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USB 無線化

( 01 Aug 2006 )
作者：Jon Titus, ECN資深技術編輯

如果USB連接埠具備無線通訊的能力，就能讓電腦後面的一大堆導線消失，並且無須借助路由器設置無線網路更不用設置導線，就能把筆記型電腦從一個房間移到另一個房間。

無線USB、無線FireWire（IEEE 1394)和其他短距離通訊，將以不超過-41.3 dBm的電平佔用頻譜的超寬頻(UWB)部分，從3.1 GHz至10.6 GHz。UWB是指可用頻譜，不是指特定的微波元件類型或通訊技術。到目前位置，只有FCC批准了7.5 GHz的UWB頻譜。其他地方的監管機構尚有待為類似的高頻寬短距離通訊分配頻譜和批准功率電平，而FCC的頻率分配則與某些地區現有的無線服務衝突。

無線USB標準之間的亂戰
向無線USB的轉移，意味著消費者今年底前將陸續在商店貨架上發現WUSB產品。市場目前出現兩種互相競爭的標準，一種是以飛思卡爾半導體公司開發的技術為中心，另一種則使用由包括英特爾、微軟、德州儀器等公司在內的聯盟開發的技術。不過到目前為止，飛思卡爾處於領先。
飛思卡爾的技術被稱作直接序列超寬頻(DS-UWB)，無須改變軟體或硬體就能向現有USB2.0 插座提供WUSB能力。主機設備（一般是PC）上的USB收發器建立與WUSB集線器的無線連接，後者連到印表機和掃描器等USB設備（圖1）。

飛思卡爾的XS110晶片組在單獨晶片中提供MAC、物理介面元件（PHY）和微波元件。該公司的WUSB鏈路工作在110 Mbps左右的速度，並提供大約75 Mbps的有效資料速率。用戶可期望大約10米的平均距離。如果設計師降低資料速率，並向發射部分添加更多的前向糾錯（FEC）和系統開銷，就能把距離增加到大約20米。這種晶片組和其他晶片組提供兩個安全級別。首先，通訊採用128位元先進加密標準（AES)。其次，寬頻技術產生低截取概率和低檢測概率信號，實際上，信號看起來就像雜訊。

除了PC以外，嵌入式系統也能利用XS110晶片組，如果具備USB插座，便可利用上述USB收發器/集線器方法。如果不存在USB信號，那麼設計師可以通過高速差分介面（HSDI）把晶片連接到幾乎所有的匯流排。未來XS110晶片將為TCP/IP通訊做好準備，兩者能共存於一套WUSB裝備內。因此，設計師能在一個標準的星型拓樸結構內操作WUSB系統，並把短距離點到點TCP/IP通訊添加到其他設備。後面這種通訊需要標準的網路驅動程式。

關於飛思卡爾的競爭對手，可從WiMedia聯盟（www.wimedia.org）開始開始著手瞭解，該機構的組建目的是圍繞單一微波技術開展通訊的標準化。該機構的多頻帶正交頻分複用（MB-OFDM）規範描述了一種微波技術——公共微波平台——它將在UWB頻譜的若干528 MHz 頻率“塊”內部的128個頻帶內工作。這類微波技術的通訊速率達 1 Gbps。該協會在若干協議方面保持中立，它們能“連接”到底層的WiMedia體系結構（圖 2）。成員們正在實施 WUSB、藍牙和 FireWireless 專案。為了確保與 MB-OFDM規範的相容性，該聯盟將對微波技術執行認證測試。

USB實施者論壇是一個單獨的機構，以WiMedia聯盟的共同微波平台為基礎實施認證無線USB(CWUSB)。該論壇主席兼總裁、英特爾策略長Jeff Ravencraft表示：“CWUSB是由建立有線USB2.0規範的公司來定義。”該機構最近完成了認證無線USB連接模式1.0.規範，它告訴開發者如何構建一種將把設備和主機適當連接起來的CWUSB設備，並確保了很高的安全性。

USB 實施者論壇在它的網站（www.usb.org）上提供CWUSB規範供所有人使用。Ravencraft 說：“當你把CWUSB放在商業產品中時，你應該變成一位採納者，並領取該技術的許可證。它是免費的，你只需要簽一份協議。”

為了確保產品符合CWUSB規範，USB 實施者論壇將執行達標及互操作性計畫。該論壇或第三方還將執行WiMedia微波達標測試。通過了這些測試並已被授予標識許可證的廠商可以使用該論壇的 "Certified Wireless USB" 標識。

Ravencraft 預計CWUSB將吸引那些使用非 Windows 作業系統的嵌入式系統開發商，這是由於WUSB提供了一種有限主機（或嵌入式主機）能力。有限主機能與其他設備通訊，但它無法提供基於 PC 的主機具有的靈活性。有限主機設備將在工業產品和醫療儀器中找到用武之地。

符合WUSB的新型設備
許多公司已開始公佈並提供CWUSBMAC、PHY和微波晶片。以下是來自幾家供應商的設備實例：

Alereon公司（www.alereon.com）將生產 AL4000 晶片家族，最初型號是 AL4200和AL4100 晶片，它們組成了WiMediaPHY，你可把它和來自其他廠商的 MAC 配對。由於WiMedia規範定義了一個標準的MAC至PHY介面，因此設計者可以把晶片混合或匹配起來。幾個月之內，該公司將提供AL4300，它將和AL4100一起組成設備端的CWUSB介面。Alereon AL4300 MAC/基頻處理器晶片將包含該公司的“行動無線”(Wireless-on-the-Go）能力，這使它能和任何符合CWUSB的設備建立一對一連接。

今年早些時候，NEC公司（www.necel.com/usb/en/wusb）宣佈了PD720180設備導線轉接器（DWA)，它能提供一條上游USB通道和四條下游USB通道，這使它適合用在無線集線器中。該晶片需要一個外部WiMedia微波元件。該公司面向CWUSB應用的PD720170主機控制器在一側提供了一個PCI/Card-Bus介面，而在另一側則連接到WiMedia微波元件。該晶片能與多達 32個CWUSB設備一起運行，並提供控制資料、批量資料、中斷資料、同步資料傳輸。

WiQuest 公司（www.wiquest.com）提供天線、設備驅動程式各種產品，並且它的晶片可作為主機導線轉接器（HWA）或設備導線轉接器（DWA)。WQST110 MAC-PHY晶片和WQST101微波晶片將於七月之前出現在CWUSB產品中。除了晶片以外，該公司還銷售WQST100EVK評估套件。嵌入式系統開發商可由WiQuest PCI Express卡開始，並把該佈局嵌在自己的設計中。或者，他們可以在WQST晶片上使用並行通用主機介面。微軟公司最終將會提供WUSB驅動程式，不過WiQuest目前為那些必須迅速開始的早期採用者提供自己的Windows驅動程式。

Wisair公司（www.wisair.com）在2005年中獲得了FCC對其開發工具包的批准，為自己的502 PHY/微波晶片和531基頻/MAC晶片提供參考設計。今年晚些時候，Wisair將供應一種相容WiMedia的MAC/PHY組合——它的502和542晶片。到年底，工程師將能在單一晶片上獲得這些功能，這就是601晶片。各晶片提供了開發商可按需要配置的PCI、並行、安全數位I/O 介面。該公司將提供端到端設計，並且還能在天線設計方面提供幫助。

在向微軟和英特爾的驅動程式過渡期間，Wisair將供應軟體，使工程師能設置、測試晶片並執行診斷。診斷軟體會向工程師提供通道的使用情況、分組錯誤率等資訊。需要更多資訊？關於WUSB系統的更多資訊，請在 www.ecnmag.com 參見本文網路版本中的“讓WUSB接受考驗”(PuttingWUSBto the Test)、“WUSB 軟體考慮事項”(WUSB Software Considerations)、“參考資料”(For Further Reading)。

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