索尼公司業務執行董事、SVP電視業務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。現在，這種狀況正在發生很大的變化。利用無線電波(而不是紅外線)的RF遙控器的研發工作和產品策劃正在迅速取得進展(見圖1)。
圖1 生活環境的變化帶來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日起陸續上市，其中有13款產品都采用了RF遙控器作為標準配件。由于操作簡單且使用時無需對準電視，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、設計自由度等方面具有很大的優勢(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，可以聯網的電視逐漸普及，市場對于鼠標或鍵盤等輸入設備的需求量增加;最后，用于RF遙控器的無線收發器的性能迅速提升。這些變化導致RF遙控器走向實用。
紅外線遙控器難于使用
目前，客廳中電視周圍的環境發生了很大變化。過去，以電視為中心，錄像機等音/視頻設備通常都集中擺放在電視周圍。但隨著平板電視的應用，越來越多的家庭開始分散地擺放各種音/視頻設備。用戶在使用紅外線遙控器進行操作時，必須對準設備上的紅外線接收器。當設備放在不同位置時，用戶就必須把遙控器對準每一臺音/視頻設備的方向逐個操作，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，當遙控器過于接近電視時，即使遙控器對準了電視的方向，它發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置了2個~3個紅外線接收器，或采用了具有2個紅外線發光元件的遙控器。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遙控器及互聯網電視
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品策劃時的信心。RF遙控器能夠向電視連續發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。某遙控器生產商的工程師解釋說：“這是因為，搖動或旋轉的輸入方法是紅外線所不可能實現的。”
另外，當能夠聯網的PC開始進入客廳時，就必須使用鼠標及鍵盤這樣的輸入設備。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備。
夏普公司在2007年春上市的“互聯網AQUOS”產品結合了液晶電視和PC，它采用的RF遙控器具有可代替鼠標的觸摸板，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，無線收發器的性能有所改善。尤其是低功耗的收發器產品陸續上市，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系列的市場拓展業務負責人介紹說：“由于功耗降低，因此可將過去的2節5號電池改為2節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送出去，往往需要反復發送好幾次，這正是耗電大的原因。
此外，RF遙控器的電路是精心設計的，當按下遙控器按鍵時，就產生觸發信號，使MCU或發送電路立即啟動，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
可實現應答式遙控器
利用沒有指向性的雙向RF遙控器，將有可能設計出紅外線遙控器無法實現的新功能。
索尼公司已經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。除了像任天堂公司的Wii遙控器那樣內置加速度傳感器的產品以外，還會有利用接觸傳感器或壓力傳感器的產品。
圖3 今后的RF遙控器
具有應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實現遠優于紅外線性能的高速數據通信。把數據廣播的內容發送到遙控器中的應用也在考慮之中。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/視頻設備的功能。以蘋果公司的iPhone為代表，現在的用戶非常關心產品的用戶接口。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生變化。
需要降低元器件及材料成本
但是，目前還不會發生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遙控器的發貨量每年大約只有100萬臺。遙控器的全球市場規模約是5億~6億臺，這部分最先采用的RF遙控器還不足1%。
在RF遙控器發貨量不大的情況下，RF收發器也難以依靠量產降低成本，所以，RF遙控器的元器件及材料成本將居高不下。據某遙控器生產廠商的工程師推測：“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，關鍵在于怎樣把采用射頻收發器而增加的成本降下來。因此，半導體廠商將受到更多關注，他們需要提高收發器的集成度以削減外圍元器件的數量，或將遙控器的控制器和射頻收發器集成在一塊芯片上。
技術篇
多種無線技術瞄準新市場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有好幾種。預測認為，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遙控器領域的無線通信標準
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的無線鼠標或無線鍵盤可使用的技術。這些技術大多是少數芯片廠商的特有技術：在2.4GHz頻段，有賽普拉斯半導體公司的WUSB技術和挪威Nordic半導體公司的無線通信技術;弱無線通信則是美國Integration Associates公司的技術標準。
夏普公司的互聯網AQUOS使用的RF遙控器采用了賽普拉斯半導體公司的無線技術。賽普拉斯半導體(日本)公司應用技術部主任落合武表示：“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。甚至，越來越多用于卡拉OK設備的RF遙控器也開始采用藍牙或WLAN。
索尼公司采用ZigBee標準
但是，要想取代已經使用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峻挑戰(見圖2)。在這幾方面，現有無線技術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都必須重新制定標準。
第一個挑戰是功耗。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遙控器的無線鼠標的目標電池壽命大致只有3個月。
于是，本來不屬于近距離無線通信的技術標準受到關注，這就是針對傳感器網絡以及樓宇/工廠的照明設備和空調管理而制定的ZigBee標準。ZigBee在當初制定技術標準時就規定電池需要確保工作1年~2年。并且，最近的ZigBee產品在使用休眠模式時的消耗電流很低，只有幾mA(見表2)。某遙控器生產商表示：“有些產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
索尼公司在用于電視的RF遙控器中采用了符合IEEE 802.15.4標準(針對物理層和MAC層的ZigBee標準)的無線收發器。該公司表示，選用IEEE 802.15.4標準的理由之一，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準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標準也非常關注。在這樣的背景下，一直在推動ZigBee標準的芯片及模塊供應商，也都把采用ZigBee標準或IEEE 802.15.4標準的無線收發器轉向RF遙控器市場(見表3)。尤其是飛思卡爾半導體公司在2006年中期又開發出RF遙控器的參考電路板，表示出進入新市場的積極態度。
* 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模塊產品
飛思卡爾半導體公司采用ZigBee標準的收發器芯片及SiP產品(將收發器芯片和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網絡層以上的技術標準，又開發出獨特的ECN(娛樂控制網絡)協議，省略了ZigBee標準的網格型網絡功能等。該協議庫將免費向遙控器生產廠商提供。
飛思卡爾半導體(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品。”在這些命令中，既包含了電源的開/關以及音量的調節等基本命令，也包含了在使用RF遙控器操作家電時的配對指令等。僅是遙控器生產廠商的通用命令就有600條。
就IEEE 802.15.4標準來說，其延遲時間及制造成本都可以滿足遙控器所要求的條件。沖電氣工業公司表示：“從休眠狀態到空載狀態的恢復時間不到20ms。從空載狀態到發送狀態所需要的時間，在IEEE 802.15.4標準中規定也不到幾十ms。”無線模塊及遙控器生產商日本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，因為收發器本身不需要重新開發，因此，可以通過量產降低成本。某模塊生產廠商表示：“量產規模為1000個時，模塊的單價為1500日元~3000日元。但當量產規模達到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展
在ZigBee的IEEE 802.15.4標準受到關注的同時，藍牙芯片供應商也在計劃進入RF遙控器市場。但是，CSR(日本)公司銷售業務董事深田學指出：“藍牙標準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，待機狀態下的使用時間只有100小時~200小時，連續通話時更縮短為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。盡管廠商可以通過低功耗設計來減小消耗電流，但結果將會導致延遲時間大幅增加，甚至出現過延遲時間達到幾秒的實例。
制定藍牙標準的團體藍牙SIG已經開始致力于解決這一問題。藍牙SIG在2007年6月宣布，將諾基亞公司開發的超低功耗無線通信技術Wibree作為ULP(超低功耗)藍牙標準予以采用。在2007年7月下旬，藍牙SIG又正式制定出提前采用一部分ULP標準的藍牙2.1+EDR標準。在藍牙2.1+EDR中增加的功能，包括面向無線鼠標及無線鍵盤等HID(人機接口設備)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標準中，修改的不是物理層，而是MAC層的控制信號協議。藍牙消耗電流大的原因，并不是在待機或發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標準并沒有太大差別(見圖6)。
圖6 平均消耗電流取決于數據收發次數
主要原因是，在以前的藍牙標準中規定，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送各種用于控制的信息包(見圖7)。當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數據的有源模式。這樣一來，在芯片中特意準備的低電流工作模式就無法發揮作用。
圖7 藍牙標準也在大幅削減功耗
新的藍牙標準把用于連接確認的檢測(POLL)包與其它的信息包明確區別開來，并規定從單元對POLL包以外的信息包可以保持深度休眠模式。據藍牙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藍牙標準中，物理層的技術規格也有變化。Nordic半導體公司開發的突發脈沖(shock burst)傳輸模式，以及代替以前的頻率跳變技術的頻率捷變(frequency agility)技術都被加入到標準之中。Nordic半導體公司的地區銷售經理澀谷法久解釋說：“采用頻率捷變技術的電路的功耗，只有采用頻率跳變技術時的1/4左右。再加上MAC層技術規格改變后的效果，ULP藍牙的平均功耗將下降到以前的1/10以下。”
開始開發下一代遙控器
當采用這些新技術的產品推出后，電視的RF遙控器的接口僅僅是名字不同，在實質上，這些無線技術從功耗到頻率捷變技術都相差無幾。能否在這些產品中突現出不同，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備、手表、照明燈具、空調、門口的監視攝像頭或警報器等家庭安全設備和醫療設備的遙控器。可以說，遙控器可以實現整個家庭的自動控制。ZigBee和藍牙兩個陣營都正在制定關于下一代遙控器的通信標準(見表4)。
表4 藍牙和ZigBee正在制定的新的規范
ZigBee標準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，網格型網絡等功能不能發揮作用。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，那并不會產生真正的附加價值。只有在應用到各種不同設備協同工作的家庭自動化控制平臺上以后，采用ZigBee的意義才會顯現出來。”在IEEE 802.15.4模塊的網絡層以上采用了ZigBee標準的英國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的優勢。因為某些應用只需要在同一廠商的產品之間確保1對1的連接就可以滿足要求(如遙控器和電視等各種音/視頻設備之間的連接)，在這些應用中，這種優勢很有效。
但是，當需要在家庭中讓各種不同廠商的設備通過無線方式進行協調操作與控制時，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標準就會失去目前所擁有的這種優勢。為了確保相互連接性，ZigBee陣營已提出了采用規范認證手續的構想，但并沒有制定出具體的內容以及開始的時間。某ZigBee芯片廠商指出：“最好不是由ZigBee廠商來制定標準，而是由家電廠商來帶頭進行標準制定工作。”
另一方面，CSR(日本)公司的深田學表示：“藍牙陣營以全球市場藍牙安裝率達50%的手機為中心，已經準備好了可以用來連接各種不同終端的環境。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，在采用新的規范時，用于確保相互連接性的成本及時間也是需要設法解決的問題。
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的發展程度。 |
