BOB半岛:【拆解任天堂WiiU】无线通信功能颇具匠心

　　任天堂的新款台式游戏机“Wii U”于2012年12月8日上市。Wii U的最大特点是配备了采用6.2英寸显示屏（附带电阻膜式触摸面板）的“Wii U Game Pad”。Game Pad画面与游戏机主机连接的电视机的画面联动。

　　该系统的关键是游戏机主机与Game Pad之间的无线通信。《日经电子》编辑部在技术人员的协助下，以无线通信功能为中心对Wii U进行了拆解分析。

　　Wii U的游戏机主机会生成1080p高清影像，然后通过HDMI端子以非压缩方式传输给电视机，同时向Game Pad传输经过编码压缩的影像。Game Pad会将用户的输入操作结果发送给游戏机主机。游戏机主机根据输入操作的结果进行运算处理，使游戏得以进行。也就是说，一旦通信中断游戏就会无法进行。

　　Wii U游戏机主机配备支持IEEE802.11n（11n）的2.4GHz频带和5GHz频带无线GHz频带用来与互联网进行通信。5GHz频带用于与Game Pad之间的数据收发。除了原来的IEEE802.11b/g以外，2.4GHz频带多用于微波炉和蓝牙（Bluetooth）等。估计是为了不受到此类其他通信方式的阻碍，Wii U在与Game Pad之间的数据收发中选择了5GHz频带。

　　5GHz频带的其他电磁波较少，同时直进性较高，但传输距离较短。为此，任天堂将游戏机主机和Game Pad可以稳定通信的范围定为“在同一房间内”。

　　那么，如何确保游戏机主机与Game Pad间的通信质量呢？为了弄清这一点，记者在把玩任天堂Wii U游戏“Nintendo Land”的过程中，采用美国Fluke Networks公司便携式通信分析仪“OptiView XG Wireless”（东阳科技公司销售的产品）进行了检测（图1）。

　　检测在Wii U游戏机主机和平板“Game Pad”之间交换进行的无线LAN通信的数据传输速度和带宽等。检测中采用了Fluke Networks的便携式通信分析仪“OptiViewXG Wireless”。

　　游戏过程中的数据传输速度根据线路状况而发生变化，大约为3M～11Mbit/秒。短时间内多次进行触摸面板操作以及游戏加载时，数据传输速度会提高。

　　据此次协助记者进行检测的技术人员等介绍，向Game Pad发送的影像具有像素为854×480、帧频为30～60帧/秒的“高清画质”。一位精通影像传输技术的技术人员表示：“如果编码压缩后再发送，数Mbit/秒就可以传输完。”测定值与该推测一致。

　　检测中值得关注的是，与Game Pad侧进行通信时基本固定采用数据传输速度为58.5Mbit/秒的调制参数，向游戏机主机通信时基本固定采用数据传输速度为52Mbit/秒的调制参数。无线传输路径（空间流）的数量均为一个，都采用带宽为20MHz的通信模式。

　　拆解游戏机主机和Game Pad后发现，2.4GHz频带和5GHz频带的无线LAN都分别采用了两根天线）。也就是说，虽然可以支持两个空间流通信，但任天堂却特意控制在了一个上。帮助拆解的无线技术人员认为：“这可能是为了设置冗余，从而保证通信质量。”

　　记者购买并拆解了2012年12月8日上市的Wii U。游戏机主机构造与原来的Wii基本一样。除了主板以外，Game Pad还在端子封装中使用了小型基板。

　　游戏机主机配备支持IEEE802.11n的2.4GHz频带和5GHz频带无线GHz频带用于互联网通信，5GHz频带用于游戏机主机与Game Pad之间的通信。分别采用两根金属天线。另外，部件是编辑部推测的。

　　与游戏机主机一样，Game Pad也配备两根用于5GHz频带无线LAN的天线。无线LAN模块通过板对板连接器封装在主板背面。此外，主板背面还配备两个单轴地磁传感器、一个三轴加速度传感器和NFC用读写器模块。另外，部件是编辑部推测的。

　　笔者尝试拿着Game Pad走动，与游戏机主机间的距离渐渐拉长后，一旦超过某个距离，终端就会发出警告。再远一些，最后就会突然无法玩游戏了。在无法玩游戏之前，从游戏机主机一直以58.5Mbit/秒的模式向Game Pad发送信息。

　　一般无线LAN在电波条件恶化时会相应地进行控制，以逐步降低传输速度。目的是尽量不让通信中断。但Wii U好像没有采用这种方式。具有游戏机特有的“果断性”，如果画质恶化或无法好好操作就不再进行通信。

　　协助拆解的无线技术人员称，而且，“大量采用RTS/CTS数据包”也是一个特点。RTS/CTS是一个旨在向其他无线系统宣告占有无线区间的机制。这样做的理由是大量采用RTS/CTS后，其他系统就不会对Wii U游戏机主机和Game Pad之间的通信产生影响。

　　从硬件上也可以看出Wii U为使游戏机主机与Game Pad之间实现高速稳定通信所采取的改进措施。比如，游戏机主机上2.4GHz频带和5GHz频带的无线模块是分开的。某AV设备技术人员指出，虽然可以在模块上配备通过一个芯片支持两个频带的收发LSI，不过“由于要交替进行2.4GHz频带处理和5GHz频带处理，因此虽然时间较短，但切换时仍需要花费时间。采用两个无线LAN模块应该是为了缩短切换时间”。这位技术人员还表示：“为了能够稳定地通信，要切实保持两根天线间的距离。”

　　Game Pad也为了确保5GHz频带的通信质量而颇下功夫。5GHz频带的无线LAN模块经由板对板（Board to Board）连接器封装在主板的背面。其正面有一个尺寸与无线LAN模块相同的区域（图5）

　　Game Pad主板正面有一个尺寸与背面封装的无线LAN模块相同的区域。此外，还封装了单轴地磁传感器和三轴陀螺仪传感器。另外，部件是编辑部推测的。

　　前面提到的那位AV设备技术人员认为：“封装位置定在背面还是正面应该是经过讨论的。最后的结论是远离液晶面板以抑制液晶面板产生的电磁噪声影响。”

　　除了无线技术以外，Game Pad的十字键、“模拟摇杆”（Analog Pad）和运动传感器等操作系统也会影响游戏体验。其中，可体现出任天堂“匠心独运”的是地磁传感器。

　　目前，除了便携式游戏机和游戏机外设以外，智能手机和平板电脑等便携终端大多采用配备MR元件和A-D转换电路等外围电路的、约2～4mm见方的三轴地磁传感器。

　　Game Pad配备了三个采用MI元件的美国PNI Sensor公司的单轴地磁传感器。即采用了圆筒型，尺寸大于使用MR元件的地磁传感器。而且，还外置控制该传感器的IC，因此地磁传感器占据的体积比MR传感器更大。

　　一般来说，MI元件的分辨率高于MR元件。与小型化相比，任天堂此举明显更注重分辨率。（日经技术在线！ 供稿）