浅谈无线音频技术的发展及应用

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浅谈无线音频技术的发展及应用

从广义的范围上讲，无线电广播是兴起最早的无线音频技术，而且应用也是最为广泛的，其中就包括我们熟悉的FM、AM等。而说到这些，就不得不提无线电。



无线电在早期的应用


无线电，其全名应该是无线电波，是指在空气或者真空中传播的射频频段的电磁波。它对于电磁波频率的有一定的约束，其中上限为300GHz，而下限的没有限制。但一般情况下，使用时会有3KHz-300GHz、 9KHz-300GHz和10KHz-300GHz三种。

至于波长，无线电波均超过1mm，远大于我们平时所说的可见光波长的范围。另外，根据波长的不同，又将其详细的划分为长波、中波、短波、超短波以及微波等等。

● 无线电波根据波长的划分

长波： 波长>1000m 频率3000Hz-300kHz
　　中波： 波长100m-1000m 频率300kHz-3000kHz
　　短波： 波长100m-10m 频率3MHz-30MHz
　　超短波： 波长1m-10m 频率30MHz-300MHz, 亦称甚高频（VHF）波、米波
　　微波： 波长1m-1mm, 频率300MHz-300GHz,

至于无线电波的应用，有很多方面，例如通信（电话、电视）、导航、数据传输、天文（射电天文望远镜）、动力、加热等。其中，指通过无线电波传播声音或其他信号的技术被称作无线电技术。

无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。

而要说无线电在声音中的最早应用，那是在航海中，船员可以使用莫尔斯电报与陆地进行通信，并以电报声来传递各种信息。随后，无线广播于19世纪末诞生，并逐渐开始盛行，成为人们接收声音、接收各种信息的主要手段之一。

无线电广播通常分为两种，即FM和AM。其中，FM的英文名为Frequency Modulation，翻译成中文就是调频，是一种调制方式。而调频广播就是以调频方式进行音频信号传输的，调频波的载波随着音频调制信号的变化而在载波中心频率（未调制以前的中心频率）两边变化，每秒钟的频偏变化次数和音频信号的调制频率一致，如音频信号的频率为1kHZ，则载波的频偏变化次数也为每秒1K次。频偏的大小是随音频信号的振幅大小而定。

虽然原意是调频，但在日常生活中我们常用FM来代指调频广播。一般说来，调频广播频段在76-108MHz之间，而我国的调频广播的频段为87.5-108MHz。

而AM的英文名为Amplitude Modulation，中文意为调幅，它也是一种调制方式，属于基带调制。其工作原理是，保持载波的频率不变，通过其震荡的幅度来传递信息，这正好与调频的原理相反。

至于两者的优缺点，我们可以从下方的简要特点加以感受：

FM AM

调频 调幅
不易受干扰，音质好 音质一般，易受干扰
支持双声道立体声 不支持双声道立体声
带宽较宽 带宽比较窄
发射功率小 发射功率较低
调制、接收复杂 都比较简单

可以说，两者各有优缺点。所以，其也各有自己的用武之地。不过，目前我们日常生活中见到的更多的还是FM。而且，城市内的广播多用FM，而国际短波广播、航空导航通讯则常用AM。

接下来，我们来看红外技术。而在说它之前，我们必须先明白红外线是怎么样的一个东西。

红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75微米（μm）至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外线具有很强的热效应，易于被物体吸收，通常被作为热源。另外，它的透过云雾能力比可见光强，在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途，俗称红外光。

太阳光谱
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主要用于无线网络

1999年，IEEE 802.11标准加上了两个补充版本：802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。

2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了WiFi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。WiFi为制定802.11无线网络的组织，并非代表无线网络。

和其它的技术一样，IEEE 802.11标准也经历了不断的完善和补充，才形成了现在这种技术应用规模。

● 802.11标准和补充

802.11 1997年，原始标准（2Mbit/s，2.4GHz频道）。
802.11a 1999年，物理层补充（54Mbit/s，5GHz频道）。
802.11b 1999年，物理层补充（11Mbit/s，2.4GHz频道）。
802.11c 符合802.1D的媒体接入控制层（MAC）桥接（MAC Layer Bridging）。
802.11d 根据各国无线电规定做的调整。
802.11e 对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持。
802.11f 基站的互连性（Interoperability）。
802.11g 物理层补充（54Mbit/s，2.4GHz频道）。
802.11h 无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。
802.11i 安全和鉴权（Authentification）方面的补充。
802.11n 导入多重输入输出（MIMO）和40Mbit信道宽度（HT40）技术，基本上是802.11a/g的延伸版。

除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术，通过PBCC技术（Packet Binary Convolutional Code）在IEEE802.11b（2.4GHz频段）基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术（产权属于美国德州仪器，Texas Instruments）。

另外，也有一些被称为802.11g+的技术，在IEEE 802.11g的基础上提供108Mbit/s的传输速率，跟802.11b+一样，同样是非标准技术，由无线网络芯片生产商Atheros所提倡的则为SuperG。


好了，我们在来看一下WiFi技术在无线音频中应用的情况。首先，带宽是绝对绝对的没有问题：现如今我们见到的多是802.11g和802.11n的设备，而前者的理论带宽是54Mbps、后者的理论带宽是300Mbps，都远高于传输CD级信号需要的1.4112Mbps。

另外，WiFi在传输距离上也占有明显的优势。在前面，我们曾介绍蓝牙的传输距离也就是在10m左右。然而，WiFi是它的10倍，也就是在100m左右。所以，WiFi可以应用在一些比较大场景中，例如大型的会议室等。

Linksys的无线音乐桥

但是WiFi也有自身的一些弊病，这里主要还是干扰的问题。因为，WiFi也是工作在2.4GHz-2.48 GHz ISM射频频段上的。其中，它是在22MHz带宽中的12个重叠信道中选用一个来使用。这样，也无法避免与其它WiFi设备，甚至是蓝牙、2.4G设备的冲突。

另外还有一点，但我们还没有仔细的验证，就当是传言吧，那就是：WiFi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些。同时，WiFi在延迟方面，貌似也稍微多一些。

因此，WiFi用于音频的无线传播的前景还是不错的。尤其是带宽和距离上的优势，给WiFi增添了竞争的实力。不过，目前使用WiFi的设备还非常少，还需要厂商付出更大的精力！


在众多无线音频技术当中，目前被看好的，而且最有可能在普通音频设备中、大面积使用的是2.4G技术。

雷柏H8000无线耳麦

2.4G技术确切点儿说，应该叫做“2.4GHz非联网解决方案”。之所以这么命名，很简单，因为它和蓝牙、WiFi一样，都是工作在2.4-2.485GHz ISM无线频段上。而该频段在全世界几乎都是免费授权使用的。因此，在产品成本上面天生会有一些优势，有助于产品的大面积普及。

不过，采用2.4G技术的产品接收端和发送端在生长时便内置配对ID码，形成一对一模式。所以，不同品牌、不同产品之间的接收端和发送端不能混用，这就大大限制了该技术在其他领域的使用和普及。在这一点上，2.4G技术没有蓝牙那么灵活。

其实，一直注意我们该系列文章的朋友会发现：在2.4-2.485GHz ISM无线频段工作的可不止2.4G技术一家——我们刚讲解过的蓝牙、WiFi也都工作在这一频段上。那么，2.4G技术和它们比有哪些不同呢？

首先是带宽，2.4G技术的带宽为2Mbps，能够传输CD级的无线音频信号。相比之下，蓝牙2.0之后的版本都可以达到并远远超过这一数字。至于WiFi，那就更不用说了，它的带宽更高。

此外，2.4G技术的传输距离为10m，这和蓝牙的差不多，但近于WiFi。不过，10m这样的距离已经足够满足普通消费者在家中使用了。而且，2.4G设备的发射端和接收端并不需要连续性工作。所以，相对来说，它更省电。

但在众多不同之中，2.4G技术有一项非常占有优势——那就是抗干扰能力较蓝牙、WiFi更好一些。而这主要还是在于其工作原理，和采用的调频方式方面的原因。

2.4G技术使用的是自动调频技术，理解起来很容易——它就是说：2.4G设备在工作时，如果发现该频段经常被占用，它就会自动跳到一个无人使用的频段，这种跳频的方法随意性很强。

SE8 高保真无线音箱适配器

而蓝牙是普通2.4G无线技术上增加了自适应调频技术（adaptive frequency hopping，AFM ），实现全双工传输模式，并实现1600次/秒的自动调频。不过，我们也曾说到蓝牙将2.4-2.485GHz ISM平均划分为79个子频段，所以其跳频也就是在这79个频段中进行。所以，还是容易出现相互干扰的情况。

至于WiFi，它是在2.4-2.485GHz ISM频段中的、22MHz带宽中的12个重叠信道中选用一个来使用。因此，它的可选择性面更窄，相对也容易出现干扰的情况。

目前，就技术成熟度来讲，蓝牙在无线音频方面无疑占有最有利的地位。但2.4G技术也不甘示弱，正在逐步进入稳定和成熟期。现在，已经有多种采用2.4G技术的无线音频解决方案。而且，产品也在逐渐的丰富。

其中，耳机类产品更多一些，在国内比较有代表性的有雷柏、魅格等。尤其是雷柏，其99元的2.4G耳机H1000已经于近日发售，销量很大。

而除了这些之外，雷柏还推出了用于音箱使用的2.4G无线适配器。虽然，我们现在还没有看到其真实产品，但随着雷柏这些99元的无线耳麦、音箱专用无线适配器的出现，无线音频大范围普及的时代即将到来！

以上我们所讲的FM、AM也好，2.4G技术也好，还都是我们比较熟知的一些无线音频技术。那接下来，我们再为大家介绍一些不常见的、以及面向于未来的新兴技术！

先来看RF射频技术，射频的英文全称是：Radio Frequency，其表示的是可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz-30GHz之间。而我们通常所说的RF射频，其实就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。

在实际的应用中，每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流，我们熟悉的有线电视系统就是采用射频传输方式。

耳神即将突出的无线魔盒

其实，RF射频技术并不新颖，而是一项非常非古老的技术。RF射频技术和我们通常所说的无线传输有很大的关系：将电信息源（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空中；远距离将射频信号接收后进行反调制，还原成电信息源。这一过程称为无线传输，其中应用的是RF射频技术。

不过，目前我们手上关乎RF射频技术的资料还很少，但已知的是它的传输距离比较远——近期，耳神就已经开发出RF无线魔盒，用于音频传输，其传输距离为50m，远超过蓝牙、2.4G等。至于其带宽及干扰问题，我们还没有细究。

DAB数字广播也是目前正在应用的无线音频传输技术，只是目前主要在欧洲流行，而国内用的相对来说较少，但在北京、广东等地已经有采用DAB的广播了。

DAB是Digital Audio Broadcasting的简写，它DAB是继AM、FM传统模拟广播之后的第三代广播——数字信号广播，它的出现是广播技术的一场革命。数字广播具有抗噪声、抗干扰、抗电波传播衰落、适合高速移动接收等等优点。它提供CD级的立体声音质量，信号几乎零失真，可达到“水晶般透明”的发烧级播出音质，特别适合播出“古典音乐”、“交响音乐”、“流行音乐”等，极其受到专业音乐人、音乐发烧友和音响发烧友的追捧！而且，在一定范围内不受多重路径干扰影响，以保证固定、携带及移动接收之高质量。

相比模拟广播，DAB这种数字广播最大的特点有两个。一就是带宽，DAB可以传输任何文本甚至是图像信号。因此，你不必为其品质所担心。据悉，DAB广播的信噪比起码在95db以上，编码率则达到了192Kbps，远超过一般的MP3，从而接近CD的音质。

其二就是，数字信号传输抗干扰和抗电波衰减的特性，DAB广播十分适用于在激烈的移动环境中使用，例如车载等。

就此来看，如果说2.4G技术最适合于普通的民用级设备、适用于小范围的使用的话，那么，DAB数字广播就适用于广域的高质量音频传输了。只不过，这需要全面改变目前的广播系统，这是很大的工程，也很难、很麻烦。


接下来，我们再来看三种新兴的无线技术，它们分别是：UWB、WiHD和WDHI。

据悉，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势。而且，UWB可以使用1GHz以上，至多个GHz的频段。我们不难看出，UWB技术在各方面都有很抢眼的表现，所以，有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。

另外，UWB技术可以和其它一些无线技术搭配使用，用来提高传输的带宽。比如说，蓝牙3.0可通过UWB技术进行拓展——将原有24Mbps的带宽理论数值提升到480Mbps、距离10米时传输速率能提升至100Mbps。

至于WiHD和WDHI这两项技术，它们和我们上面讲述的无线音频技术不同——它们已经不再是单单传输音频信号了，而是传输“音/视频”信号。

WiHD，英文全称为WirelessHD（无线高清，简写为WiHD）技术是一种很让用户期待的高速无线技术，这主要在于它运用了60GHz频段（毫米波）的频谱，能够取得更大的数据传输速率，其最初的传输速率便高达4Gbps，从而能更可靠地提供传输高质量、高清晰度无压缩视频所必要的频宽。

WiHD标准的主导厂商有英特尔、LG、松下、NEC、三星、SiBEAM、索尼、东芝等行业领导性厂商，该标准主要针对的用户群包含HDTV电视机、机顶盒、DVD播放机、数码相机、游戏机、HTPC等，让消费者可在多台电子设备之间传送、播放以及携带高清内容。

目前，WiHD 1.0 Specification技术规范已经发布，其确立了无线高清的基本标准，通过智能天线技术的运用可克服60GHz下的视线限制问题，并加强了数字传输内容保护（DTCP），得到了众多国际性消费电子制造商的支持，支持真正的无压缩视频流传输，强制性的使用了通用控制技术，用户可以容易的构建和管理自己的无线视频局域网（WVAN），传输距离10米内。

WHDI，意为Wireless HDMI，中文意为无线高分辨率数字多媒体接口。它也是一种针对于高清的无线技术，而其主要的做法，就是将超宽带技术与HDMI技术相融合。另外，WHDI主要利用的是5GHz的频带，数据传输速度最快可达1.5Gbps。充足的带宽，可以使WHDI可以传输720P/1080i的非压缩HDTV影像。

支持WHDI的微处理芯片

另外，WHDI的传输距离较远，且穿透力很强。其支持采用Deep Color(深色)技术的1080p/60Hz全高清显示，有效传输距离为30m。而且，其在30米之内可穿透墙壁，影响极小——延迟小于1毫秒。

而且，WHDI指定了高清视频传输，以及音频和控制。全面WHDI控制协议将使用户能够集中控制从家庭中的所有A/V设备，传输几乎没有延迟，用户不会遇到声音和视频异步的问题，也可以利用WHDI连接网络娱乐音频视频游戏。
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