現在是HD爆滿的時代，紅光正在轉成藍光，高畫質電視與家用攝影機如火如荼展開。在網路電視(IPTV)蠢蠢欲動時，電視畫面顯示尺寸也在進行PK賽往大尺寸發展。而HDMI也不負眾望站穩了腳步，顯示器、電視、數位機上盒、藍光光碟機、超多聲道的擴大器，都可見HDMI的影子。當電視尺寸大到某種程度，其電視的擺置及喇叭的接線，將是消費者要費心的問題。因此，一些廠商提出了電視擺放桌與喇叭擴大機的家用數位科技組合產品。
從上述現象可去思考幾個問題，如電視機的無線遙控器促進了電視的普及，手機盛行也與無線通訊脫離不了關係。從正面角度思考，無線技術確實對消費者帶來很大的方便性。
當USB成主流之後，Wireless USB隨之誕生，同樣的邏輯也發生在HDMI身上。在全球最大的消費性產品CES-2007展覽上，恩智浦(NXP)動態展示了以超寬頻(UWB)技術作成Wireless HDMI的傳送機與接收機，且可以傳1080P的訊號。
事實上，許多廠商早已發現到此課題，2006年10月分，新力(Sony)、松下電器(Panasonic)、東芝(Toshiba)、三星(Samsung)與SiBEAM結盟成立了WirelessHD Interest Group組織，企圖利用毫米波的超高速通訊能力來載送HDTV的影像訊號，目前定下的目標為在室內10公尺的範圍，能夠有4Gbit/s的高傳輸速率。
由於目前Wireless HDMI官方並無正式的規格存在，如何實踐全看廠商的設計思想及產品市場規畫，從技術面及各國政治對無線頻帶的規畫與限制層面來思考，毫米波、多重輸入多重輸出(MIMO)及超寬頻三者都有機會成功(表1)，且都是不錯的選擇方案。目前2.4GHz頻帶與微波爐有干擾的問題，而5GHz頻帶的無線網路與超寬頻同時使用時，也可能相互干擾，而60GHz的毫米波地段目前則沒有干擾的疑慮。
| 表1 60GHz毫米波、802.11n與UWB之特性 |
| 無線技術 / 項目 |
可用頻寬 |
最高傳送功率 |
最高原生資料傳輸速率 |
bit/s / Hz(4Gbit/s) |
| 60GHz毫米波 |
7GHz |
8,000mW(39dBm) |
25,000Mbit/s |
1.6Gbit/s/Hz(2.5GHz頻道) |
| 802.11n |
0.66GHz |
160～3,200mW(22～35dBm) |
600Mbit/s |
100bit/s/Hz(40MHz頻道) |
| UWB |
1.5～7.5GHz |
0.1mW(-10dBm) |
480Mbit/s |
8bit/s/Hz(520MHz頻道) |
IEEE802.15針對在個人區域網路(Personal Area Network, PAN)上使用毫米波的目標(表2)，設置了SG3c的研究團隊，率先目標是要制定實體層的標準化。目前參加的廠商有IBM、摩托羅拉(Motorola)、德州儀器(TI)、恩益禧(NEC)、沖電氣工業(OKI)與村田製作所等。可見毫米波是HD時代重要的無線通訊方式，透過與HDMI的相輔相成將是絕配。
無線網路頻帶新地標
雖然毫米波與ISM頻帶(Industrial Scientific Medical Band)一樣免執照即可使用，但是隨著地域不同仍有差異。根據IEEE 802.15.3c的資料顯示，對於預定免授權可以使用的60GHz頻帶而言，各國的規畫與利用略有差異(圖1)，美國、加拿大地區的頻段為57G～64GHz；歐洲地區的頻段為57G～66GHz；日本地區的頻段為59G～66GHz；澳洲地區的頻段為59.4G～62.9GHz。
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| 圖1 歐美日毫米波頻帶示意圖 |
為進一步了解毫米波的傳送特性，日商村田製作所的先端技術開發中心，採用各種的模擬技術來定量化波束的繞射(Diffraction)、框體的輻射等現象；並且使用各種試料，在電波暗室裏來測量電磁波的衰減量及反射係數等參數，為將來在設計60GHz系統時，對電路的設計將有所助益。該公司的討論結果，先行做了一個假設，使用該60GHz的無線系統，其接收範圍(Service Area)約是20公尺周遭所形成的微微巢(Picocell)，在具體的應用上，至少出現了四種提案：
一旦利用60GHz建構了微微巢的無線網路，若具備了不相互干擾的安全性及可移動性，就會形成寬廣的頻帶，完成Gbit/s等級的傳輸將不是困難的事。若只想利用2.4GHz、5GHz的微波波段或光通訊達成如此的高速，將是較困難的事。60GHz的無線通訊已不算創新突破，目前已運用於大樓與大樓間的業務用途。與當前的無線網路相比，其波形的直進性比較高，當空間有遮蔽物時訊號容易切斷。而60GHz的頻段，往往會引起認知60GHz傳送，需要更細膩的Beam Pointing，雖然訊號遮斷的免疫力較差，可能不適合即時性的應用，但透過實驗進行檢驗，就可找出是否合適。
為了考察60GHz頻帶的繞射現象，村田製作所進行了以幾何光學繞射理論(Geometrical Theory of Diffraction, GTD)的模擬試驗。模擬是採用了厚度幾乎0毫米、無損失的半無線導體板，在傾斜45度的方向，入射一個平面波，來獲得反射波、繞射波的電場強度分布資訊。將進行模擬的解析空間，以正規化係數(Normalize Factor)為基礎來擴大縮小(Scaling)。正規化係數算式的方法是60GHz的波長除以2GHz的波長，得出結果為1/30，再將60GHz所獲得的結果放大三十倍。其結果會相當有趣，60GHz伴隨繞射的電場強度的分布與2GHz的頻帶完全相同。依此結果換算，使用800MHz的手機接收範圍在於周圍數公里；2GHz適用的訊號接收區域則是在周圍數百公尺；換算之後，60GHz約是在四方約20公尺的區域，無論是公司的會議室還是家庭的客廳都將可以應用。
模擬測試布局通訊新興市場
為了理解60GHz的指向性是否容易控制，以TLM(Transmission Line Matrix)法為基礎來查看伴隨框體輻射電磁場分布的動作模擬。進行模擬的方法，是將印刷線路上的天線模型配置在手機大小的框體上，分別去求出2GHz、25GHz、60GHz等波段的電場分布。最後確認結果為，2GHz頻帶容易受到實裝基板之框體輻射的影響，造成電場強度的分布不均勻；但當頻率數提高之後，框體輻射的影響越低。60GHz頻帶的場合，就呈現了球面狀的電場強度分布，也就是從波源對外以球面狀的均勻方式放射。因此，透過簡單的天線模型試驗，確認了指向性的控制很容易，並不需要嚴苛的Beam Pointing。此點對於消費性產品來說，將成為重要的考量因素。
針對各個房間所構成的Piconet，可否確保其安全性，村田製作所也同樣進行了一項實驗，實驗準備了水泥牆、布幔屏風與衣服三種試料，在電波暗室中來測量電磁波的衰減量。實驗共分成五個步驟進行：(1)在1公尺的間隔距離，分別設置電磁波的傳送機及接收機；(2)在傳送機及接收機上，分別安裝30dBi增益的天線，波束幅度為6度；(3)測量沒有任何障礙物時的接收功率Pref(dBm)；(4)在傳送機及接收機之間，擺放試料然後測量接收功率Pout(dBm)；(5)訊號的衰減量(dB)為Pout減去Pref的絕對值。結果得知以水泥牆建構的房間，訊號衰減量高達30dB且會切斷訊號，對於空間通訊的安全性可以不用掛慮；而屏風、衣服場合的訊號衰減量，都低於5dB，並不會遮斷通訊回線；整體而言，隨著頻率的增加，衰減量也將跟著增加。
為了評估無線通訊的涵蓋空間(Service Area)是否輕鬆自在，因此接著進一步去評估水泥牆的反射係數及通訊對人體的影響。當水泥牆的反射係數測量與入射角的產生依附關係時，將能確認具有比較大的反射係數。也就是說，在使用60GHz的無線系統之際，可以積極善用同一個房間水泥牆的反射特性來設計線路。同時，在有水泥牆的房間環境下，其接收範圍的干擾少能方便建構。
其水泥牆反射係數實驗的四項步驟為：(1)以拱門弓狀式的地點，設置電磁波的傳送機及接收機；(2)設置被測量用試料的導體，測量此時的反射波之接收功率Pref(W)；(3)設置被測量用試料的水泥牆，然後測量此時的反射波之接收功率Pout(W)；(4)反射係數=Pout/Pref。如圖2所示，評估的試驗方法是將電磁波的入射角度定在5～80度的範圍，每次調整5度來測量。當入射角度為10度時，其反射係數約為0.4最小的數值，引起訊號衰減量約4dB；而超過10度以上的角度，反射係數的數值將隨之增大。
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資料來源：Murata
圖2 反射量的評估示意圖 |
而屋內無線通訊最須要考量的因素，就是隨時在移動的人體，因此測量人體對於電磁波的衰減量及繞射量也是考量點，其測量步驟與電磁波衰減量的測試完全相同，差異點只在於天線之間的距離、天線的增益(Gain)、接收天線的方向及波束幅等條件，測試的條件為：(1)天線之間的距離，分別為1公尺、2公尺、3公尺、4公尺、5公尺；(2)天線的增益及天線的波束幅，採用傳送/接收天線增益30dBi、波束幅為6度，與傳送/接收天線增益24dBi、波束幅為10度兩種規格。(3)接收天線的方向為正負20度；(4)人體的尺寸為身高175公分、寬度48公分、厚度19公分、體脂肪率15%。
測試結果確認了將傳送機與接收機的傳送距離、天線的波束幅經最佳化處理後，對人體不會遮斷無線通訊。當接收天線面對人體的正面0度的場合，隨著天線間距離的增加，衰減量會逐漸變小；當天線的波束幅更廣的同時，衰減量也跟著減少。根據此結果推敲，可以發現60GHz的電磁波會繞過人體而傳到接收端，同時，此試驗也確認了接收天線的角度只要從正面傾斜10度，天線間的距離即使僅2～3公尺的場合，訊號衰減量同樣很少。
村田製作所依據以上的試驗，而試作了一個尺寸40毫米×10毫米×6毫米的模組(圖3)，能傳送多通道的HDTV影像。該傳送/接收模組系採用了高介電率的透光性陶瓷基板，在此基板上利用薄膜微細配線作成被動電路，並安裝了HFET成為主動電路，該公司稱之為PDIC(Planer Dielectric IC)模組。
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資料來源：Murata
圖3 村田試作模組之方塊示意圖 |
高介電率的透光性陶瓷基板，具備有晶圓內特性不容易偏移的特性，同時，高介電率、低tanδ具備溫度穩定性，當模組小型化的時候，能夠實現低功率的耗費。這個模組的構成是將60GHz的振盪器與放大器、混頻器、濾波器、天線等毫米波的回路一體化，主板的連接僅有中頻IF訊號與直流電源。天線部分有一次放射器用途的導波管號角天線(Horn Antenna)及兩次放射器用途的樹脂製的透鏡天線(Lens Antenna)。變化透鏡天線的增益及波束幅，即可變化訊號接收範圍，足以應付方圓數十米的民生用途，甚至周遭數百公尺的商業用途也難不倒。
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資料來源：東芝
圖4 東芝開發60GHz接收晶片 |
假設60GHz的模組可做到更小型化、功率消耗更小及價格低，那麼數位地上波、BS廣播衛星放送、110度CS通訊衛星放送，就能夠利用這個無線方式來載送多重沒有壓縮的訊號。屆時Wireless HDMI將可能如藍牙、無線網路一樣普遍。從2007年第二季WirelessHD的策劃廠商SiBEAM及東芝陸續都發表採用CMOS製程的方案與晶片(圖4)看來，毫米波應用於通訊將指日可待。