在IEEE 802.15的标准中，除了纳入蓝芽（IEEE 802.15.1）外，同时也发展高速传输的UltraWideBand（IEEE 802.15.3a）与低耗电的ZigBee（IEEE 802.15.4），这几种标准不但让消费者有了更多的选择，也为无线个人区域网路技术慢慢地走向消费市场。

便宜又省电的低速WPAN标准–Zigbee

Zigbee就如同PURLnet、RF-Lite、Firefly、HomeRF Lite等过去的短距离无线通讯技术一样，强调低成本、低耗电、双向传输、感应网路功能等特色，只不过Zigbee是朝着开放标准的方向发展。 Zigbee一开始是由Hon​​ywell所发起，目前主要的成员包括Invensys、Mistubishi Electric、Motorola、Philips Semiconductor、Samsung等公司为推广厂商，以及数十家的IC设计制造与系统厂商。除此之外，IEEE也将Zigbee收纳为IEEE 802.15.4的标准，与Zigbee Alliance共同为此一WPAN标准催生。

规格与标准制定

ZigBee的接取方式是采直序展频（Direct Sequence Spread Spectrum）技术，可使用的频段有三个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段，以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的通道分别是16、10、1个，如(图一)。

《图一 ZigBee运作频段示意图》 数据源：Zigbee Alliance，工研院经资中心整理，2004／02

ZigBee的传输速率介于20kbps–250kbps之间，并随着传输距离的延长而减慢，例如发射功率在1mW的ZigBee产品在10公尺的距离内可达250kbps的传输速率，但若是将传输距离拉长至20公尺，则速度只剩30kbps。不过借着提高发射功率，还是可以在100公尺的传输距离内，达到每秒250kbps的传输速率。此外，由于ZigBee具备高链结数与低耗电的特性，在感应式网路（Sensor Network）上的使用，就具有相当大的优势，例如在工厂内的作业温度量测、水电瓦斯计度的记录、保全防护的监控上，业者就不需经常更换电池或布建供电网路，且只需极少的人力与设备，即可取得所需的资讯。

而在标准制定的分工上，则由ZigBee Alliance与IEEE 802.15.4的任务小组来共同担任标准的制定。其中实体层、MAC层、资料链结层，以及传输过程中的资料加密机制等发展由IEEE所主导，并共同针对ZigBee Protocol Stack的发展进行研议，而未来还能依系统客户的需求，来修正其所需的应用介面，如(图二)。

《图二 ZigBee Alliance、IEEE、系统厂商间的分工图》 数据源：Zigbee Alliance，工研院经资中心整理，2004／02

Zigbee的应用与市场发展

Zigbee的出发点是希望能发展一种易布建的低成本无线网路，而其低耗电性可使产品的电池能维持6个月到数年的时间。在产品发展的初期，将以工业或企业市场的感应式网路为主，提供感应辨识、灯光与安全控制等功能，再逐渐将目前市场扩展至家庭中的应用。根据Zigbee Alliance的观点，一般家庭可将Zigbee应用于空调系统的温度控制器、灯光、窗帘的自动控制、老年人与行动不便者的紧急呼叫器、电视与音响的万用遥控器、无线键盘、滑鼠、摇杆、烟雾侦测器、智慧型标签，以及玩具等产品。

目前在ZigBee标准制定发展上，IEEE已于去年通过有关实体层与媒体储存控制层的标准草案，因此早在2003年底，即有晶片设计业者发表适用于868MHz频段的ZigBee晶片，预估在2004年底，可达到商品化的目标。而投入ZigBee技术研发的业者，对于市场的发展都抱持相当乐观的看法。根据Adcon Telemetry AG观点，预估全球低速通讯应用市场，将在2005年达到5.7亿台的规模，届时不论ZigBee能取得多大的市场占有率，这都代表其可发展的空间的确具有相当大的潜力。

迈向具方向感的高速传输–超宽频（UltraWideBand，UWB）

2002年2月14日，美国联邦通信委员会（FCC）核准UWB产品可以合法在商业市场上销售，正式为这项短距离无线技术开启商用化的大门，而号称能进行高速传输，且具有低成本与低耗电力优点的UWB究竟是什么样的技术，以下是我们的分析。

UWB的源起与FCC对UWB的规范

UWB的技术起源于18世纪末，不过一直到了1960年代以后，美国军方才开始进行一系列有关雷达侦测与无线通讯的秘密研究计划。到了1998年时，FCC开始重视UWB技术，并进行相关法令的研议。同年9月，FCC正式发出咨询各方意见的NOI（Notice of Inquiry），尔后在2000年5月公布立法提议NPRM（Notice of Proposed rulemaking）。历经1年多的努力，FCC终于在2002年2月14日宣布UWB商用化规范，并于4月公布实际施行细则。

根据FCC的Report & Order 2002／02的报告显示，为避免不同应用可能产生的潜在干扰问题， UWB装置将分成三种类型：第一是影像系统，包含地面穿透雷达系统（GPRs）、墙内影像系统、穿墙影像系统、监视系统、医疗影像系统设备；第二是车用雷达系统；第三是通讯与量测系统，而这部份也较受到关注。

根据FCC的规范，此类装置的使用频段为3.1–10.6GHz，主要是在室内使用，或仅能进行手持式装置的点对点传输，因此这些装置目前将无法执行和行动电话类似的应用。不过这也使得有些人认为FCC对UWB的使用规范限制太严，而某部分的公司也希望FCC能将3.1GHz的下限放宽，好让业者能运作UWB技术发展LAN与WAN的应用。

或许是因为现阶段的UWB设备并不多，而且几乎没有UWB与其他无线技术之间可能产生干扰的资料统计，所以目前FCC的态度才会显得保守些。不过FCC承诺将在6–12个月内进行重新评估的动作，倘若业界能证明UWB产品能与其他传输技术共存，则FCC将考虑放宽对UWB的限制。

UWB的基本传输原理与特色

UWB基本上是在很宽的频段中，以极短的时间快速地发出脉冲来进行资讯传输（1秒发送10亿次），而脉冲间的时间即代表“０”与“１”的数位讯号。由于这一连串的脉冲不需要转成高载波来传送，因此UWB又被称为「Carrier-Less」的技术。

传统无线通讯系统的传输方式以连续的正弦波（sine waves）来传送资料，并以正弦波的振幅作为调变的方式，而UWB则不需要依赖正弦波，主要以时间调变方式为主，以极精确的时间传送脉冲，并传送极大量的资料，如(图三)。就理论上而言，UWB技术同时支援的用户数可达到无限大（Time Domain公司宣称可同时与4,000万个点进行超高速传输）。

《图三 UWB与传统无线传输技术的比较》 数据源：General Atomics，工研院经资中心整理，2004／02

《图四 UWB与传统无线传输技术传输方式的比较》 数据源：Time Domain，工研院经资中心整理，2004／02

当然，UWB之所以相当吸引人，还在于其具备有以下的特点：

低耗电量

典型的无线区域网路产品（Wi-Fi）耗电量约为33–100毫瓦（milliwatts），而UWB一般来说都不超过200微瓦（microwatts），即可进行高速传输，且不及Wi -Fi的千分之五，因此极为省电（Time Domain宣称其UWB晶片耗电量仅50～100微瓦）。

具高度安全性

UWB的脉冲非常短（通常不超过十亿分之一秒），也非常弱（远小于一般家电），因此在极广的频段间传输时，很难被侦测到。同时其收发器之间由事先确认的辨识方式进行转换，接收端必须知道传送端的脉冲序列（Pulse Sequence），方能正确收到讯号，因此具备高度的安全性。

高速传输

许多厂商的第一代技术都可达到100Mbps的速度，例如：XtremeSpectrum宣称其产品可在10公尺的距离，提供100Mbps的传输速度；Intel的UWB原型产品的传输速度可轻易达到100Mbps；而Time Domain甚至已开始研发可达数百Mbps的第二代UWB晶片。基于这些因素，UWB可满足高容量的多媒体串流传输应用。

不易产生干扰

由于UWB的脉冲非常短，频段非常宽，因此能避免多路径传输的讯号干扰问题，同时短而弱的脉冲也使UWB与其他无线通讯技术，如行动电话、802.11x、微波等，彼此间产生干扰的可能性大幅降低，因此可与其他技术共存。

精准的定位功能

UWB系统具备良好的时间解析能力，使其能发展出精确的测距能力与定位功能，因此过去军方即将其用在雷达的侦测系统上。

低成本的晶片结构

由结构上来看，UWB晶片所需的成本应低于使用载波传输的无线通讯技术。由于UWB直接采用二进位的传输方式，因此将零组件大幅减少为四个，即射频、基频、天线、内建的轫体与通讯协定。且UWB的射频收发器架构很简单，相较于Wi-Fi，UWB的晶片不需经过RF/IF的转换步骤，也不需要Local oscillator、mixer，以及802.11x常用的超外差所需额外的表面声波滤波器（SAW filters）。除此之外，UWB可将射频设计成不需要功率放大器，同时也可以使用CMOS制程，因此具备低成本的晶片结构。

UWB的可能应用

在应用领域的发展上，UWB初期可能的应用预期会包含以下几个领域：

娱乐应用

基本上，传输速度高达100Mbps的UWB能够同时搭载视讯与音讯串流，并有极大优势进入消费性电子产品市场。以HDTV为例，其应用的基本需求为20Mbps以上的频宽，而目前802.11x的传输速率并无法容纳2组以上的HDTV串流，只有具备UWB的多媒体装置，方能满足在2006年后， HDTV时代的需求。而且UWB具穿透能力，并不受墙壁阻隔，因此更适合家庭环境的需求。

定位应用

对于企业而言，UWB的测距与定位功能，特别适合仓库的管理，透过脉冲的发送，可追踪零售货物的精确位置，使企业更便于进行存货的管理。另一方面，UWB也可以为汽车建立防止碰撞的功能，例如透过相对位置与速度的感应，UWB装置可为车主提供前车与来车的资讯，以避免可能发生的事故，而这样的装置可以内建于车牌或是保险杆中。

其他应用

UWB的穿透能力也可以协助警察侦测建筑物内的罪犯、帮助搜救人员探测瓦砾堆内的人员、提供医护人员的医疗影像扫描，以及提供军队更精准的雷达系统。不过由于受限于FCC的规范，目前UWB的穿透能力仅能发挥到20英呎的距离。除了医疗影像扫描之外，此类应用可能还要等待FCC放宽对UWB的功率限制，方能大幅提高其穿透距离与能力。

UWB标准制定现况

UWB标准制定最初由超宽频工作小组（The Ultra Wideband Working Group，UWBWG）所主导，并于1998年开始接受有兴趣的业者加入，共同参与产业标准的制定活动。截至2004年2月底为止，会员数已达到1,685家。不过由于UWB的支持者希望其能为IEEE 802.15.3a所采用，以成为产业共同标准，因此目前高速UWB标准制定的依归将以IEEE 802.15.3a所通过的规格为主。在标准制定的提案上，主要有两大阵营共同竞争，分别是由Motorola与XtremeSpectrum所推出的Direct Sequence CDMA技术，以及由TI、Intel、Nokia所力拱的Multiband OFDM架构。虽然两大阵营皆祭出免费授权策略，不过由于标准制定表决尚未完成，因此究竟鹿死谁手仍在未定之天。

结语

由相关厂商的产品发展时程来看，ZigBee与UWB技术距离产品大量普及的目标仍需要一段蛮长的时间。在未来WPAN技术各自的竞合上，短期内仍将是以互补为主，因为目前尚无任何一种无线传输技术可满足每个人所需的无线传输需求（距离、速度、成本、耗电仍存在trade –off的情况）。对于国内厂商而言，在资源充足的条件下，适度投资有潜力的技术与产品原本就是降低风险，并提高获利的必然原则，反之则应跟随市场的主流趋势而行。因为技术的优劣与否，往往并不是产品成功的必要因素，尤其是要在短距离无线个人网路领域中，如何建立起完整易用的短距离无线个人通讯网路环境，并提升消费者的使用经验是极为重要。因此能否吸引众多厂商的支持与投入，才是决定市场起飞的关键要素。

＜作者为工研院经资中心　产业分析师：jiwei@itri.org.tw＞

延 伸 阅 读

超宽频互联技术（UWB）具有极高的频宽，可以广泛应用于无线区域网路、家庭网路连接、短距离雷达等应用中，该技术可用的调变方法包括直接序列扩频、Chirp调变、时间调变和子频段方法。这些方法各具优缺点，本文对这些方法进行比较，并分析了该技术的应用前景和趋势。相关介绍请见「超宽频互联技术及其调变方法的比较」一文。 近年来，超宽频技术（UWB）通讯系统获得了业界、媒体与学术界的极大重视，但要使UWB系统从实验室环境发展成为现实的系统设计，工程师还必须解决诸如复杂性、功耗、成本以及灵活性等传统的设计问题。凭借多频带OFDM方案，设计人员可以克服上述诸多障碍。本文将具体介绍多频带OFDM方案的原理及它所带来的优点。你可在「在超宽频系统中采用多频带OFDM方案的优点」一文中得到进一步的介绍。 虽然2003年时，蓝芽产品的销量总共达到约9,000万件，但蓝芽技术的未来仍然很不明朗，因为蓝芽面临身份的危机，而蓝芽产业没有清楚地告诉消费者，该技术会给他们带来什么价值。本文将针对蓝芽技术的前景，来分析今后发展的方向。在「为进一步扩张市场 蓝牙技术需扫清诸多障碍」一文为你做了相关的评析。

相关组织网站	UWB官方网站 Zigbee联盟官方网站 美国联邦通讯委员会官方网站