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技術(shù)趨勢(shì) 探析無線音頻技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

中國(guó)視聽網(wǎng)資訊 更新時(shí)間:2010-10-9 10:26:25  編輯:藍(lán)天  [ ]     手機(jī)訪問

  從廣義的范圍上講,無線電廣播是興起最早的無線音頻技術(shù),而且應(yīng)用也是最為廣泛的,其中就包括我們熟悉的FM、AM等。而說到這些,就不得不提無線電。


無線電在早期的應(yīng)用


  無線電,其全名應(yīng)該是無線電波,是指在空氣或者真空中傳播的射頻頻段的電磁波。它對(duì)于電磁波頻率的有一定的約束,其中上限為300GHz,而下限的沒有限制。但一般情況下,使用時(shí)會(huì)有3KHz-300GHz、 9KHz-300GHz和10KHz-300GHz三種。

  至于波長(zhǎng),無線電波均超過1mm,遠(yuǎn)大于我們平時(shí)所說的可見光波長(zhǎng)的范圍。另外,根據(jù)波長(zhǎng)的不同,又將其詳細(xì)的劃分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波以及微波等等。

  ● 無線電波根據(jù)波長(zhǎng)的劃分

  長(zhǎng)波:  波長(zhǎng)>1000m    頻率3000Hz-300kHz
  中波:  波長(zhǎng)100m-1000m  頻率300kHz-3000kHz
  短波:  波長(zhǎng)100m-10m   頻率3MHz-30MHz
  超短波: 波長(zhǎng)1m-10m    頻率30MHz-300MHz, 亦稱甚高頻(VHF)波、米波
  微波:  波長(zhǎng)1m-1mm,    頻率300MHz-300GHz,

  至于無線電波的應(yīng)用,有很多方面,例如通信(電話、電視)、導(dǎo)航、數(shù)據(jù)傳輸、天文(射電天文望遠(yuǎn)鏡)、動(dòng)力、加熱等。其中,指通過無線電波傳播聲音或其他信號(hào)的技術(shù)被稱作無線電技術(shù)。

  無線電技術(shù)的原理在于,導(dǎo)體中電流強(qiáng)弱的改變會(huì)產(chǎn)生無線電波。利用這一現(xiàn)象,通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。當(dāng)電波通過空間傳播到達(dá)收信端,電波引起的電磁場(chǎng)變化又會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。 通過解調(diào)將信息從電流變化中提取出來,就達(dá)到了信息傳遞的目的。

  而要說無線電在聲音中的最早應(yīng)用,那是在航海中,船員可以使用莫爾斯電報(bào)與陸地進(jìn)行通信,并以電報(bào)聲來傳遞各種信息。隨后,無線廣播于19世紀(jì)末誕生,并逐漸開始盛行,成為人們接收聲音、接收各種信息的主要手段之一。

  無線電廣播通常分為兩種,即FM和AM。其中,F(xiàn)M的英文名為Frequency Modulation,翻譯成中文就是調(diào)頻,是一種調(diào)制方式。而調(diào)頻廣播就是以調(diào)頻方式進(jìn)行音頻信號(hào)傳輸?shù),調(diào)頻波的載波隨著音頻調(diào)制信號(hào)的變化而在載波中心頻率(未調(diào)制以前的中心頻率)兩邊變化,每秒鐘的頻偏變化次數(shù)和音頻信號(hào)的調(diào)制頻率一致,如音頻信號(hào)的頻率為1kHZ,則載波的頻偏變化次數(shù)也為每秒1K次。頻偏的大小是隨音頻信號(hào)的振幅大小而定。

  雖然原意是調(diào)頻,但在日常生活中我們常用FM來代指調(diào)頻廣播。一般說來,調(diào)頻廣播頻段在76-108MHz之間,而我國(guó)的調(diào)頻廣播的頻段為87.5-108MHz。

  而AM的英文名為Amplitude Modulation,中文意為調(diào)幅,它也是一種調(diào)制方式,屬于基帶調(diào)制。其工作原理是,保持載波的頻率不變,通過其震蕩的幅度來傳遞信息,這正好與調(diào)頻的原理相反。

  至于兩者的優(yōu)缺點(diǎn),我們可以從下方的簡(jiǎn)要特點(diǎn)加以感受:

      FM           AM

      調(diào)頻          調(diào)幅
  不易受干擾,音質(zhì)好   音質(zhì)一般,易受干擾
   支持雙聲道立體聲    不支持雙聲道立體聲
     帶寬較寬        帶寬比較窄
    發(fā)射功率小      發(fā)射功率較低
   調(diào)制、接收復(fù)雜      都比較簡(jiǎn)單

  可以說,兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。所以,其也各有自己的用武之地。不過,目前我們?nèi)粘I钪幸姷降母嗟倪是FM。而且,城市內(nèi)的廣播多用FM,而國(guó)際短波廣播、航空導(dǎo)航通訊則常用AM。

  接下來,我們來看紅外技術(shù)。而在說它之前,我們必須先明白紅外線是怎么樣的一個(gè)東西。

  紅外線是波長(zhǎng)介乎微波與可見光之間的電磁波,波長(zhǎng)在0.75微米(μm)至1毫米之間,在光譜上位于紅色光外側(cè)。紅外線具有很強(qiáng)的熱效應(yīng),易于被物體吸收,通常被作為熱源。另外,它的透過云霧能力比可見光強(qiáng),在通訊、探測(cè)、醫(yī)療、軍事等方面有廣泛的用途,俗稱紅外光。

太陽(yáng)光譜


● 紅外線的發(fā)現(xiàn)

  公元1666年,牛頓發(fā)現(xiàn)光譜并測(cè)量出3900!7600埃(400nm~700nm)是可見光的波長(zhǎng)。1800年4月24日,英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)(ROYAL SOCIETY)的威廉·赫歇爾發(fā)表太陽(yáng)光在可見光譜的紅光之外還有一種不可見的延伸光譜,具有熱效應(yīng)。

  他所使用的方法很簡(jiǎn)單,用一支溫度計(jì)測(cè)量經(jīng)過棱鏡分光后的各色光線溫度,由紫到紅,發(fā)現(xiàn)溫度逐漸增加,可是當(dāng)溫度計(jì)放到紅光以外的部份,溫度仍持續(xù)上升,因而斷定有紅外線的存在。

● 紅外線的劃分

  說到紅外線的劃分,目前比較復(fù)雜,原因是使用者的角度不同,他們對(duì)于紅外線頻段的劃分也是不同的。比如說,根據(jù)紅外光譜劃分的話,近紅外應(yīng)為1~3μm;而按照醫(yī)學(xué)使用角度來劃分,其所謂的近紅外區(qū)為0.76~3μm。

  而我們所說的紅外線劃分,主要分為三個(gè)部分,即近紅外線、中紅外線和遠(yuǎn)紅外線。其劃分的范圍大致如下:近紅外線,波長(zhǎng)為(0.75-1)~(2.5-3)μm之間;中紅外線,波長(zhǎng)為(2.5-3)~(25-40)μm之間;遠(yuǎn)紅外線,波長(zhǎng)為(25-40)~l000μm 之間。

● 紅外線無處不在(除非絕對(duì)零度)

  剛才,我們?cè)岬剑杭t外線具有很強(qiáng)的熱效應(yīng),易于被物體吸收,通常被作為熱源。而實(shí)際上,自然界有無數(shù)的遠(yuǎn)紅外放射源:宇宙星體、太陽(yáng)、地球上的海洋、山嶺、巖石、土壤、森林、城市、鄉(xiāng)村、以及人類生產(chǎn)制造出來的各種物品等等。

  目前,我們可以肯定的一點(diǎn)是是:所有高于絕對(duì)零度(-273.15℃)的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線!其中,波長(zhǎng)為 8~14μm的遠(yuǎn)紅外線是生物生存必不可少的因素。而這段遠(yuǎn)紅外線也有一個(gè)單獨(dú)的名字,叫“生命光波。

  下面,我們?cè)僬f紅外線傳輸。剛才已經(jīng)說了,紅外線傳輸就是利用紅外線為載體,來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊呀?jīng)技術(shù)。在這里,我們不得不提到紅外線的兩個(gè)特性,因?yàn)樗麄冎苯記Q定了紅外線傳輸?shù)氖褂铆h(huán)境!

● 紅外線的穿透力較弱

  一般說來,波長(zhǎng)越長(zhǎng),則波的穿透力越弱。剛才,我們提到過:紅外線比可見光穿透云霧的能力強(qiáng)。但現(xiàn)在,我們說的是穿透厚的障礙物。而這樣一來,紅外線傳輸就擁有了私密性。

  舉個(gè)例子來說,如果我們?cè)诜块g里的一間封閉屋子進(jìn)行紅外線傳輸。一般情況下,旁邊屋子是無法截取到我們的紅外線訊號(hào)的。而這種特性,決定了紅外線傳輸比較適合于會(huì)議室、教室、臥室等場(chǎng)所。

  同時(shí),紅外線傳輸主要采用的是直線傳播形態(tài)。所以,當(dāng)有物體位于發(fā)射端和接收端中間的時(shí)候,傳輸即會(huì)受到影響。當(dāng)然,它可以靠墻壁的反射來進(jìn)行。這對(duì)于其它一些應(yīng)用場(chǎng)景來說似乎還沒太大問題,但對(duì)于音頻來說是無法接收的,因?yàn)檫@樣將會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的延遲,進(jìn)而導(dǎo)致聲音的斷斷續(xù)續(xù)!

● 任何物體都可以發(fā)出紅外線

  這點(diǎn)就很容易理解了,所有物體都可以發(fā)出紅外線。那么,對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)的紅外線訊號(hào)來說,都可以產(chǎn)生干擾。不過,根據(jù)發(fā)熱物體的不同,干擾有大有小。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,你在發(fā)射端和接收端之間放一個(gè)微波爐,或者是放一份熱噴噴的飯菜,都會(huì)對(duì)相應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生重大的影響。

● 紅外線傳輸速度

  最后,我們提一下紅外線的傳輸速度,這里涉及到一個(gè)劃分:低速紅外線(Slow IR)是指其傳輸速率在每秒115.2Kbits者而言,而高速紅外線(Fast IR)是指?jìng)鬏斔俾试诿棵?或是4Mbits者而言。

  其中,前者主要用于傳送簡(jiǎn)短的訊息、文字或是檔案。而離我們最近的例子,就是家中的各種電器遙控器(小時(shí)候還感覺很神奇,不管什么方向,按一下都可以控制)。而后者可以支持多媒體傳輸,但其仍不完備,仍處于發(fā)展中的階段。

  總結(jié)一下紅外線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)吧,優(yōu)點(diǎn):具備良好的私密性、成本低、高速紅外線發(fā)展比較有前途;缺點(diǎn):不適合共享、易干擾、延遲、低速紅外線用于傳輸音頻是不夠的。

  紅外線傳輸作為一種無線技術(shù),其實(shí)很早就應(yīng)用在音頻方面,但大都傳輸?shù)囊纛l質(zhì)量較差。不過,漫步者在2008年發(fā)布的Ramble紅外功放徹底打破了這一僵局。而下面,我們就來看一下它,也順帶感受一下紅外線傳輸技術(shù)在音頻領(lǐng)域的應(yīng)用。

  這就是為漫步者在捧回美國(guó)2008 CES設(shè)計(jì)和工程創(chuàng)新獎(jiǎng)(Innovations 2008 Design and Engineering Award)以及德國(guó)iF Product Design Award工業(yè)論壇產(chǎn)品設(shè)計(jì)獎(jiǎng)的——Ramble(國(guó)外稱為Rainbow)。

  Ramble是一款無線紅外功放,它的造型也很獨(dú)特。其顛覆了傳統(tǒng)產(chǎn)品方方正正的形狀,而改為圓柱狀。而且,銀、黑二色的搭配顯得簡(jiǎn)約、大方,十分誘人。同時(shí),它的放置也很隨意,可以這樣樹立著,也可以掛在墻壁上,相當(dāng)方便。其中,左側(cè)這個(gè)是Ramble的接收器,而右側(cè)這個(gè)是Ramble的發(fā)射器。

采用改良后的紅外無線技術(shù)

  Ramble的技術(shù)支持,來源于改良后的紅外無線技術(shù)。其在傳輸過程中,會(huì)經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換(模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換),將信號(hào)編碼成數(shù)字串后發(fā)送,通過接收端接收后DAC(數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換)解碼輸出到功放子系統(tǒng)。它的這個(gè)過程類似于 S/PDIF光纖傳輸,傳輸不再有束縛了,音質(zhì)也完全達(dá)到了CD級(jí),即20-20kHz的水平,通過縝密高效的算法,制定了一套快速容錯(cuò)糾錯(cuò)的音頻專用機(jī)制,使得這套設(shè)計(jì)可以真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳播,又能確保高音質(zhì)。

  此外,Ramble使用了3排供給15個(gè)紅外發(fā)射器,進(jìn)行紅外線垂直發(fā)射。然后,通過其漫反射來完成來完成無障礙連接。所以,你不必?fù)?dān)心發(fā)射器和接收器之間障礙物對(duì)于信號(hào)的干擾。

  不過,有利也有弊。由于紅外線的穿透力不強(qiáng),所以Ramble目前還只是適合在一間屋子里使用,而不適合在多個(gè)屋子間使用。且它是一個(gè)立體聲系統(tǒng),而不是多聲道系統(tǒng)。因此,目前還無法利用它來搭建無線的家庭影院。但就張總表示,漫步者正在著力進(jìn)行其它無線技術(shù)的音頻傳輸研究,相信不久的將來,以上兩種問題都可以得到有效的解決。

  除了紅外之外,藍(lán)牙也是一項(xiàng)較為普及的無線音頻技術(shù),相信絕大多數(shù)人對(duì)于這個(gè)名字并不陌生,因?yàn)樵谖覀兩磉叧涑庵T多這樣的設(shè)備,而最典型的就是手機(jī)和筆記本。

藍(lán)牙技術(shù)

  藍(lán)牙,英文名稱為Bluetooth,是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)。它最早的身影是出現(xiàn)在愛立信的1994方案中,其初衷是在研究移動(dòng)電話和其他配件間進(jìn)行低功耗、低成本無線通信連接的方法。而且,他們希望能夠開發(fā)出一整套的規(guī)則,為設(shè)備間的通訊提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

至今已發(fā)布多個(gè)版本

  藍(lán)牙項(xiàng)目于1996年啟動(dòng),并在1998年推出首個(gè)應(yīng)用版本。而有意思的是,它最初版本的代號(hào)是0.7。隨后,藍(lán)牙技術(shù)不斷發(fā)展,截止到2009年4月,藍(lán)牙已經(jīng)發(fā)布了多個(gè)版本,其中最新的為Bluetooth 3.0 + HS。而在這其間,也就是1999年5月20日,索尼愛立信、IBM、英特爾、諾基亞及東芝等業(yè)界龍頭創(chuàng)立藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)(SIG,Special Interest Group),共同制訂藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。


  如同前面所說,藍(lán)牙的版本實(shí)在是太多了,而每個(gè)版本的協(xié)議如何,我們也沒有太深入的研究。但就應(yīng)用來看,我們所熟知的是1.1、1.2、2.0和2.1等版本。所以,我們下面所介紹的藍(lán)牙的工作原理、特點(diǎn)等,均是參考這幾個(gè)版本的協(xié)議來說的。

藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)圖

  在這里首先要確定的一點(diǎn)是:藍(lán)牙應(yīng)用的是全球通用的2.4GHz頻段上,而我們后面還要講述到的WiFi、2.4GHz也都是工作在這一頻段上的。藍(lán)牙在2.4GHz頻段中劃分為79個(gè)子頻段,在工作時(shí),藍(lán)牙將會(huì)選用其中的均間隔的79個(gè)1MHz信道之間跳頻,并依靠短包技術(shù)進(jìn)行通信。

  而藍(lán)牙技術(shù)在工作時(shí),采用的是一種分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即高速跳頻(FH,F(xiàn)requency Hopping)和時(shí)分多址(TDMA,Time DivesionMuli—access)等技術(shù),在近距離內(nèi)最廉價(jià)地將幾臺(tái)數(shù)字化設(shè)備(各種移動(dòng)設(shè)備、固定通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng),如數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等,甚至各種家用電器、自動(dòng)化設(shè)備)呈網(wǎng)狀鏈接起來。

  至于傳輸距離,藍(lán)牙是一種短距離傳輸技術(shù),其傳輸距離一般在10米以內(nèi)。不過藍(lán)牙有一點(diǎn)好處,就是功率較低,所以目前我們看到的藍(lán)牙適配器一般都不大。

  接下來,我們就為大家簡(jiǎn)單的介紹一下剛才所提到的1.1、1.2等版本的協(xié)議。

藍(lán)牙免提硬件電路圖

  1.1規(guī)范主要是針對(duì)1.0規(guī)范的一些欠缺,其中一點(diǎn)就是確定在回話中設(shè)備的主/從關(guān)系,這樣可以提高通訊的準(zhǔn)確度。另外,1.1規(guī)范明確了藍(lán)牙技術(shù)是在79個(gè)子頻段上進(jìn)行通信,而之前則是有79和23兩種劃分。

  1.2版最大的改進(jìn)在于增加了AFH可調(diào)式跳頻技術(shù)(Adaptive Frequency Hopping)這項(xiàng)技術(shù),并主要針對(duì)現(xiàn)有藍(lán)牙協(xié)議和802.11b/g之間的互相干擾問題進(jìn)行了全面的改進(jìn),防止用戶在同時(shí)使用支持藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)(WLAN)的兩種裝置的時(shí)候出現(xiàn)互相干擾的情況。

  相比之下,2.0版本的改進(jìn)更大。它不僅提高了設(shè)備的多任務(wù)處理能力,也提高了多種藍(lán)牙設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力。另外,帶寬也有了極大的提升,其理論值從原來的1Mbps提高到3Mbps。

  但目前我們常見的是2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn),其在原有2.0版本的基礎(chǔ)上提升了數(shù)據(jù)傳輸速率,并且降低了功耗。而且,還規(guī)定了多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的串聯(lián)問題。這樣一來,其傳輸距離理論上有望打到100m,速率可以達(dá)到10Mbps。

藍(lán)牙3.0協(xié)議

  隨后,2.1協(xié)議出爐。對(duì)于它,我們了解的比較少,其與2.0的區(qū)別具體有多少,還不是很清楚,但可以知道的是,2.1版本協(xié)議再次降低了功耗。

  最后,我們?cè)俸?jiǎn)單的說說3.0版本的藍(lán)牙協(xié)議:它采用通用AMP(Gener ic Al ternate MAC/PHY)的全新交替射頻技術(shù),允許其協(xié)議棧針對(duì)任務(wù)動(dòng)態(tài)地選擇正確的射頻。另外,3.0新標(biāo)準(zhǔn)的近距離傳輸速率將達(dá)到24Mbps(理論值)。而且,通過超寬帶技術(shù)還能將這一數(shù)值提升到480Mbps、距離10米時(shí)傳輸速率能提升至100Mbps。

  說到這里,我們不得不在靠一下題目:無線音頻。藍(lán)牙是一種無線技術(shù)沒錯(cuò),但我們要說的是它在音頻傳輸中的應(yīng)用。

  首先來看帶寬,藍(lán)牙1.1和1.2協(xié)議中,帶寬的理論數(shù)值在1Mbps,但在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中,一般為748-810kbps。而到了2.0協(xié)議,帶寬的理論數(shù)值達(dá)到了3Mbps,實(shí)際應(yīng)用中約為1.8Mbps-2.1Mbps。而目前最高的,是3.0協(xié)議,前面我們說了,其理論帶寬可以達(dá)到24Mbps。

  在這里不得不提的是A2DP協(xié)議,這是因?yàn)樵缙诎姹镜乃{(lán)牙協(xié)議,雖然在無線數(shù)據(jù)的傳輸方面還可以,但對(duì)音頻的支持都很少——僅支持單聲道的音頻傳輸,且采樣僅支持8bit/8KHz。而這種情況,直到A2DP加入才得以改觀。

  A2DP全名是Advanced Audio Distribution Profile,中文譯為:藍(lán)牙音頻傳輸模型協(xié)定!其最主要的貢獻(xiàn)就是加入了高品質(zhì)采樣的支持,從而可以支持使藍(lán)牙技術(shù)可以支持16bit/44.1kHz。

  此外,A2DP還從音頻信號(hào)的編碼解碼、到交互界面,再到視頻編碼,A2DP均給出了詳細(xì)的定義。其中,就包括允許Codec支持MP3、MPEG2、MPEG4 AAC、ATRAC等多種視頻、音頻編碼。


  目前,傳輸CD級(jí)別信號(hào)需要的理論帶寬為1.4112Mbps,所以,2.0協(xié)議之后的藍(lán)牙設(shè)備是可以勝任的。但目前音質(zhì)很好的藍(lán)牙音頻設(shè)備非常少,我們認(rèn)為這主要是廠商還有芯片提供商不努力的緣故。

知名的Jabra藍(lán)牙耳機(jī)



  另外,就是藍(lán)牙的抗干擾能力較弱的問題了。剛才我們說了,藍(lán)牙是工作在2.4GHz頻段中的79個(gè)平均間隔的子頻段上。而目前我們周邊的藍(lán)牙設(shè)備很多,所以很容易出現(xiàn)干擾。

  不過,藍(lán)牙也有一個(gè)優(yōu)勢(shì),那就是經(jīng)歷了這么多年的發(fā)展,技術(shù)成熟度還是很高的。但正如剛才所說,就看做的用心不用心了。所以,目前我們看到的藍(lán)牙音頻設(shè)備,大都是廉價(jià)品。而還有一部分,就是高端產(chǎn)品了,很高端、很貴。

典型藍(lán)牙和低耗電藍(lán)牙



  最后,我們?cè)谑占、整理資料的時(shí)候,還發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙也有低耗電的一些設(shè)定。而上表,就是典型藍(lán)牙和低耗電藍(lán)牙技術(shù)的一些區(qū)別。其中,最明顯的一項(xiàng)就是在用途上:低功耗藍(lán)牙少用于立體聲音頻流上。

● 結(jié)語(yǔ)

  到目前為止,藍(lán)牙依舊是無線音頻中應(yīng)用最多的技術(shù),而且也是我們身邊最常見的技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)在于成本和技術(shù)成熟度,但是好產(chǎn)品比較少,主要還是不用心做的緣故吧。而現(xiàn)如今,2.4G技術(shù)開始崛起,并逐步被普通產(chǎn)品所應(yīng)用。所以,藍(lán)牙在無線音頻中的地位將得到2.4G技術(shù)的強(qiáng)勢(shì)挑戰(zhàn)。結(jié)果自然是好的,那就是我們肯定會(huì)最終得到最理想的產(chǎn)品!

  再說WiFi!WiFi的全稱是:Wireless Fidelity,目前比較通俗的說法是:WiFi是一種無線技術(shù),主要用于網(wǎng)絡(luò)連接。這種說法并不能算錯(cuò),因?yàn)槲覀兤綍r(shí)接觸最多的無線路由了,其特點(diǎn)就是利用WiFi技術(shù)來組建網(wǎng)絡(luò)。

  然而,這種說法并不嚴(yán)謹(jǐn)。首先,WiFi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如PDA、手機(jī))等終端以無線方式互相連接的技術(shù),而非單單組建無線網(wǎng)絡(luò)。

  其次,WiFi是一個(gè)無線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌,由Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-Fi Alliance)所持有,目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。所以,WiFi和IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)是不能夠完全劃等號(hào)的。

  說到這里,我們不得不補(bǔ)充一些有關(guān)于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的東西——IEEE 802.11第一個(gè)版本發(fā)表于1997年,其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層(MAC層)和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞,總?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbit/s。兩個(gè)設(shè)備之間的通信可以自由直接(ad hoc)的方式進(jìn)行,也可以在基站(Base Station,BS)或者訪問點(diǎn)(Access Point,AP)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。

主要用于無線網(wǎng)絡(luò)

  1999年,IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)加上了兩個(gè)補(bǔ)充版本:802.11a定義了一個(gè)在5GHz ISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)54Mbit/s的物理層,802.11b定義了一個(gè)在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)11Mbit/s的物理層。

  2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數(shù)國(guó)家通用,因此802.11b得到了最為廣泛的應(yīng)用。蘋果公司把自己開發(fā)的802.11標(biāo)準(zhǔn)起名叫AirPort。1999年工業(yè)界成立了WiFi聯(lián)盟,致力解決符合802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問題。WiFi為制定802.11無線網(wǎng)絡(luò)的組織,并非代表無線網(wǎng)絡(luò)。

  和其它的技術(shù)一樣,IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)歷了不斷的完善和補(bǔ)充,才形成了現(xiàn)在這種技術(shù)應(yīng)用規(guī)模。

● 802.11標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)充

  802.11   1997年,原始標(biāo)準(zhǔn)(2Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  802.11a  1999年,物理層補(bǔ)充(54Mbit/s,5GHz頻道)。
  802.11b  1999年,物理層補(bǔ)充(11Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  802.11c  符合802.1D的媒體接入控制層(MAC)橋接(MAC Layer Bridging)。
  802.11d  根據(jù)各國(guó)無線電規(guī)定做的調(diào)整。
  802.11e  對(duì)服務(wù)等級(jí)(Quality of Service, QoS)的支持。
  802.11f  基站的互連性(Interoperability)。
  802.11g  物理層補(bǔ)充(54Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  802.11h  無線覆蓋半徑的調(diào)整,室內(nèi)(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz頻段)。
  802.11i  安全和鑒權(quán)(Authentification)方面的補(bǔ)充。
  802.11n  導(dǎo)入多重輸入輸出(MIMO)和40Mbit信道寬度(HT40)技術(shù),基本上是802.11a/g的延伸版。

  除了上面的IEEE標(biāo)準(zhǔn),另外有一個(gè)被稱為IEEE 802.11b+的技術(shù),通過PBCC技術(shù)(Packet Binary Convolutional Code)在IEEE802.11b(2.4GHz頻段)基礎(chǔ)上提供22Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。但這事實(shí)上并不是一個(gè)IEEE的公開標(biāo)準(zhǔn),而是一項(xiàng)產(chǎn)權(quán)私有的技術(shù)(產(chǎn)權(quán)屬于美國(guó)德州儀器,Texas Instruments)。

  另外,也有一些被稱為802.11g+的技術(shù),在IEEE 802.11g的基礎(chǔ)上提供108Mbit/s的傳輸速率,跟802.11b+一樣,同樣是非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),由無線網(wǎng)絡(luò)芯片生產(chǎn)商Atheros所提倡的則為SuperG。


  好了,我們?cè)趤砜匆幌耊iFi技術(shù)在無線音頻中應(yīng)用的情況。首先,帶寬是絕對(duì)絕對(duì)的沒有問題:現(xiàn)如今我們見到的多是802.11g和802.11n的設(shè)備,而前者的理論帶寬是54Mbps、后者的理論帶寬是300Mbps,都遠(yuǎn)高于傳輸CD級(jí)信號(hào)需要的1.4112Mbps。

  另外,WiFi在傳輸距離上也占有明顯的優(yōu)勢(shì)。在前面,我們?cè)榻B藍(lán)牙的傳輸距離也就是在10m左右。然而,WiFi是它的10倍,也就是在100m左右。所以,WiFi可以應(yīng)用在一些比較大場(chǎng)景中,例如大型的會(huì)議室等。

Linksys的無線音樂橋

  但是WiFi也有自身的一些弊病,這里主要還是干擾的問題。因?yàn),WiFi也是工作在2.4GHz-2.48 GHz ISM射頻頻段上的。其中,它是在22MHz帶寬中的12個(gè)重疊信道中選用一個(gè)來使用。這樣,也無法避免與其它WiFi設(shè)備,甚至是藍(lán)牙、2.4G設(shè)備的沖突。

  另外還有一點(diǎn),但我們還沒有仔細(xì)的驗(yàn)證,就當(dāng)是傳言吧,那就是:WiFi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好,數(shù)據(jù)安全性能比藍(lán)牙差一些。同時(shí),WiFi在延遲方面,貌似也稍微多一些。

  因此,WiFi用于音頻的無線傳播的前景還是不錯(cuò)的。尤其是帶寬和距離上的優(yōu)勢(shì),給WiFi增添了競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。不過,目前使用WiFi的設(shè)備還非常少,還需要廠商付出更大的精力!


  在眾多無線音頻技術(shù)當(dāng)中,目前被看好的,而且最有可能在普通音頻設(shè)備中、大面積使用的是2.4G技術(shù)。

雷柏H8000無線耳麥

  2.4G技術(shù)確切點(diǎn)兒說,應(yīng)該叫做“2.4GHz非聯(lián)網(wǎng)解決方案”。之所以這么命名,很簡(jiǎn)單,因?yàn)樗退{(lán)牙、WiFi一樣,都是工作在2.4-2.485GHz ISM無線頻段上。而該頻段在全世界幾乎都是免費(fèi)授權(quán)使用的。因此,在產(chǎn)品成本上面天生會(huì)有一些優(yōu)勢(shì),有助于產(chǎn)品的大面積普及。

  不過,采用2.4G技術(shù)的產(chǎn)品接收端和發(fā)送端在生長(zhǎng)時(shí)便內(nèi)置配對(duì)ID碼,形成一對(duì)一模式。所以,不同品牌、不同產(chǎn)品之間的接收端和發(fā)送端不能混用,這就大大限制了該技術(shù)在其他領(lǐng)域的使用和普及。在這一點(diǎn)上,2.4G技術(shù)沒有藍(lán)牙那么靈活。

  其實(shí),一直注意我們?cè)撓盗形恼碌呐笥褧?huì)發(fā)現(xiàn):在2.4-2.485GHz ISM無線頻段工作的可不止2.4G技術(shù)一家——我們剛講解過的藍(lán)牙、WiFi也都工作在這一頻段上。那么,2.4G技術(shù)和它們比有哪些不同呢?

  首先是帶寬,2.4G技術(shù)的帶寬為2Mbps,能夠傳輸CD級(jí)的無線音頻信號(hào)。相比之下,藍(lán)牙2.0之后的版本都可以達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一數(shù)字。至于WiFi,那就更不用說了,它的帶寬更高。

  此外,2.4G技術(shù)的傳輸距離為10m,這和藍(lán)牙的差不多,但近于WiFi。不過,10m這樣的距離已經(jīng)足夠滿足普通消費(fèi)者在家中使用了。而且,2.4G設(shè)備的發(fā)射端和接收端并不需要連續(xù)性工作。所以,相對(duì)來說,它更省電。

  但在眾多不同之中,2.4G技術(shù)有一項(xiàng)非常占有優(yōu)勢(shì)——那就是抗干擾能力較藍(lán)牙、WiFi更好一些。而這主要還是在于其工作原理,和采用的調(diào)頻方式方面的原因。

  2.4G技術(shù)使用的是自動(dòng)調(diào)頻技術(shù),理解起來很容易——它就是說:2.4G設(shè)備在工作時(shí),如果發(fā)現(xiàn)該頻段經(jīng)常被占用,它就會(huì)自動(dòng)跳到一個(gè)無人使用的頻段,這種跳頻的方法隨意性很強(qiáng)。

SE8 高保真無線音箱適配器

  而藍(lán)牙是普通2.4G無線技術(shù)上增加了自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)(adaptive frequency hopping,AFM ),實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸模式,并實(shí)現(xiàn)1600次/秒的自動(dòng)調(diào)頻。不過,我們也曾說到藍(lán)牙將2.4-2.485GHz ISM平均劃分為79個(gè)子頻段,所以其跳頻也就是在這79個(gè)頻段中進(jìn)行。所以,還是容易出現(xiàn)相互干擾的情況。

  至于WiFi,它是在2.4-2.485GHz ISM頻段中的、22MHz帶寬中的12個(gè)重疊信道中選用一個(gè)來使用。因此,它的可選擇性面更窄,相對(duì)也容易出現(xiàn)干擾的情況。

  目前,就技術(shù)成熟度來講,藍(lán)牙在無線音頻方面無疑占有最有利的地位。但2.4G技術(shù)也不甘示弱,正在逐步進(jìn)入穩(wěn)定和成熟期。現(xiàn)在,已經(jīng)有多種采用2.4G技術(shù)的無線音頻解決方案。而且,產(chǎn)品也在逐漸的豐富。

  其中,耳機(jī)類產(chǎn)品更多一些,在國(guó)內(nèi)比較有代表性的有雷柏、魅格等。尤其是雷柏,其99元的2.4G耳機(jī)H1000已經(jīng)于近日發(fā)售,銷量很大。

  而除了這些之外,雷柏還推出了用于音箱使用的2.4G無線適配器。雖然,我們現(xiàn)在還沒有看到其真實(shí)產(chǎn)品,但隨著雷柏這些99元的無線耳麥、音箱專用無線適配器的出現(xiàn),無線音頻大范圍普及的時(shí)代即將到來!

  以上我們所講的FM、AM也好,2.4G技術(shù)也好,還都是我們比較熟知的一些無線音頻技術(shù)。那接下來,我們?cè)贋榇蠹医榻B一些不常見的、以及面向于未來的新興技術(shù)!

  先來看RF射頻技術(shù),射頻的英文全稱是:Radio Frequency,其表示的是可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz-30GHz之間。而我們通常所說的RF射頻,其實(shí)就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。

  在實(shí)際的應(yīng)用中,每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流,我們熟悉的有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式。

耳神即將突出的無線魔盒

  其實(shí),RF射頻技術(shù)并不新穎,而是一項(xiàng)非常非古老的技術(shù)。RF射頻技術(shù)和我們通常所說的無線傳輸有很大的關(guān)系:將電信息源(模擬或數(shù)字的)用高頻電流進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻),形成射頻信號(hào),經(jīng)過天線發(fā)射到空中;遠(yuǎn)距離將射頻信號(hào)接收后進(jìn)行反調(diào)制,還原成電信息源。這一過程稱為無線傳輸,其中應(yīng)用的是RF射頻技術(shù)。

  不過,目前我們手上關(guān)乎RF射頻技術(shù)的資料還很少,但已知的是它的傳輸距離比較遠(yuǎn)——近期,耳神就已經(jīng)開發(fā)出RF無線魔盒,用于音頻傳輸,其傳輸距離為50m,遠(yuǎn)超過藍(lán)牙、2.4G等。至于其帶寬及干擾問題,我們還沒有細(xì)究。

  DAB數(shù)字廣播也是目前正在應(yīng)用的無線音頻傳輸技術(shù),只是目前主要在歐洲流行,而國(guó)內(nèi)用的相對(duì)來說較少,但在北京、廣東等地已經(jīng)有采用DAB的廣播了。

  DAB是Digital Audio Broadcasting的簡(jiǎn)寫,它DAB是繼AM、FM傳統(tǒng)模擬廣播之后的第三代廣播——數(shù)字信號(hào)廣播,它的出現(xiàn)是廣播技術(shù)的一場(chǎng)革命。數(shù)字廣播具有抗噪聲、抗干擾、抗電波傳播衰落、適合高速移動(dòng)接收等等優(yōu)點(diǎn)。它提供CD級(jí)的立體聲音質(zhì)量,信號(hào)幾乎零失真,可達(dá)到“水晶般透明”的發(fā)燒級(jí)播出音質(zhì),特別適合播出“古典音樂”、“交響音樂”、“流行音樂”等,極其受到專業(yè)音樂人、音樂發(fā)燒友和音響發(fā)燒友的追捧!而且,在一定范圍內(nèi)不受多重路徑干擾影響,以保證固定、攜帶及移動(dòng)接收之高質(zhì)量。

  相比模擬廣播,DAB這種數(shù)字廣播最大的特點(diǎn)有兩個(gè)。一就是帶寬,DAB可以傳輸任何文本甚至是圖像信號(hào)。因此,你不必為其品質(zhì)所擔(dān)心。據(jù)悉,DAB廣播的信噪比起碼在95db以上,編碼率則達(dá)到了192Kbps,遠(yuǎn)超過一般的MP3,從而接近CD的音質(zhì)。

  其二就是,數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾和抗電波衰減的特性,DAB廣播十分適用于在激烈的移動(dòng)環(huán)境中使用,例如車載等。

  就此來看,如果說2.4G技術(shù)最適合于普通的民用級(jí)設(shè)備、適用于小范圍的使用的話,那么,DAB數(shù)字廣播就適用于廣域的高質(zhì)量音頻傳輸了。只不過,這需要全面改變目前的廣播系統(tǒng),這是很大的工程,也很難、很麻煩。


  接下來,我們?cè)賮砜慈N新興的無線技術(shù),它們分別是:UWB、WiHD和WDHI。

  UWB,其全稱為UltraWideband,中文譯名:超太寬。它是一種無載波通信技術(shù),利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。而且,它可以通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)——UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bps至數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

  據(jù)悉,UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)。而且,UWB可以使用1GHz以上,至多個(gè)GHz的頻段。我們不難看出,UWB技術(shù)在各方面都有很搶眼的表現(xiàn),所以,有人稱它為無線電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展,認(rèn)為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)。

  另外,UWB技術(shù)可以和其它一些無線技術(shù)搭配使用,用來提高傳輸?shù)膸挕1热缯f,藍(lán)牙3.0可通過UWB技術(shù)進(jìn)行拓展——將原有24Mbps的帶寬理論數(shù)值提升到480Mbps、距離10米時(shí)傳輸速率能提升至100Mbps。

  至于WiHD和WDHI這兩項(xiàng)技術(shù),它們和我們上面講述的無線音頻技術(shù)不同——它們已經(jīng)不再是單單傳輸音頻信號(hào)了,而是傳輸“音/視頻”信號(hào)。

  WiHD,英文全稱為WirelessHD(無線高清,簡(jiǎn)寫為WiHD)技術(shù)是一種很讓用戶期待的高速無線技術(shù),這主要在于它運(yùn)用了60GHz頻段(毫米波)的頻譜,能夠取得更大的數(shù)據(jù)傳輸速率,其最初的傳輸速率便高達(dá)4Gbps,從而能更可靠地提供傳輸高質(zhì)量、高清晰度無壓縮視頻所必要的頻寬。

  WiHD標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)廠商有英特爾、LG、松下、NEC、三星、SiBEAM、索尼、東芝等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)性廠商,該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)的用戶群包含HDTV電視機(jī)、機(jī)頂盒、DVD播放機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)、HTPC等,讓消費(fèi)者可在多臺(tái)電子設(shè)備之間傳送、播放以及攜帶高清內(nèi)容。

  目前,WiHD 1.0 Specification技術(shù)規(guī)范已經(jīng)發(fā)布,其確立了無線高清的基本標(biāo)準(zhǔn),通過智能天線技術(shù)的運(yùn)用可克服60GHz下的視線限制問題,并加強(qiáng)了數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)(DTCP),得到了眾多國(guó)際性消費(fèi)電子制造商的支持,支持真正的無壓縮視頻流傳輸,強(qiáng)制性的使用了通用控制技術(shù),用戶可以容易的構(gòu)建和管理自己的無線視頻局域網(wǎng)(WVAN),傳輸距離10米內(nèi)。

  WHDI,意為Wireless HDMI,中文意為無線高分辨率數(shù)字多媒體接口。它也是一種針對(duì)于高清的無線技術(shù),而其主要的做法,就是將超寬帶技術(shù)與HDMI技術(shù)相融合。另外,WHDI主要利用的是5GHz的頻帶,數(shù)據(jù)傳輸速度最快可達(dá)1.5Gbps。充足的帶寬,可以使WHDI可以傳輸720P/1080i的非壓縮HDTV影像。

支持WHDI的微處理芯片

  另外,WHDI的傳輸距離較遠(yuǎn),且穿透力很強(qiáng)。其支持采用Deep Color(深色)技術(shù)的1080p/60Hz全高清顯示,有效傳輸距離為30m。而且,其在30米之內(nèi)可穿透墻壁,影響極小——延遲小于1毫秒。

  而且,WHDI指定了高清視頻傳輸,以及音頻和控制。全面WHDI控制協(xié)議將使用戶能夠集中控制從家庭中的所有A/V設(shè)備,傳輸幾乎沒有延遲,用戶不會(huì)遇到聲音和視頻異步的問題,也可以利用WHDI連接網(wǎng)絡(luò)娛樂音頻視頻游戲。


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