无线电高频传输通讯，近年来正日益蓬勃的发展。尤其拜个人行动通讯兴盛之影响，无线通信从军、警管制专用，慢慢已进入了消费性的个人无线通信之应用，例如 Mobile phone、PDA、Earphone、Wireless Digital Camera...等。在整个无线高频的应用领域当中，各种无线电的频带皆有不同，但大致我们可以把无线电频谱划分为几个正式频带，其中频率范围在 0.3 ~ 3 MHz 称为 MF ( Medium Radio Frequency )；频率 30 ~ 300 MHz 为 VHF ( Very HF )；频率 300 ~ 3000 MHz 则为 UHF ( Ultra HF )；而微波( Micro Wave ) 则通指 3 ~ 30 GHz 的频率范围，至于 30 ~ 300 GHz 频率范围我们称为毫米波( Millimeter Wave )。

无线通信历程概观

在 1985 年美国 FCC 规定了三个无需申请执照的频率带，规划给工业、科学、医学使用，简称为 ISM 频带 ( Industrial ; Scientific ; Medical )，这三个频带分别为 900MHz ( 902 ~ 928MHz ，带宽 26MHz )、2.4GHz ( 2.400 ~ 2.4835 GHz ，带宽 835MHz )，以及 5GHz ( 5.725 ~5.850 GHz ，带宽 125MHz )。(表一)

在现在的无线通信应用来看， 2.4GHz 频带是一个被普遍使用的频带，因为此频带之频率范围为 2.400 ~ 2.4835 MHz ，正是所谓不用额外申请的 ISM Band，而在2.4GHz频带中目前最常使用的通讯种类，我们大概可区分三类通讯规范，分别是: Wireless LAN.(2.4GHz IEEE 802.11b)、 Short range Bluetooth 以及 HomeRF ( Home radio frequency )

在家庭的无线网络中， Bluetooth 、 HomeRF 、 Wireless LAN( WLAN ) 和 IrDA 都是可以被使用考虑的解决方式。近年来 Bluetooth 拜个人化通讯取向之赐，及厂家的大力宣传而使其角色扶摇而上，相对地使得大家对其他三种通讯方式给予较冷漠的对待。

Bluetooth 的窜起，对于 HomeRF 是一不小的打击， HomeRF 的产品定位，包括传输速度、价格等，皆难以和 Bluetooth 创造出明显的区隔。Bluetooth 原本就锁定在最低价的个人化无线通信技术，速度和传输距离的苛求不高，争议性不大。 HomeRF 理本应定位在比 Bluetooth 更高阶，却因所分配到的带宽只有 1MHz ，难以把速度拉高；纵然 HomeRF 具备有若干 Bluetooth 没有的优点，却难造成明显的差异化。

另一方面，在性能上 HomeRF又不如 WLAN ，等于是夹在下上两种无线技术间，难开发出属于自己的空间。不过近来 HomeRF 已获得较关键性的转机，美国 FCC 已同意让使用跳频展频技术的 2.4GHz HomeRF 所分配到的带宽从 1MHz 增加至 5MHz ，这使得 HomeRF 在将来的无线网络市场得一展所长。

美国 FCC 这一项新的决定将让使用跳频展频的技术，可以在 2.4GHz 的频带上，占用 1.3 或 5MHz 带宽。由于 FCC 并未限制最大可跳频的数目， Bluetooth 也将相对的受惠，其传输速度从现在的 1Mbps ，可以拉高至10Mbps。不过这样Bluetooth 和 HomeRF 之间的干扰问题可能更严重，但因为 FCC把 HomeRF 所提出之 5MHz 带宽操作在 200mw 功率的要求，改为 125mw ，或许未来的干扰程度应不会太大。

无线电网络技术中， 2.4GHz频带共有此以上三种主流技术被 FCC 规划使用，而在无线数据传输的技术中，则有两种调变技术被广为应用。一是直接连续展频 ( DSSS : Direct sequency spread spectrum )、二是跳频展频 ( FHSS : Frequency hopping spread spectrum ) 技术。在WLAN IEEE802.11的规范中并未限制使用那一种技术，遂造成DSSS和FHSS共存的现象。DSSS的优点是传输速率高，但成本较高；FHSS则恰好相反，这两种技术走向逐渐分道扬镳，专走家庭市场导向的Bluetooth和HomeRF是采用了 FHSS 的调变技术，另外一种调变技术 DSSS 则专用在11Mbps速度的 WLAN IEEE802.11b 当中。

短距无线传输装置蓝芽 ( Bluetooth )

蓝芽的规格

《图一 Kcti 蓝芽模块之方块图》

Bluetooth 蓝芽技术是一种低功率的无线电传输技术，它可以让不同的产品间能够于短距离情况下，不须要使用有线的传输设备进行产品装置之间的数据沟通传递。所以严格来讲，蓝芽技术只能说是一种无线传输接口，而不能称做他是一种产品。

在蓝芽技术定义中无线电的发射功率为 0dBm ，相当于传输范围大约为 10 米左右。而为了让蓝芽技术产品能够在全球都能随意使用，频带的定订上使用了全球通用不需要额外申请的 ISM 频带中的2.45GHz 频段，其频带频率范围在 2.402 ~ 2.480 GHz 之间。(图一)

蓝芽传输技术所采用的是一种跳频式的展频技术 ( FHSS )方式，跳频速率为每秒 1600 次。此种 FHSS 的传输技术，是将信号透过一系列频率范围广播出去，传送装置会先去倾听频道 ( listens channel )，当频道处于闲置状态时，信号会利用此频道传送出去。假若频道已经在使用当中，传送端便会跳跃到另一个频道，因此接收端必须知道传送端的跳跃程序，并且传送端与接收端必定要同步切换频道才可以正常接收数据。

在功率传送的设计方面，蓝芽无线装置其传输功率可从最小的 1mW 增加到 100mW，而传送功率的大小取决于系统的需求来做设计，如果要达到100mW 功率的传输时，则必须在射频前端之前加上射频功率放大器 ( Power Amp. )，其增益大约为 20 dBm 的功率放大。

蓝芽装置之调变技术是采用 GFSK ( Gaussian Frequency Shift Keying ) 调变方式。传输速率 ( Transfer Rate ) 定为 1Mbps，而实际数据有效速率最高可达 721kbps。此外于语音的传输是采用 CVSD ( Continuous Variable Slope Delta-Modulation ) 技术，通讯协议则是采用分时多任务 ( TDMA ) 协议技术。

Bluetooth 未来在信息及通讯领域上的应用将会非常广泛，下列几个例子可做为大家参考：

1. 桌面计算机的接口设备传输，例如无线打印机、无线键盘、无线鼠标等。

2. 笔记本电脑、个人数字助理、移动电话上通讯簿的自动同步更新。

3. 公文包内笔记本电脑透过无线通信接收电子邮件，大哥大可显示接收电子邮件。

4. 无线传输可省略移动电话与免持听筒间的联机，空出双手方便工作。

5. 数字相机可透过移动电话立即做数据传输，省略舟车往返时间。

6. 个人计算机可透过移动电话，在任何地点和任何时间存取因特网资源。

7. 可随时视需要构成随意通讯网络（Ad-Hoc Network），方便计算机资源互享。

蓝芽的未来发展

《图二 直接连续展频与跳频展频技术》

最近几年来，个人行动通讯的日新月异的发展，人们对于信息之撷取须求越觉得越趋重要!尤其蓝芽技术强调了通讯与信息的结合，链接了计算机设备、手机、 PDA、以及计算机接口设备，更使得无线行动通讯与信息上网提供一个宽广的前景。蓝芽技术因强调体机小，价格便宜，易于使用，而普遍的为大家所青睐，假如蓝芽技术的实用产品成熟，应能普遍应用于短距离的无线通信环境。相信也对整个通讯和信息产品生态，必定会造成不少的冲击性，对于人类的生活便利性也会有相当程度并有深远的影响。

现在于蓝芽装置规格发展，SIG 特殊小组正在积极的在厘定推广其蓝芽系统规格。自Bluetooth 1.0a 于 July 1999 公布后， Bluetooth相继的公布并更新为 Bluetooth 1.0b 以及 Bluetooth 1.1 版本.近来，又为了蓝芽系统装置其完整性和应用上的互通与正确性， SIG 小组正在研究进行 Bluetooth 2.0 版本，以期望能达到数据传输率可以超过 1Mbps 以上。

Bluetooth SIG 已有九个工作小组研究在 Bluetooth 2.0 版本内加入新安装导引的可能性，并且会改变无线电通讯规范。无线通信规范的改变，会使尖峰数据传输率提升，尖峰数据传输率会从目前的 1M bps 有效值 721K bps 增加到 2 ~ 12M bps，主要的调变 GFSK 由原本的二级改变成四级的方式。这样的改变会大幅度的减少 Bluetooth 与其它无线电技术之互相干扰。此外安装导引的加入，现在工作小组正在判定各式各样的目标市场的必须规范，他们希望于 2000 年底可以完成，但是在时间上的困难点无法突破的同时，这一新安装导引很可能会延迟到 2001 年下半年才会完成!

无线网络IEEE802.11b

IEEE802.11 概述

IEEE 802.11标准在1997年底定，不但改变原本网络厂商采用其专属架构的形态，并且利于缩短产品研发时间与突显产品互通的重要性。在通讯协议方面，源自于以太网络标准的IEEE 802.11将IEEE 802的 CSMA/CD 机制改为CSMA/CA ，其原因在于无线局域网络设备是将讯号发射到空中传递，所以在无法完全侦测各设备收发状态的情况下，以CCA（Clear Channel Assessment）算法让需要收发信息的无线局域网络设备事先发出讯号告知所需的通讯时间，以避免网络上的其他设备在此期间进行传输。(图二)

有关IEEE 802.11标准的网络物理层规范，共包含：1.直接序列展频、2.跳频展频、3.红外线(Infrared ray， IR)三种不同的技术。但是由于 IR 之传输容易受到障碍物的影响，而且无法达到多端点同时沟通或分享信息的功能，所以目前IEEE 802.11标准在产业界的应用方面，是以直接连续展频(以11个chips来代表原本要传送的讯号)和跳频展频(每秒跳频4次)这两种技术为主。这两种技术当时都容许于 IEEE802.11 中存在使用，可是传输速度于 IEEE802.11 中，只能达到 2Mbps ，对于当时之网络主流 Ethernet 来讲，正由 10Mbps 转移至 100Mbps，其传输速度相差甚远。并且 IEEE802 价格颇贵，遂难以被当时的网络市场所接受。

因此业界开始积极的着手 IEEE802.11b 的标准化，使无线网络 WLAN 之速度能够提升至 11Mbps。IEEE 802.11b 又称为 IEEE 802.11 HR(High Rate)，与 IEEE 802.11 同样使用 2.4GHz的波段并采用直接连续展频配合 CCK( Complementary Code Keying )调变方式，其传输速度可达 11Mbps。由于 IEEE 802.11b 与 IEEE 802.11 采用的技术相近，所以易于被现有的无线网络业者接受。而为了促进 IEEE802.11b 产品之间的互操作性，3Com、Aironet、Intersil、Lucent、Nokia 与 Symbol 等业者共同成立 WECA(Wireless Ethernet Compability Alliance) 联盟，以增进各厂商的产品兼容性，另外在实际测试的执行方面，则是委托 SVNL(Silicon Valley Network Lab)进行各厂商的产品互通测试。

IEEE802.11b 在展频技术方面是采用直接连续展频的方式，此时虽然 FHSS 技术的硬件成本较为便宜，但是 FHSS 之技术，速度不易提升，且须要比较大的带宽。而 DSSS 的技术却能符合须要， IEEE802.11b 遂采用 DSSS 的技术。

IEEE802.11之展频技术

目前无线局域网络所采用的展频技术，可分为直接连续展频 ( DSSS ) 与跳频展频 ( FHSS ) 两种。

前者是将原本较高功率且带宽较窄的载波讯号，藉由与 Pseudo Random Sequence 的相互搭配以后，将原本的 "0" 或 "1" 数据透过改变载波相角的相位位移键( Phase Shift Keying， PSK )技术，利用数个被称为chip的位代表，并且改以低功率却较大带宽的方式传递。这些用来代表数据的chips被称为Spreading chips，而业者在 Spreading chips 较高可增加数据安全性，但较低却可增加用户数目的权衡之下，大部分均选择介于 10 至 20个 chips 之间。

至于另一种展频技术跳频展频则是将 83.5MHz 区间切割成 75 个以上的频道，然后提供无线设备在每个约 1MHz 的频道空间里面传递信息。此外为避免讯号受到干扰，跳频展频采用频率位移键 ( Frequency Shift Keying， FSK ) 技术，让进行无线通信的设备同步且同时地选择某特定频道，并且每历经一段时间以后即跳至其他频率继续做联系。

IEEE802.11技术发展趋势

未来无线局域网络的发展可以分成两个发展方向：其一为往高速传输发展，另一为低速短距离的应用。

在高速无线传输部分，由于带宽的需求十分殷切，IEEE 802.11b 规格底定后，高速无线传输技术亦持续发展中。在高速无线传输技术方面，虽然 IEEE802.11b 标准在目前已逐渐取代 IEEE802.11 标准成为市场的主流后，目前 IEEE 正规划出高速率的 IEEE802.11a 技术。

IEEE802.11a 为 IEEE 组织的一个无线局域网络工作小组，继 IEEE802.11b 工作小组已经推出使用直接连续展频技术的 802.11b 传输速率 11Mbps 标准之后， IEEE802.11a 小组正积极的研拟更高速的无线局域网络标准，802.11a 小组预定采用 5GHz 频段，使用 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；正交划频多任务)技术， OFDM是一种数据编码的技术，利用在不同频段同时传送数据以增加传输速率。而 IEEE802.11a 其传输速率为 54Mbps 的标准，这个标准预定年底规格底定，2002 年市场将推出产品。

目前在高速网络上较受瞩目的技术除了 IEEE802.11a 以外，然而其他高速无线局域网络的标准的发展进程并未受到影响，仍积极发展中。尚有WBFH、HiperLAN1、HiperLAN2 等三种技术 ，其中 IEEE802.11a、HiperLAN1、HiperLAN2 三种技术是采用 OFDM的技术，而 WBFH (Wide Band Frequency Hopping)则仍使用 FHSS 的技术。

在低速短距的无线传输技术部分，目前市场上主要的传输技术有 Bluetooth 与 HomeRF 两种，两者目前均已有产品在市场上发表，然而两者亦积极发展下一代标准中。

家庭网络 HomeRF

HomeRF

HomeRF 成立于 1988 年 6 月，目前成立之成员有 83 家之多。其中包括了计算器、软件、半导体、通讯、消费性产品等各种领域的厂商，成员有Compaq、IBM、Intel、Microsoft、Ericsson、Motorola、Philips等。(图三)

HomeRF 的协议为 SWAP ( Share Wireless Access Protocol ) 为一为了合乎家庭和 SOHO 独特的消费需求而设计。是无线电话机技术 DECT ( Digital enhanced cordless telephone ) 和无线局域网络 WLAN IEEE802.11 技术相互融和发展下的产物。IEEE802.11 中采用了 CSMA/CA 方式，适用于一般的数据传输技术，而 DECT 则使用 TDMA 方式，特别适合应用于语音频号的通信。将两种技术结合而构成的 SWAP 协议，将更适当的应用于家庭网络上。SWAP 实现了数据和语音的无线家庭的接口，使电子产品可以实现了一些功能：

1. 在 PC 周边和无线电话等设备之间建立一个无线区域网，可以共享其数据和语音。

2. 在家庭的区域范围内，使用携带式的屏幕设备浏览因特网。

3. 在 PC 和其它设备之间可共享同一个 ISP 的联结。

4. 家庭中，多台 PC 可以共享文件、调制解调器、打印机

5. 于 CP ( Connection Point ) 应用于电话机可以呼叫多个无线电话机、传真机、语音信箱。

6. 从无线电话听筒可以在现导入的语音、传真、E-mail 信息。

7. 将一个简单的语音命令输入 PC 无线电话话筒，便可以启动家庭内的家电电子系统。

8. 可实现 PC 和 Internet 多个玩家的联机游戏。

自从 SWAP 规范的问世，除了扩展高性能、多波段的无线电话技术以外，还进而促进了语音数据家庭网络的技术发展。

家庭网络 SWAP 规格

HomeRF 定义的 2.4GHz 工作频段是一个 ISM Band ，使用跳频展频的方式，每秒跳频 50 次。每秒信道改变功率为 100mW，有效范围约 50 m。为了支持 1M / 2Mbps 速率，HomeRF 无线发射设备采用 2FSK 或 4FSK 来进行调变，而 HomeRF 无线家庭网络数据安全性由 Blowfish 加密算法来保证。

HomeRF 网络的主要系统参数如下 :

网络跳频 : 50 次/秒。

工作频率 : 2.4GHz。

发射功率 : 100mW。

传输速率 : 2FSK/ 1Mbps、4FSK/2Mbps。

有效范围 : 50m，可以覆盖一般的家庭院落。

支持站点 : 每个网络约 127 设备。

语音连接 : 6 个全双工通话信道。

数据安全 : 采用 Blowfish 加密算法。

HomeRF 无线家庭网络会有七个特性，包括它能透过拨接、DSL 或 Cable Modem 上网、拥有传输交互式语音数据采用 TDMA 技术，传输高速数据包分组采用 CSMA/CA 技术、数据压缩采用 LZRW3 - A 算法、不受墙壁及楼层的影响、通过独特的网络 ID 来实现数据安全、无线电干扰影响小、支持近似线性音质的语音和电话业务。

《图三 HomeRF SWAP 家庭网络》

HomeRF 未来发展

HomeRF 组织正讨论原始的 SWAP 规格，各种未来的衍生型，其中一个可能的衍生形态就是将现有的 2.4GHz 频带内的数据速率增加，并且与原始的版本规范维持其兼容性。目前对于此点的考虑方向，将 SWAP 的传输速率有效可能的增加到 10Mbps。HomeRF 2.0 将会有 10Mbps 尖峰数据传输速率，以及完全向后兼容的 5Mbps、1.6Mbps、和 0.8Mbps 模式。提供同步的主机/客户和点对点无联机拓朴型态，也可以提供 8 个同步有优先级的单向或双向音频和视讯媒体的数据流，并且 8 个同步长途电话质量的双向无线语音联机。HomeRF 未来将会朝向 20Mbps 的速率发展，而且拥有增强的数据媒介和漫游功能。(图四)

规范外的 2.4GHz 无线通信

正当无线通信在 ISM Band 2.4GHz风起云涌之际，除了有标准规范的 Bluetooth、IEEE802.11、HomeRF 以外，很多涉足高频通讯的厂商也期望走出另一类型的高频产品。这种不属于任何规范的产品，往往是从低价位、研发速度快的产品踏入，并且在众多规格夹缝中求取快速简便的无线产品市场面。而此一低价位无规范的无线产品，将被无线通信市场大量应用于家庭网络间的简易控制与档案的传输上，而无线通信之间的通讯协议法则，则可以让设计工程师自行订定应用。

RFWave 是另一种高频模块的设计，基本应用于家庭网络无线控制、保全系统、档案的传输、游戏的联机等，而高频芯片组是由一家以色列的厂商开发设计中。它也是使用于 ISM 2.4GHz Band 的无线传输，为一种半双工通讯的无线技术，在规格上其传输速率为 1Mbps，使用直接连续展频的传输，调变方法则采用以 ASK ( Amplitude shift keying ) 调变方式。RFWave 为一短距离无线应用，根据其应用面大概可分家庭自动控制和娱乐类与保全系统的应用类等几种不同的市场产品使用。

《图四 RFWave 2.4GHz 无线模块结构》

结语

从上述的几类的通讯技术来看， 2.4GHz 的网络通讯技术正如火如涂的积极地扩展其市场，不管是标榜着短距离通讯的蓝芽、或是局域网络系统 IEEE 802.11b 、家庭网络的 HomeRF 以及低成本无规范的无线通信，大家都想在这一遍厮杀声中，脱颖而出。其实最后的胜利者，应该取舍于市场的应用与消费者的习性!

2.4GHz 无线网络的技术发展和市场潜力仍有极大的开发空间。业界在布局的考虑上，应该不能忽略无线相关通讯产品的整体性，否则势必走入全方位性的解决方式，例如 Bluetooth 和 IEEE 802.11b 的互相整合。若只有过份强调单一独立性产品的单方向发展，可能难以讨好市场并且无力和对手竞争。正如过去NS曾经在有线的以太网络上叱咤风云，不料却在缺乏整合更齐全的解决方式和低价化速度不及他人的情形下终止，又例如 HP 曾自行开发的 Fast Ethernet规格，其规格优于 IEEE 官方版本，因此而自认必获业界广泛遵循，结果事实却好相反，终迫使 HP 回归 IEEE 版产品，所以业者必须有智能地订定未来正确的策略，避免重蹈覆辙。