藍牙 WUSB ---網路資料

kinpoagilent

無線耳機、平價的無線網際網路、利用手持式裝置進行財務交易、便利及簡易地進行行動裝置間少量資料的傳輸或在行動裝置與電腦之間大量資料的傳輸，這些都是目前手機較熱門的應用。要讓這些功能正常運作需要不同的有線及無線傳輸技術，以支援這些產品特色及其周邊裝置。常見的技術包括藍牙、WiFi、紅外線資料存取(IrDA)及USB。這些技術在效能、功耗、便利性方面各有其優缺點，其中不同的連線方式各有其適合的用途，本文將比較這些連線的方式，並且描述各方式在其特定應用領域中的優點。   
各項傳輸技術各有優缺點   
表1比較各種連線方式的各項效能，協助設計人員瞭解彼此之間的取捨。
表1　藍牙、WiFi、紅外線、USB連線方式比較
項目應用可用性頻寬電力優點缺點
藍牙無線手機、無線同步複雜的設置數據傳輸且不直觀1.2版為1Mbit/s、2.0版為3Mbit/s運作時約45毫安培、閒置合連接時約15毫安培免持操作使用較高耗電量
WiFi高速B/W網際網路、連接、網路電話較難配置802.11a為56Mbit/s以上、 802.11b為11Mbit/s以上、802.11g為56Mbit/s以上接收時約90毫安培、傳輸時約125～190毫安培仿效家庭與辦公室更具成本效益的語音與數據傳輸使用較高耗電量
紅外線POS交易、個人資料傳輸最小配置1～16Mbit/s傳輸時約100毫安培、待機時約100微安培便利較短的直視路徑
USB高速大量儲存傳輸、解調器連接、電池充電可隨處使用FS為12Mbit/s、HS為480Mbit/sN/A版皆由主控端供電傳輸可有最少的等待時間、每個人皆會使用無線應用尚未成熟

藍牙耗電量高   
藍牙已成無線耳機連線的標準，現在幾乎找不到沒有藍牙功能的高階手機，而且未來在低階手機中也逐漸會看到藍牙的存在。由於一般手機處理器都已整合藍牙功能，這表示所有手機終將具備藍牙功能，藍牙在手機市場中的成長與普及也帶動這項技術擴展到其他裝置上，如筆記型電腦提供無線數據機及手機間的連線，當然還有車用免持式電話。藍牙的目的是希望能為所有周邊配件，提供使用簡易、耗電量低、便宜及短距的無線語音及數據連線功能，要達成此目標並不容易，而且該技術也有部分的問題無可避免。   
雖然藍牙主導短距語音應用的領域，但在資料傳輸方面尚未造成實質的衝擊，原因有幾項，其中最重要的就是使用的簡易性。當使用者買了一個藍牙耳機想裝在手機上，最理想的使用程序就是打開包裝、裝上就可以用，但通常事情並非如此簡單。實際上，使用者得先經由使用手冊，在手機的功能選單中選擇使用模式，以進行訊號同步的程序，而每支手機的操作還不盡相同，還有耳機的部分也要選擇相同的模式才行。雖然使用方式並非最簡易，但是任何人只要查看使用手冊就可操作，願意的話，花點時間也能解決問題。然而當使用者想要用藍牙連接到電腦，進行資料同步的工作時，事情就會變得非常複雜。使用者必須要在電腦上先建立一個藍牙的個人區域網路(Personal Area Network, PAN)，並設定電腦搜尋附近的藍牙裝置，另外，還要把手機設定成可見(Visible)模式，如果彼此之間看不到(第一次可能會有此情況發生)，就必須要進行一連串問題排除的步驟。此時，使用者大概得具備IT專業背景才有能力進行這些作業。   
藍牙的另一項缺點就是資料傳輸速率。藍牙1.2與2.0版最大的傳輸速率分別是1Mbit/s和3Mbit/s。這種速率比較適合用在通訊錄或行事曆這類的資料同步上，以及如名片交換等手機與手機之間的通訊上。對某些服務供應商的網路頻寬而言，藍牙可能也能提供筆記型電腦的數據連線，然而如果手機具備MP3播放器及使用者想要傳送非常大量的音樂到手機上時，光傳輸時間就會花上好幾個小時，這種長時間等待傳輸完成的挫折感，將遠比無線的便利性來得強烈。   
藍牙的耗電狀況與運作模式、傳輸型態及所使用的晶片技術等有關。有使用經驗的人都知道，使用藍牙耳機時，手機的電池續航力會大不相同。一般而言藍牙運作時平均耗電量為45毫安培，但真正的問題是，當其待機時，仍會消耗15毫安培的電量，為的是要與裝置保持連線，如有使用者一直開著藍牙耳機，以便可隨時接聽來電時，就會明顯感受到手機電池使用時間縮短許多。另一項人為操作因素是藍牙耳機可能無法在兩次充電之間持續整天的運作，這必須視通話量多寡而定。因此耗電量對藍牙而言是相當大的問題，而藍牙晶片商也正努力降低耗電量，有些處理器甚至負擔藍牙的處理工作，以解決耗電問題，而在待機時把藍牙耳機關掉並不是好辦法，因為先前提過，藍牙耳機在啟動時需要一段時間建立連線，這段時間會長到來不及接聽一通重要的來電。   
WiFi建立連線程序耗時   
WiFi乃根據IEEE 802.11的規格，原本目的是透過筆記型電腦與區域網路建立無線網路連結功能。現在幾乎每部新的筆記型電腦都內建WiFi晶片組，所以在企業辦公環境中隨處可見，讓使用者可在辦公室中帶著電腦任意移動，或是在每個會議室或辦公室中隨時無線上網及收發電子郵件(E-mail)。此外，由於價格實惠的無線路由器(Wireless Router)已上市一段時間，無線家庭網路也已迅速成熟，使用者終於可擺脫以往只有在固定位置才能上網的束縛。此外，安全性方面也有相當的改善，使用者現在會覺得比較安心，因為不再會有人趁無線上網時窺探他們的資料。WiFi的資料傳輸速率幾乎和多數有線區域網路的速率相當，使得消費者與企業界沒有理由不使用這項無線技術。   
WiFi不僅在原來的目標市場中取得極高的普及性，現在更漸漸運用到新的應用上，如手機上的功能。舉例來說，當使用者出門在外沒有任何無線網路存取點(Access Point)或熱點(Hotspot)可存取網際網路時，可切換到如高速網路封包存取(HSPA)的蜂巢式數據網路上，等到回到家裡或辦公室時，又可立即切換到速率較高的WiFi網路。這不但能提供持續的連線上網，也意味著比單獨使用蜂巢式數據網路的費用更低。利用具備網路語音通訊協定(VoIP)電話功能的手機，使用者能在住家或辦公室中，用WiFi網路撥打電話，以降低每分鐘通話費，這對在全球各地都有員工的公司來說相當具吸引力，因為其全球相戶通訊的成本十分可觀。   
而在使用上，WiFi面臨與藍牙類似的問題，即連線建立的程序有點耗時，尤其是當第一次連到新的、具安全保護的網路時更明顯。一般來說，這種問題會因多次連線而改善，但對於手機而言，最理想的模式就是每當使用者進入存取點的通訊範圍時，就應該平順的建立連線，這表示無論使用者在何處，如果手機能連線，就應要能順暢地切換及連線，且不需要任何使用者介入操作，這項解決方案將為消費者帶來極大的好處，因為寬頻存取的時間變長，進而大幅降低長途國際電話費。   
WiFi的資料傳輸速率會依不同的規格版本而有差異，這些規格依照頻道使用、無線電技術及其他參數等有所不同。其中802.11b的速率一般是在5.5Ｍ～11Mbit/s之間；802.11a則是6M～54Mbit/s之間；802.11g最高可達54Mbit/s。至於目前仍在發展中的802.11n雖然尚未成為市場主流，但未來將有希望支援高達300M～600Mbit/s的速率。相較之下，以HSPA等技術為基礎的蜂巢式數據網路，預計在2008年可提供11.5Mbit/s的上行線路與28Mbit/s的下行線路速率，而3GPP長程演進計畫(LTE)則預計在2009年可提供50Mbit/s的上行線路與100Mbit/s的下行線路速率，WiFi如果可繼續以較低的成本提供較大的頻寬，則將能繼續保持其競爭優勢。   
WiFi在耗電量方面，尤其是對於使用電池的應用上，雖然一直有改善，但仍有相當大的努力空間。從各大主要WiFi晶片廠商的技術資料可以發現，一般在接收時大約消耗90毫安培的電量，傳輸則需消耗125～190毫安培的電量。越高的傳輸速率當然會消耗更多的電力，也因此目前在手機中的WiFi往往會在最佳頻寬與電池時效之間取捨而使效能受到限制，這方面的發展將決定WiFi在手機市場中能否保有競爭力，而有些新上市的手機產品宣稱可支援WiFi，或許已相當程度解決此一問題，這方面在2007年仍會持續有所進展。   
IrDA不適合傳輸大量資料   
IrDA的技術在歐洲與亞洲較普及，主要是在POS方面的應用。舉例來說，當旅客通過地鐵站入口時，只要把手機靠近入口處的感應器就可完成購票動作，相當方便，也不用像以往一樣要先排隊買票。雖然IrDA已存在一段時間，也常見於遙控器中，但其進入手機市場不過是近幾年的事。   
IrDA是點對點、低頻寬、短距且需直視路徑(Line-of-sight)的通訊技術，在理想狀況下，IrDA最大可在1公尺內提供16Mbit/s的最高速率，但裝置傳輸之間不能有任何阻擋物。這樣的特性有好有壞，如果傳輸裝置沒有適當的放置之處，必須要長時間拿著一個裝置不動，還得維持傳輸的直視路徑，對使用者來說是一大困擾，故這項技術並不適用於傳輸大量資料上。而對其他有線或無線傳輸而言就沒這問題，因為其並不需直視路徑傳輸。可是相對來說，IrDA傳輸上的指向性反而形成獨特的安全優勢，因資料傳輸時不易被周遭其他人接收到，但藍牙與WiFi就會有被截聽的問題。使用者在用IrDA傳輸資料時知道是誰在直視路徑上接收資料，這在以POS進行交易時非常重要，因為會牽涉到個人資料的傳輸，當顧客要用這種方式消費時，如果看到可疑的人有機會竊取個人資料的無線訊號，就會提高警覺。   
IrDA的功耗可分三類，包括關機、待機及傳輸。在關機狀態時不耗電，但使用者必須要開機才能用，而且多數的使用者情願維持開機狀態，以隨時快速啟動以接收來自其他裝置的連線。在待機時的耗電量約為100微安培，對電池的耗電量而言算是最低的，此時使用者可接收及啟動連線。當連線建立且傳輸進行時，耗電量就會劇升達至100毫安培或以上，且會隨傳輸速率提升而增加。對於POS交易或手機間通訊資料交換等短時連線應用而言，這種耗電量尚可接受，但是對於數據連線或音樂及相片檔案傳輸等長時間的傳輸，則電池電力很快就會消耗完。   
USB使用便利性最佳   
USB一開始原是想取代電腦序列傳輸埠RS-232、滑鼠與鍵盤用的PS-2及Centronix和印表機連線用的IEEE-1284並列埠而提出的單一通用行接頭與基礎的通訊協定。時至今日，USB已是所有電腦的標準介面之一，再加上USB-IF不斷努力增加新功能，滿足業界與市場的需求，如USB Mini及手持式應用專用的micro-USB接頭的定義。USB已成為連接手機與電腦之間的介面選擇，特別是在大量儲存資料的傳輸上。原本為了能迅速簡單的傳送檔案和進行通訊錄的同步作業，因此需要手機與電腦之間的連線，但隨著越來越多的手機整合數位相機與音樂播放器等功能，消費者也會期待這些功能在傳輸上的效能可以和以往使用單純的數位相機或播放器等裝置時一樣好。   
就使用的便利性而言，USB是本文提到所有連線方式中的首選，消費者只要接上就可以運作，且不再須要安裝驅動程式就能辨認USB的周邊裝置，正充分展現使用簡單與隨插即用的特性。就資料傳輸率而言，目前採用12Mbit/s的全速FS-USB的手機已上市多時，讓手機可以較低的成本就能具備USB的功能。然而有越來越多的使用者想要在電腦與手機之間傳送大量的相片及音樂檔，而且還希望傳輸效能可以和使用iPod或數位相機時一樣，因此手機的USB也正朝向480Mbit/s的高速HS-USB發展。有鑑於此，業者便推出West Bridge Antioch裝置(圖1)的設計來提升大量儲存資料傳輸的效能。這項設計提供電腦與Flash、SD卡、硬碟機等大量儲存裝置之間的路徑，毋須處理器介入，讓使用者能以更快的傳輸速率瞬間完成大量檔案下載的工作，也因為這項設計目標鎖定手機應用，因此小型化、低功耗也成為標準項目。

圖1　WestBridge Antioch在手機中的應用

USB本身就有電力線，因此不須擔心功耗問題。USB在電腦上等裝置的主控端(Host)連接埠，必須提供500毫安培的電力給連線啟動下載中的周邊裝置。因此，一旦手機接上電腦並且開始傳輸資料時，手機中的USB晶片所需的電力就可從主控端提供。當手機與電腦的連線尚未建立時，USB晶片會處於待機模式，而耗電量則降至僅有微安培的程度，沒有資料傳輸時，USB晶片並不須處於啟動模式，因此如實體層等部分USB資料路徑，就可只由Vbus供電。也就是說，當Vbus也沒有連接上時，整個裝置是完全沒有電源，因此耗電量幾乎是零。另外，連線存取時所獲得的500毫安培電力還可用來對手機電池充電。但有一點要注意，現階段USB的規格無法有效地對完全沒電的手機充電，因為手機至少要能開機讓主控端列舉裝置(Enumerate)，才有辦法取得整個500毫安培的電力。如果手機無法開機，就只能慢慢汲取2.5毫安培的電力充電，一直到電力足以啟動手機且讓裝置列舉以獲得500毫安培的電力，這樣可能會花更長的時間，因為一般市電充電的電流是介於1～1.5安培之間。   
USB-IF目前正在進行USB 2.0與OTG標準規範的增補計畫，其中將訂定解決上述問題的方法，預計在2007年可完成。中國大陸也已完成一套類似的標準規格。儘管手機廠商已在USB建置充電功能，手機可利用連接主控端USB時充電，也可用USB連接器透過市電進行充電。但這些手機所採用的專利技術並不見得能在電池完全沒電的狀態下有效地進行充電。也就是說，如果電池完全沒電，亦即電力不足以讓USB晶片開機並完成主控端裝置列舉，手機看起來就會處於一直在充電的狀態，即電力至少還會上升，一直到電力足夠完成裝置列舉，而且這些專利機制也會各自偵測市電的充電器，使得各家廠商的充電器無法通用，未來手機廠商將會轉為支援USB的修定規範，藉以取得USB認證。此外，USB-IF也正針對手機定義一套標準的方式，如電流較大的市電，因為市電充電器製造商能提供同樣的產品給手機廠商，因此標準、低成本的USB市電充電器將成為一套開放標準。USB的無線技術Certified Wireless USB要能先在電腦上大量普及之後，才會開始進入手機市場，因此還需要一段相當的時間。使用Certified Wireless USB的用戶當然就不能在享有對手機充電的好處，但有一項因素可能加速其在手機上出現，就是該技術與藍牙2.0一樣都採用了超寬頻(Ultra-wideband, UWB)的無線電技術，這表示同樣一套技術可能會在不同的用途與時機下支援藍牙和Certified Wireless USB，這種整合性將會是手機能否持續成為全功能通訊娛樂裝置的關鍵點。   
藍牙/Certified Wireless USB為未來手機傳輸發展重點   
今日的手機正逐步整合各種功能，這也使手機必須支援多種不同連線方式，而每種方式都有最適合的功能和應用，設計人員必須熟悉這些技術的優缺點才能正確取捨，以針對市場區隔設計最多功能、具成本效益的手機。   
手機的發展正逐步成為全功能的可攜式裝置，可支援消費者在通訊及娛樂方面的需求，而手機用戶與服務業者並不會等待手機推出最佳化的新規格，設計人員必須採用現有既定的連線方式，以提供必要的功能，而非重新設計。當然未來的發展有可能改變，但很明顯的採用UWB無線電技術的藍牙2.0與Certified Wireless USB將成為重點，因為用同一套無線技術，依照使用情境的不同，就能有兩種連線方式可選用，這也是整合設計能減少手機設計複雜度的最佳範例，也能設計出更具效能及成本效益的解決方案。