广阔的领域。

　　3.WiMAX

　　WiMAX是一项新兴的无线通信技术，全称为World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)，又称为802.16，该技术提供面向互联网的高速连接。

　　WiMax 与Wi-Fi，属于同一类技术，Wi-Fi是家庭及企业内部等短距离的无线接入技术，对于在3到5英里的范围内运用WiMax无线上网的效果更理想。换句话说，Wi-Fi解决的是无线局域网的接入问题，而WiMAX 解决的是无线城域网的问题。Wi-Fi只能把互联网的连接信号传送到300英尺远的地方，WiMAX则能把信号传送3l英里之远。Wi-Fi网络连接速度为54Mbps，而WiMAX为70Mbps。

　　WiMax作为一种无线城域网技术，部署速度更快，扩展能力更强，灵活性更高，其3l英里的覆盖范围和70Mbps的速度将对3G构成威胁。这种基于TEEE 802.16的接入方式是仅次于CATV和DSL的第三大宽带接入方式，因此能够为那些无法享受到或不满意有线宽带接入的客户提供最后一公里的宽带接入。
　
　　四、数字家庭中宽带无线网络技术的应用

　　家庭宽带无线网络技术的应用，带给我们的不仅是没有了线缆的便利，还会带给我们更多的新应用模式。

　　1.可以用无线的方式来架建家庭影院系统，这样的影院系统不仅拥有目前有线家庭影院系统的全部功能，还将给用户带来全新的应用感受。

　　2.在家庭无线网络上，一个房间中的DVD播放机播放的节目，可以在另外一个房间中的电视或挂在墙上的大屏幕显示装置上播放出来，而由于信号的传输过程是无线的，因此不用考虑到为了装饰美观而“隐藏”信号传输线的问题。

　　3.无线宽带技术让用户在家中的任何一个房间，都可以很方便地欣赏到通过电缆、卫星或ADSL传送过来的宽带节目。

　　4.将MP3播放机放到台式电脑或笔记本电脑周围，就可以从台式电脑或笔记本电脑上下载MP3歌曲。

　　5.电子游戏机、游戏摇杆/游戏控制器和显示屏幕也可以用无线的方式连接起来。

　　6.家中的不同成员可以同时使用同一台电脑做不同的事。当你用书房里的电脑上网浏览、玩游戏或处理文件的时候，你的家人同样可以在客厅里使用电视或音响欣赏你书房里同一台电脑上播放的数字媒体节目。

　　7.目前，要从数码相机中输出照片时，我们需要用到USB连接线或电脑上的储存卡读卡器。如果应用了无线技术，用户只要将数码相机靠近显示装置(如电视)，数码相机中的照片就可以在显示装置上播放出来。

　　家庭宽带无线连接应用的前景是令人激动的，业界对此也已经投入极大的关注。我们必须认识到，家用宽带无线网络不仅需要有高的数据传输速度，而且用户对产品的价格更加敏感，同时尽量减少设备的耗电量。鉴于家用宽带无线网络是一个新兴的无线应用领域，因此对满足家用市场需求的无线技术尚在不断探寻之中。