索尼公司業(yè)務(wù)執(zhí)行董事、SVP電視業(yè)務(wù)本部長福田隆志表示：“遙控器的通信方式從紅外線改為RF以后，人們在使用遙控器時就不用再考慮電視的位置和遙控器的指向了。”
很長時間以來，電視遙控器基本上都是利用紅外線的方式傳送信號�，F(xiàn)在，這種狀況正在發(fā)生很大的變化。利用無線電波(而不是紅外線)的RF遙控器的研發(fā)工作和產(chǎn)品策劃正在迅速取得進展(見圖1)。
圖1 生活環(huán)境的變化帶來RF遙控器時代
索尼公司推出了15款新型BRAVIA系列液晶電視，于2007年9月20日起陸續(xù)上市，其中有13款產(chǎn)品都采用了RF遙控器作為標(biāo)準(zhǔn)配件。由于操作簡單且使用時無需對準(zhǔn)電視，因此索尼將該遙控器命名為“置樂遙控器”，意思是“放在地板上都可以輕松使用的遙控器”。在日本，這是第一次正式推出用于電視的RF遙控器。
打算采用RF遙控器的并不只是索尼公司。某遙控器生產(chǎn)商的工程師表示：“許多電視制造商都在催促我們盡快供貨。以前我們就曾提出過RF遙控器的方案，現(xiàn)在，電視制造商終于和我們的想法一致了。”
采用RF遙控器的四大原因
以前就有人提出可以利用RF遙控器取代紅外線遙控器。與紅外線遙控器相比，RF遙控器在操作自由度及雙向性、設(shè)計自由度等方面具有很大的優(yōu)勢(見表1)。但是，由于元器件及材料成本較高，因此電視制造商一直沒有正式采用。不過，在以下四個因素的作用下，這種狀況最近開始發(fā)生了變化。
表1 RF遙控器和紅外線遙控器的性能比較
首先，客廳中電視的使用狀況發(fā)生了變化;其次，任天堂公司的家庭游戲機Wii所采用的RF遙控器獲得了很大成功;再次，可以聯(lián)網(wǎng)的電視逐漸普及，市場對于鼠標(biāo)或鍵盤等輸入設(shè)備的需求量增加;最后，用于RF遙控器的無線收發(fā)器的性能迅速提升。這些變化導(dǎo)致RF遙控器走向?qū)嵱谩?/font>
紅外線遙控器難于使用
目前，客廳中電視周圍的環(huán)境發(fā)生了很大變化。過去，以電視為中心，錄像機等音/視頻設(shè)備通常都集中擺放在電視周圍。但隨著平板電視的應(yīng)用，越來越多的家庭開始分散地擺放各種音/視頻設(shè)備。用戶在使用紅外線遙控器進行操作時，必須對準(zhǔn)設(shè)備上的紅外線接收器。當(dāng)設(shè)備放在不同位置時，用戶就必須把遙控器對準(zhǔn)每一臺音/視頻設(shè)備的方向逐個操作，非常麻煩。
同時，由于電視屏幕不斷增大，紅外線遙控器也變得更加難以使用。在電視屏幕超過50英寸的情況下，當(dāng)遙控器過于接近電視時，即使遙控器對準(zhǔn)了電視的方向，它發(fā)送的信號有時也很難傳到電視上的紅外線接收器中。因為，在這種情況下，電視的紅外線接收器往往位于遙控器的輻射角(±30。)范圍之外。
為了解決這些問題，最近有越來越多的電視都設(shè)置了2個~3個紅外線接收器，或采用了具有2個紅外線發(fā)光元件的遙控器。而RF遙控器基本沒有指向性，因此可以輕松地解決上述問題。
Wii遙控器及互聯(lián)網(wǎng)電視
任天堂公司的Wii所使用的“Wii遙控器”獲得了很大成功，用戶認可了使用全新輸入方法的樂趣，這也提高了電視制造商在進行同類產(chǎn)品策劃時的信心。RF遙控器能夠向電視連續(xù)發(fā)送加速度傳感器或接觸傳感器的輸入信號，而這一點對于紅外線遙控器來說，難以勝任。某遙控器生產(chǎn)商的工程師解釋說：“這是因為，搖動或旋轉(zhuǎn)的輸入方法是紅外線所不可能實現(xiàn)的。”
另外，當(dāng)能夠聯(lián)網(wǎng)的PC開始進入客廳時，就必須使用鼠標(biāo)及鍵盤這樣的輸入設(shè)備。為了避免在客廳中增加過多的電線，最好能采用無線輸入設(shè)備。
夏普公司在2007年春上市的“互聯(lián)網(wǎng)AQUOS”產(chǎn)品結(jié)合了液晶電視和PC，它采用的RF遙控器具有可代替鼠標(biāo)的觸摸板，這樣，就可以利用同一個遙控器來操作PC和電視。
比紅外線遙控器更加耐用
RF遙控器的實用性得到進一步提高的另外一個理由是，無線收發(fā)器的性能有所改善。尤其是低功耗的收發(fā)器產(chǎn)品陸續(xù)上市，極大推動了RF遙控器的實用化進程。
索尼公司的“置樂遙控器”中由于采用了低功耗的收發(fā)器，所以，其使用時間比以前的紅外線遙控器更長。索尼公司BRAVIA系列的市場拓展業(yè)務(wù)負責(zé)人介紹說：“由于功耗降低，因此可將過去的2節(jié)5號電池改為2節(jié)7號電池。于是，整個遙控器變得很薄。即使這樣，它的電池壽命還是達到了紅外線遙控器的2倍左右。”
RF遙控器的使用時間變長的主要原因是，射頻收發(fā)器在待機時的消耗電流大約是以前的1/10，只有幾mA。而且，在使用紅外線遙控器時，為了將信號成功地發(fā)送出去，往往需要反復(fù)發(fā)送好幾次，這正是耗電大的原因。
此外，RF遙控器的電路是精心設(shè)計的，當(dāng)按下遙控器按鍵時，就產(chǎn)生觸發(fā)信號，使MCU或發(fā)送電路立即啟動，并具有先進的低耗電模式，使用效果很好。除了低功耗技術(shù)外，延遲時間(從按下按鈕到信號被電視接收所需的時間)的改善、以及可在全球通用的2.4GHz頻段芯片的普及，都是推動RF遙控器進入實用化的動力(見圖2)。
圖2 RF遙控器需要滿足的條件
可實現(xiàn)應(yīng)答式遙控器
利用沒有指向性的雙向RF遙控器，將有可能設(shè)計出紅外線遙控器無法實現(xiàn)的新功能。
索尼公司已經(jīng)推出了放在餐桌上使用的“固定式遙控器”(見圖3)。以前，老年人就有強烈的需求，希望使用放置在固定位置的遙控器。此外，還會有許多采用全新輸入方法的遙控器出現(xiàn)。除了像任天堂公司的Wii遙控器那樣內(nèi)置加速度傳感器的產(chǎn)品以外，還會有利用接觸傳感器或壓力傳感器的產(chǎn)品。
圖3 今后的RF遙控器
具有應(yīng)答功能的遙控器也會很快面世。這種遙控器利用了雙向性的特點，可以由電視向遙控器發(fā)送信號，以確認遙控器的位置，這樣可以更快找到被埋沒于房間角落的遙控器。
而且，在使用RF的情況下，將有可能在短距離內(nèi)實現(xiàn)遠優(yōu)于紅外線性能的高速數(shù)據(jù)通信。把數(shù)據(jù)廣播的內(nèi)容發(fā)送到遙控器中的應(yīng)用也在考慮之中。或者，如果是集成了藍牙功能的手機，也可以利用藍牙無線功能，將手機當(dāng)作遙控器使用。
遙控器輸入方法的改變，可能會影響電視或錄像機等音/視頻設(shè)備的功能。以蘋果公司的iPhone為代表，現(xiàn)在的用戶非常關(guān)心產(chǎn)品的用戶接口。借引入RF遙控器的機會，電視和機頂盒的用戶接口也可能會產(chǎn)生變化。
需要降低元器件及材料成本
但是，目前還不會發(fā)生RF遙控器迅速取代所有紅外線遙控器的狀況。首先會被取代的將是一部分高檔電視中使用的多功能遙控器。最初，這些RF遙控器的發(fā)貨量每年大約只有100萬臺。遙控器的全球市場規(guī)模約是5億~6億臺，這部分最先采用的RF遙控器還不足1%。
在RF遙控器發(fā)貨量不大的情況下，RF收發(fā)器也難以依靠量產(chǎn)降低成本，所以，RF遙控器的元器件及材料成本將居高不下。據(jù)某遙控器生產(chǎn)廠商的工程師推測：“RF遙控器的元器件及材料成本暫時是多功能紅外線遙控器的元器件及材料成本的2倍~3倍(見圖4)。”
圖4 需要降低元器件及材料成本
要使RF遙控器得到普及，關(guān)鍵在于怎樣把采用射頻收發(fā)器而增加的成本降下來。因此，半導(dǎo)體廠商將受到更多關(guān)注，他們需要提高收發(fā)器的集成度以削減外圍元器件的數(shù)量，或?qū)⑦b控器的控制器和射頻收發(fā)器集成在一塊芯片上。
技術(shù)篇
多種無線技術(shù)瞄準(zhǔn)新市場802.15.4憑低功耗獨占鰲頭
面向電視的RF遙控器市場本身是一個新市場，但是，有可能被RF遙控器采用的無線通信技術(shù)有好幾種。預(yù)測認為，面向電視及DVD錄像機的遙控器可能會成為巨大的市場，計劃進入該市場的無線通信方式如圖5所示。
圖5 進入RF遙控器領(lǐng)域的無線通信標(biāo)準(zhǔn)
第一批進入候選的是2.4GHz頻段的特定小功率無線通信以及315MHz頻段的弱無線通信，它們是PC的無線鼠標(biāo)或無線鍵盤可使用的技術(shù)。這些技術(shù)大多是少數(shù)芯片廠商的特有技術(shù)：在2.4GHz頻段，有賽普拉斯半導(dǎo)體公司的WUSB技術(shù)和挪威Nordic半導(dǎo)體公司的無線通信技術(shù);弱無線通信則是美國Integration Associates公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
夏普公司的互聯(lián)網(wǎng)AQUOS使用的RF遙控器采用了賽普拉斯半導(dǎo)體公司的無線技術(shù)。賽普拉斯半導(dǎo)體(日本)公司應(yīng)用技術(shù)部主任落合武表示：“我們今后也打算積極進入面向電視的RF遙控器市場。”
此外，在家庭游戲機的應(yīng)用中，任天堂的Wii及索尼的PlayStation 3的遙控器采用的都是藍牙技術(shù)。甚至，越來越多用于卡拉OK設(shè)備的RF遙控器也開始采用藍牙或WLAN。
索尼公司采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)
但是，要想取代已經(jīng)使用30年的紅外線遙控器，RF遙控器在功耗及延遲時間等性能和成本方面還存在著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)(見圖2)。在這幾方面，現(xiàn)有無線技術(shù)中大部分都不能完全滿足要求，在功能或性能上還存在不足。因此，大部分的無線通信技術(shù)都必須重新制定標(biāo)準(zhǔn)。
第一個挑戰(zhàn)是功耗。普通的紅外線遙控器的電池壽命均長達半年~1年以上。對于許多近距離無線通信技術(shù)來說，很難達到或超過這么長的電池壽命。使用方法接近于RF遙控器的無線鼠標(biāo)的目標(biāo)電池壽命大致只有3個月。
于是，本來不屬于近距離無線通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)受到關(guān)注，這就是針對傳感器網(wǎng)絡(luò)以及樓宇/工廠的照明設(shè)備和空調(diào)管理而制定的ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee在當(dāng)初制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時就規(guī)定電池需要確保工作1年~2年。并且，最近的ZigBee產(chǎn)品在使用休眠模式時的消耗電流很低，只有幾mA(見表2)。某遙控器生產(chǎn)商表示：“有些產(chǎn)品在休眠模式下的消耗電流還不到1mA，比電池的泄漏電流還小。”
表2 RF遙控器可利用的無線技術(shù)
索尼公司在用于電視的RF遙控器中采用了符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)(針對物理層和MAC層的ZigBee標(biāo)準(zhǔn))的無線收發(fā)器。該公司表示，選用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的理由之一，是能夠延長遙控器的電池使用壽命。索尼公司解釋說：“游戲機中采用藍牙標(biāo)準(zhǔn)的遙控器需要比較頻繁地更換電池。這對于偶爾使用的游戲機來說問題不大，但對于日常使用的電視機來說，就不太合適了。”
免費的遙控器命令群
除索尼公司以外，其它家電廠商對于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)也非常關(guān)注。在這樣的背景下，一直在推動ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的芯片及模塊供應(yīng)商，也都把采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)或IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)器轉(zhuǎn)向RF遙控器市場(見表3)。尤其是飛思卡爾半導(dǎo)體公司在2006年中期又開發(fā)出RF遙控器的參考電路板，表示出進入新市場的積極態(tài)度。
* 100日元約合6.8元人民幣
表3 RF遙控器中可采用的IEEE 802.15.4模塊產(chǎn)品
飛思卡爾半導(dǎo)體公司采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器芯片及SiP產(chǎn)品(將收發(fā)器芯片和MCU裝在一個封裝里)都可以直接用于RF遙控器。同時，公司針對ZigBee網(wǎng)絡(luò)層以上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，又開發(fā)出獨特的ECN(娛樂控制網(wǎng)絡(luò))協(xié)議，省略了ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)功能等。該協(xié)議庫將免費向遙控器生產(chǎn)廠商提供。
飛思卡爾半導(dǎo)體(日本)公司表示：“ECN中共有16000條命令，利用這些命令，即使那些沒有通信專家的模塊廠商或整機廠商也能簡單地做出產(chǎn)品。”在這些命令中，既包含了電源的開/關(guān)以及音量的調(diào)節(jié)等基本命令，也包含了在使用RF遙控器操作家電時的配對指令等。僅是遙控器生產(chǎn)廠商的通用命令就有600條。
就IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)來說，其延遲時間及制造成本都可以滿足遙控器所要求的條件。沖電氣工業(yè)公司表示：“從休眠狀態(tài)到空載狀態(tài)的恢復(fù)時間不到20ms。從空載狀態(tài)到發(fā)送狀態(tài)所需要的時間，在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定也不到幾十ms。”無線模塊及遙控器生產(chǎn)商日本SMK公司表示：“我們的模塊的延遲時間是80ms，滿足了遙控器所要求的小于100ms的條件。”在成本方面，因為收發(fā)器本身不需要重新開發(fā)，因此，可以通過量產(chǎn)降低成本。某模塊生產(chǎn)廠商表示：“量產(chǎn)規(guī)模為1000個時，模塊的單價為1500日元~3000日元。但當(dāng)量產(chǎn)規(guī)模達到100萬個時，單價就可以降低到500日元以下。”
藍牙也在向低功耗方向發(fā)展
在ZigBee的IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)受到關(guān)注的同時，藍牙芯片供應(yīng)商也在計劃進入RF遙控器市場。但是，CSR(日本)公司銷售業(yè)務(wù)董事深田學(xué)指出：“藍牙標(biāo)準(zhǔn)用于遙控器時存在消耗電流和延遲時間的問題。”
藍牙耳麥在使用容量為100mAh~200mAh的普通電池時，待機狀態(tài)下的使用時間只有100小時~200小時，連續(xù)通話時更縮短為4小時~10小時。因此，即使遙控器中使用了容量為1000mAh~2000mAh的5號電池，也難以維持半年~1年的使用時間。而且，消耗電流和延遲時間是互相制約的兩個參數(shù)。盡管廠商可以通過低功耗設(shè)計來減小消耗電流，但結(jié)果將會導(dǎo)致延遲時間大幅增加，甚至出現(xiàn)過延遲時間達到幾秒的實例。
制定藍牙標(biāo)準(zhǔn)的團體藍牙SIG已經(jīng)開始致力于解決這一問題。藍牙SIG在2007年6月宣布，將諾基亞公司開發(fā)的超低功耗無線通信技術(shù)Wibree作為ULP(超低功耗)藍牙標(biāo)準(zhǔn)予以采用。在2007年7月下旬，藍牙SIG又正式制定出提前采用一部分ULP標(biāo)準(zhǔn)的藍牙2.1+EDR標(biāo)準(zhǔn)。在藍牙2.1+EDR中增加的功能，包括面向無線鼠標(biāo)及無線鍵盤等HID(人機接口設(shè)備)的低功耗SSR(Sniff Subrating)功能，以及簡單配對(Simple Pairings)功能等。
在藍牙2.1+EDR標(biāo)準(zhǔn)中，修改的不是物理層，而是MAC層的控制信號協(xié)議。藍牙消耗電流大的原因，并不是在待機或發(fā)送時的消耗電流的絕對值特別大。藍牙中深度休眠模式下的消耗電流只有10mA左右，和IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)并沒有太大差別(見圖6)。
圖6 平均消耗電流取決于數(shù)據(jù)收發(fā)次數(shù)
主要原因是，在以前的藍牙標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，即使在待機時，主單元為了同從單元進行連接確認，也需要頻繁地向從單元發(fā)送各種用于控制的信息包(見圖7)。當(dāng)從單元接收到這些信息包時，都需要從深度休眠模式回到能夠收發(fā)數(shù)據(jù)的有源模式。這樣一來，在芯片中特意準(zhǔn)備的低電流工作模式就無法發(fā)揮作用。
圖7 藍牙標(biāo)準(zhǔn)也在大幅削減功耗
新的藍牙標(biāo)準(zhǔn)把用于連接確認的檢測(POLL)包與其它的信息包明確區(qū)別開來，并規(guī)定從單元對POLL包以外的信息包可以保持深度休眠模式。據(jù)藍牙SIG介紹，這樣一來，消耗電流的平均值就會下降到以前的1/5以下。而且，延遲時間不會變長。
另外，在ULP藍牙標(biāo)準(zhǔn)中，物理層的技術(shù)規(guī)格也有變化。Nordic半導(dǎo)體公司開發(fā)的突發(fā)脈沖(shock burst)傳輸模式，以及代替以前的頻率跳變技術(shù)的頻率捷變(frequency agility)技術(shù)都被加入到標(biāo)準(zhǔn)之中。Nordic半導(dǎo)體公司的地區(qū)銷售經(jīng)理澀谷法久解釋說：“采用頻率捷變技術(shù)的電路的功耗，只有采用頻率跳變技術(shù)時的1/4左右。再加上MAC層技術(shù)規(guī)格改變后的效果，ULP藍牙的平均功耗將下降到以前的1/10以下。”
開始開發(fā)下一代遙控器
當(dāng)采用這些新技術(shù)的產(chǎn)品推出后，電視的RF遙控器的接口僅僅是名字不同，在實質(zhì)上，這些無線技術(shù)從功耗到頻率捷變技術(shù)都相差無幾。能否在這些產(chǎn)品中突現(xiàn)出不同，將主要依賴于其是否具有相互連接性，以及向下一代遙控器的擴展性和可發(fā)展性。
所謂下一代遙控器，以電視使用的RF遙控器為例，就是用于控制立體聲設(shè)備、手表、照明燈具、空調(diào)、門口的監(jiān)視攝像頭或警報器等家庭安全設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備的遙控器�？梢哉f，遙控器可以實現(xiàn)整個家庭的自動控制。ZigBee和藍牙兩個陣營都正在制定關(guān)于下一代遙控器的通信標(biāo)準(zhǔn)(見表4)。
表4 藍牙和ZigBee正在制定的新的規(guī)范
ZigBee標(biāo)準(zhǔn)陣營推動這種家庭自動化控制的原因在于，在單純的RF遙控器中，網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)等功能不能發(fā)揮作用。而且，由于要和紅外線遙控器競爭，因此會面臨必須低價銷售的危機。ZigBee SIG日本常務(wù)理事、OTSL董事長兼CEO波多野祥二指出：“如果RF遙控器僅僅是用來取代以前的紅外線遙控器，那并不會產(chǎn)生真正的附加價值。只有在應(yīng)用到各種不同設(shè)備協(xié)同工作的家庭自動化控制平臺上以后，采用ZigBee的意義才會顯現(xiàn)出來。”在IEEE 802.15.4模塊的網(wǎng)絡(luò)層以上采用了ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的英國Jennic公司和M2M(日本)公司，也大體同意上述意見。
但是，ZigBee的問題是尚未充分確立相互連接性。在目前看來，ZigBee在確保相互連接性方面需要花費的成本不多，可以算是ZigBee的優(yōu)勢。因為某些應(yīng)用只需要在同一廠商的產(chǎn)品之間確保1對1的連接就可以滿足要求(如遙控器和電視等各種音/視頻設(shè)備之間的連接)，在這些應(yīng)用中，這種優(yōu)勢很有效。
但是，當(dāng)需要在家庭中讓各種不同廠商的設(shè)備通過無線方式進行協(xié)調(diào)操作與控制時，確保相互連接性就成為前提條件。因此，如果大家都開始追求確保相互連接性的話，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)就會失去目前所擁有的這種優(yōu)勢。為了確保相互連接性，ZigBee陣營已提出了采用規(guī)范認證手續(xù)的構(gòu)想，但并沒有制定出具體的內(nèi)容以及開始的時間。某ZigBee芯片廠商指出：“最好不是由ZigBee廠商來制定標(biāo)準(zhǔn)，而是由家電廠商來帶頭進行標(biāo)準(zhǔn)制定工作。”
另一方面，CSR(日本)公司的深田學(xué)表示：“藍牙陣營以全球市場藍牙安裝率達50%的手機為中心，已經(jīng)準(zhǔn)備好了可以用來連接各種不同終端的環(huán)境。如果使用手機作為遙控器，只要把無線模塊集成入連接方的終端就可以了，而且封裝成本也可以降低。”即使如此，在采用新的規(guī)范時，用于確保相互連接性的成本及時間也是需要設(shè)法解決的問題。
未來，RF遙控器是僅僅取代紅外線遙控器還是更有前途，將取決于這些無線通信技術(shù)的發(fā)展程度。 |
