2013年01月23日13:05
任天堂的新款台式游戲機“Wii U”於2012年12月8日上市。Wii U的最大特點是配備了採用6.2英寸顯示屏（附帶電阻膜式觸摸面板）的控制器“Wii U Game Pad”。Game Pad畫面與游戲機主機連接的電視機的畫面聯動。
Wii U（攝影：任天堂）
該系統的關鍵是游戲機主機與Game Pad之間的無線通信。《日經電子》編輯部在技術人員的協助下，以無線通信功能為中心對Wii U進行了拆解分析。
使用5GHz頻帶
Wii U的游戲機主機會生成1080p高清影像，然后通過HDMI端子以非壓縮方式傳輸給電視機，同時向Game Pad傳輸經過編碼壓縮的影像。Game Pad會將用戶的輸入操作結果發送給游戲機主機。游戲機主機根據輸入操作的結果進行運算處理，使游戲得以進行。也就是說，一旦通信中斷游戲就會無法進行。
Wii U游戲機主機配備支持IEEE802.11n（11n）的2.4GHz頻帶和5GHz頻帶無線LAN功能。其中，2.4GHz頻帶用來與互聯網進行通信。5GHz頻帶用於與Game Pad之間的數據收發。除了原來的IEEE802.11b/g以外，2.4GHz頻帶多用於微波爐和藍牙（Bluetooth）等。估計是為了不受到此類其他通信方式的阻礙，Wii U在與Game Pad之間的數據收發中選擇了5GHz頻帶。
5GHz頻帶的其他電磁波較少，同時直進性較高，但傳輸距離較短。為此，任天堂將游戲機主機和Game Pad可以穩定通信的范圍定為“在同一房間內”。
運行速度為幾Mbit/秒
那麼，如何確保游戲機主機與Game Pad間的通信質量呢？為了弄清這一點，記者在把玩任天堂Wii U游戲“Nintendo Land”的過程中，採用美國Fluke Networks公司便攜式通信分析儀“OptiView XG Wireless”（東陽科技公司銷售的產品）進行了檢測（圖1）。
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圖1：檢測游戲機主機與Game Pad之間的通信情況 檢測在Wii U游戲機主機和平板控制器“Game Pad”之間交換進行的無線LAN通信的數據傳輸速度和帶寬等。檢測中採用了Fluke Networks的便攜式通信分析儀“OptiViewXG Wireless”。 |
游戲過程中的數據傳輸速度根據線路狀況而發生變化，大約為3M∼11Mbit/秒。短時間內多次進行觸摸面板操作以及游戲加載時，數據傳輸速度會提高。
據此次協助記者進行檢測的技術人員等介紹，向Game Pad發送的影像具有像素為854×480、幀頻為30∼60幀/秒的“高清畫質”。一位精通影像傳輸技術的技術人員表示：“如果編碼壓縮后再發送，數Mbit/秒就可以傳輸完。”測定值與該推測一致。
雖有兩根天線，但傳輸路徑隻有一個
檢測中值得關注的是，與Game Pad側進行通信時基本固定採用數據傳輸速度為58.5Mbit/秒的調制參數，向游戲機主機通信時基本固定採用數據傳輸速度為52Mbit/秒的調制參數。無線傳輸路徑（空間流）的數量均為一個，都採用帶寬為20MHz的通信模式。
拆解游戲機主機和Game Pad后發現，2.4GHz頻帶和5GHz頻帶的無線LAN都分別採用了兩根天線（圖2∼4）。也就是說，雖然可以支持兩個空間流通信，但任天堂卻特意控制在了一個上。幫助拆解的無線技術人員認為：“這可能是為了設置冗余，從而保証通信質量。”
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圖2：拆解Wii U游戲機主機和Game Pad 記者購買並拆解了2012年12月8日上市的Wii U。游戲機主機構造與原來的Wii基本一樣。除了主板以外，Game Pad還在端子封裝中使用了小型基板。 |
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圖3：使用兩根天線 游戲機主機配備支持IEEE802.11n的2.4GHz頻帶和5GHz頻帶無線LAN。2.4GHz頻帶用於互聯網通信，5GHz頻帶用於游戲機主機與Game Pad之間的通信。分別採用兩根金屬天線。另外，部件是編輯部推測的。 |
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圖4：Game Pad也配備兩根天線 與游戲機主機一樣，Game Pad也配備兩根用於5GHz頻帶無線LAN的天線。無線LAN模塊通過板對板連接器封裝在主板背面。此外，主板背面還配備兩個單軸地磁傳感器、一個三軸加速度傳感器和NFC用讀寫器模塊。另外，部件是編輯部推測的。 |
筆者嘗試拿著Game Pad走動，與游戲機主機間的距離漸漸拉長后，一旦超過某個距離，終端就會發出警告。再遠一些，最后就會突然無法玩游戲了。在無法玩游戲之前，從游戲機主機一直以58.5Mbit/秒的模式向Game Pad發送信息。
一般無線LAN在電波條件惡化時會相應地進行控制，以逐步降低傳輸速度。目的是盡量不讓通信中斷。但Wii U好像沒有採用這種方式。具有游戲機特有的“果斷性”，如果畫質惡化或無法好好操作就不再進行通信。
協助拆解的無線技術人員稱，而且，“大量採用RTS/CTS數據包”也是一個特點。RTS/CTS是一個旨在向其他無線系統宣告佔有無線區間的機制。這樣做的理由是大量採用RTS/CTS后，其他系統就不會對Wii U游戲機主機和Game Pad之間的通信產生影響。
無線LAN模塊有兩個
從硬件上也可以看出Wii U為使游戲機主機與Game Pad之間實現高速穩定通信所採取的改進措施。比如，游戲機主機上2.4GHz頻帶和5GHz頻帶的無線模塊是分開的。某AV設備技術人員指出，雖然可以在模塊上配備通過一個芯片支持兩個頻帶的收發LSI，不過“由於要交替進行2.4GHz頻帶處理和5GHz頻帶處理，因此雖然時間較短，但切換時仍需要花費時間。採用兩個無線LAN模塊應該是為了縮短切換時間”。這位技術人員還表示：“為了能夠穩定地通信，要切實保持兩根天線間的距離。”
Game Pad也為了確保5GHz頻帶的通信質量而頗下功夫。5GHz頻帶的無線LAN模塊經由板對板（Board to Board）連接器封裝在主板的背面。其正面有一個尺寸與無線LAN模塊相同的區域（圖5）
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圖5：正面用於無線LAN模塊的區域 Game Pad主板正面有一個尺寸與背面封裝的無線LAN模塊相同的區域。此外，還封裝了單軸地磁傳感器和三軸陀螺儀傳感器。另外，部件是編輯部推測的。 |
前面提到的那位AV設備技術人員認為：“封裝位置定在背面還是正面應該是經過討論的。最后的結論是遠離液晶面板以抑制液晶面板產生的電磁噪聲影響。”
採用MI傳感器
除了無線技術以外，Game Pad的十字鍵、“模擬搖杆”（Analog Pad）和運動傳感器等操作系統也會影響游戲體驗。其中，可體現出任天堂“匠心獨運”的是地磁傳感器。
目前，除了便攜式游戲機和游戲機外設以外，智能手機和平板電腦等便攜終端大多採用配備MR元件和A-D轉換電路等外圍電路的、約2∼4mm見方的三軸地磁傳感器。
Game Pad配備了三個採用MI元件的美國PNI Sensor公司的單軸地磁傳感器。即採用了圓筒型，尺寸大於使用MR元件的地磁傳感器。而且，還外置控制該傳感器的IC，因此地磁傳感器佔據的體積比MR傳感器更大。
一般來說，MI元件的分辨率高於MR元件。與小型化相比，任天堂此舉明顯更注重分辨率。（日經技術在線！ 供稿）
