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4G通訊勇往直前!短距高速傳輸戰國並起!家庭聯網一氣呵成!
2010年產業趨勢觀察-電信與通訊篇

【作者: 鍾榮峯】   2010年01月11日 星期一

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橫跨4G殊途同歸 LTE將成通訊產業基本共識!


LTE(long Term Evolution)在全球各大電信營運商陸續表態支持下,聲勢似乎高漲不墜。由傳統電信巨頭為核心成員的3GPP組織,在已公佈的3GPP Release7和 Release 8的標準化規格版本為基礎下,2010年積極推動以HSPA+作為演進基礎的LTE通訊演化技術,這裡的LTE結合HSPA+是以分頻雙工(FDD)版本為主。



全球行動供應商協會(Global Mobile Suppliers Association;GSA)預估全球有14家電信營運商預計在今年進入LTE商業化階段,31家則規劃在2012年進入商業化階段。美國第一大CDMA電信營運商Verizon宣布選擇Ericsson和Alcatel-Lucent作為LTE電信設備供應商,並計畫其LTE商用網路採用全IP網路,預估在今年2月進入商用化階段。



《圖一 》


在亞洲,包括日本(NTT DoCoMo、KDDI、SoftBank)、中國(China Mobile、China Telecom)、南韓(KTF、SK Telecom)、香港(SmarTone、Vodafone)、菲律賓(Piltel),在今後數年將導入LTE。日本總務省已批准日本4大行動通訊商可由今年開始經營LTE網路服務,NTT DoCoMo在今年將提供LTE服務,KDDI和Soft Bank等也計畫在2011~2012年推出LTE服務;而台灣的中華電信已與Ericsson合作建置新一代行動通信技術LTE實驗網路;中國政府也正如火如荼積極推動以分時雙工(TDD)為核心的TD-LTE標準,中國移動在今年會開始進行第3階段的TD-LTE大規模戶外測試,預估將在2012~2013年進入商用化階段。



通訊晶片設計大廠包括Qualcomm、Infineon、LG、Samsung、ST-Ericsson和4M Wireless,則已經準備好陸續公佈LTE裝置平台,而主要量測儀器廠商Agilent、Rohde & Schwarz、LitepPoint、Anritsu、Keithley等也推出相關測試方案。為了避免雞蛋放在同一籃子裡的風險,晶片廠商會採取兩邊壓寶,橫跨TD-LTE與WiMAX兩種規格;台灣WiMAX電信商也採取相關保險措施橫跨LTE。可以這麼說,LTE將成全球通訊產業橫跨4G階段的基本共識。



LTE在相當一段長時間內會和3.5G網路共存,因為LTE可能主要應用於人口密集都會區,但在偏遠郊區需要HSPA和EV-DO或是WiMAX技術來覆蓋。因此對終端、手機和行動網卡應用來說,多模功能晶片組設計仍是重點。LTE標準可能要到國際電信聯盟(ITU)預計在今年10月召開的4G國際通訊標準製定會議後才會塵埃落定,而LTE的商業模式及網路佈建規劃,仍須周詳考量與HSPA+之間的互動關係,也需取得各區域電信營運商不盡相同演進模式之間的最大公約數。



Wi-Fi Direct和高速藍牙3.0短兵相接激烈肉搏!


Wi-Fi聯盟即將完成的最新標準Wi-Fi Direct,相關產品預計將在今年中旬推出。另一方面,首批使用高速藍牙3.0版本(Bluetooth 3.0+High Speed)的產品,最快將在今年初問世。雙方就會在今年於消費電子應用市場中短兵相接,激烈肉搏戰勢不可免!



《圖二 》


Wi-Fi Direct技術最主要的特色在於,即使沒有Wi-Fi網路、熱點或是Internet連接,藉由Wi-Fi Direct都可以讓任何Wi-Fi裝置直接相互連結傳輸。以往傳統PAN解決方案只能侷限在室內單一隔間環境,Wi-Fi Direct技術則將打破這個藩籬,將傳輸覆蓋範圍直接擴及到室內各個角落。而藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)主推的高速藍牙3.0版本亦不遑多讓,強調可無線高速同步傳輸包括多媒體影像、視訊和音訊等大型檔案,相容以往版本技術且互通性強。



Wi-Fi Direct與高速藍牙3.0都使用Wi-Fi協定轉換層或Wi-Fi強化高速傳輸,雙方也都具備雙向通訊功能,在功能上具有相當的重疊性。加上高速藍牙3.0也把PC和家庭聯網等領域視為未來主要應用,與Wi-Fi同樣強調可支援多媒體影像、視訊等資料傳輸,因此在應用上兩者也具有一定程度的競爭關係。WLAN晶片設計廠商也因此會以自身在WLAN技術的優勢作為基礎,強化並表達自己同樣在高速藍牙3.0領域也具備相同的特點。



《圖三 》


藍牙技術聯盟預估今年,高速藍牙3.0將佔所有藍牙設備的23%,2011年更將迅速攀升至61%。而Wi-Fi聯盟亦樂觀期待Wi-Fi Direct可帶動另一波新興的Wi-Fi應用風潮。目前規劃的Wi-Fi Direct應用將以列印相機相片、分享音樂、同步聯絡、在電視上顯示行動電話圖片等為主。



Wi-Fi Direct的傳輸距離覆蓋範圍比高速藍牙3.0來得廣,傳輸速率也比較快,軟體升級方式也具有相對優勢。不過Wi-Fi在可攜式裝置的應用安全性一直備受質疑,安全設計在使用上相對繁複,也會影響網路連結和接收與發射裝置間相容性的順暢。況且目前使用藍牙功能的終端裝置則已超過20億組,市場則預估到2011年底前全球Wi-Fi終端裝置的出貨量才會超過10億台,因此藍牙應用的普及相對有助於高速藍牙3.0的推廣深度。Wi-Fi Direct與高速藍牙3.0之間最後誰能脫穎而出,還是各擁一片天,今年中旬之後或許可漸漸分曉。



短距無線高速傳輸HD後勢看好 WirelessHD、WiGig、WHDI三分天下


在短距離內用無線方式高速傳輸Full HD(1080p)高畫質視訊和多媒體影音資料的技術,今年也會是消費電子系統廠商和晶片大廠不斷持續研發的重點項目。目前能夠滿足短距無線高速規格、不經壓縮格式、可傳輸高解析度視訊影像的技術,應該仍是以採用60GHz的WirelessHD和WiGig、以及採用5GHz的WHDI(Wireless Home Digital Interface)為主。



目前WirelessHD集團全球會員數已超過40個,是以SiBEAM的半導體技術為核心,結合較低成本的CMOS製程技術,並掌握關鍵的波束控制(beam steering)天線技術的射頻收發器。至於去年5月7日新成立的WiGig聯盟,主要也是運用60GHz頻段推廣多媒體資料傳輸、IP網路資料接取和多重系統服務。




《表一 短距無線高速傳輸高畫質視訊(Full HD)主要技術規格特性一覽表 》


製表整理:鍾榮峯




有趣的是,很多消費電子品牌大廠和晶片廠商都兩邊壓寶,同時參加WirelessHD和WiGig兩大集團,包括LG、Panasonic、Samsung、NEC、聯發科、Intel、Broadcom和Toshiba。儘管雙方都採用免授權商業用途的60GHz,不過在發展標準規格上的專屬特性卻非常明顯,WirelessHD內部規定加入集團的成員才能夠分享相關研發成果和測試方案,而WiGig內部也嚴格規定不可對外公開其規格資料。



另一方面,WHDI 協會在去年12月初宣布已完成WHDI 1.0規格,晶片技術則由以色列公司AMIMON所主導。WHDI標準強調傳輸速率可達3Gbps,能在100英尺範圍內穿透牆壁,跨房間無線傳輸(multi-room wireless)傳輸1080p/60Hz高畫質視訊內容。



《圖四 》


短距無線傳輸高解析畫面的技術之所以備受市場矚目,因為其可以減少數位家庭環境過多纜線佈線的難題,並提升傳輸的便利性,對於高解析視訊畫質的影響也不會像封包傳輸那麼大。Wireless HD應用在數位家庭領域,產品利潤高,單價不便宜,開始應屬小眾市場,消費者對於價差的接受度較高;若是WiGig應用在IT系統領域,應用數量大,但消費者對於價差接受度可能較為保守;WHDI則可挾頻譜應用和相關晶片設計較為成熟的優勢。



長期趨勢來看,無線短距高畫質傳輸技術還是會取代有線傳輸,不過哪種規格能夠勝出,最後都還是要看消費電子品牌大廠的態度,願不願意採用相關規格標準,並作為未來產品功能的主要考量。



提高行動WiMAX傳輸覆蓋能力 中繼站技術備受矚目


為進一步擴大無線通訊基地台覆蓋率、並提升無線電波傳輸衰減後的訊號涵蓋能力,諸如微型(pico-cell)基地台、家用小型(femto-cell)基地台和中繼站(Relay Station)等技術,已經成為強化下一代4G通訊品質的重要關鍵。其中,又以中繼站技術最備受矚目與看好。今年中繼站技術可望進一步成熟,應用也將更為廣泛。



中繼站技術應用的不斷成熟,改變了以往無線通訊系統品質需大幅仰賴佈建基地台才能提升覆蓋率的侷限,中繼台技術由於不需要有線骨幹網路支持,加上設備價格較低且鋪設速度快,不僅可輔助基地台佈建不足的問題,更可減少基地台土地空間、網路佈線與施工時間等建置成本。若與微型基地台以及家用基地台比較,在成本或是佈建難度上,中繼站都具有相對的優勢。



《圖五 》


特別是在行動WiMAX網路佈建過程中,由於用戶端的訊號傳輸能力有限,因此如何強化用戶端訊號傳輸能力也成為提高WiMAX涵蓋範圍的關鍵。目前行動WiMAX標準主要以IEEE 802.16-2004(802.16d)標準與IEEE 802.16e-2005(802.16e)標準為基礎,衍生出802.16j和802.16m(WiMAX 2)這兩種。802.16j標準定義了穿透式中繼站(Transparent Relay Station)及非穿透式中繼站(Non-Transparent Relay Station)兩種模式,前者主要用途在加強用戶端的傳輸訊號,提升用戶傳輸品質並提高資料傳輸率;後者則是主要架設在基地台涵蓋範圍之邊界,讓不在基地台覆蓋範圍內的使用者,也能透過中繼站取得連線和服務。穿透式中繼站正好可加強用戶端的傳輸能力並增加網路涵蓋的範圍。



而被視為是4G規格、正在制訂中的802.16m,也將完整向下相容IEEE 802.16j Multi-hop Relay(MR)中繼傳輸標準和802.16e行動基地台(MS),可提升寬頻無線多重接續傳遞程序,解決WiMAX系統室內穿透率不足、維持系統傳輸速率、並可減少基地台佈建數目、降低基地台發射功率、提供佈建彈性、舒緩營運成本壓力等問題。



不過中繼站技術仍算是一項新興的技術,還有改進的空間。包括服務之中繼站切換和中繼站與用戶端裝置的同步問題。此外,中繼站需要同時接受基地台訊號以及用戶端訊號,兩者訊號水平不匹配的情況,也是需要解決的課題。



中繼站在佈建時,必須審慎考慮室內穿透力解決方案,這將攸關市場是否採用中繼站技術的關鍵,穿透式中繼站的功能,便可滿足市場對於強化室內無線通訊傳輸穿透力的要求,因此,穿透式中繼站技術應用在今年將可最先被市場所進一步採用。



G.hn家庭網路標準塵埃落定蓄勢待發!


透過一般家庭既有的電話線、同軸電纜(coaxial cable)和電力線來傳輸多媒體視訊影音內容,一直是相關廠商欲取得標準主導權的兵家必爭之地。國際電信聯盟(ITU)已在去年10月正式宣佈通過ITU-T G.hn家庭網路標準,可用1Gbps的傳輸速度,藉由同軸電纜、標準電話線與電力線傳送多媒體影音內容,並支援隨插即用功能。市場分析人士預估相關G.hn晶片組可在今年初問世,這將在數位家庭傳輸視訊應用領域掀起不小波瀾。



HomeGrid Forum正是推動ITU-T G.hn標準的產業組織。旗下當然成員除了Intel、Infineon、Panasonic以及TI之外,還包括British Telecom、Aware(今年10月底已被Lantiq併購)、DS2、Gigle Semiconductor、Best By、Ikanos Communications、Sigma Designs、Westell等廠商。



ITU-T G.hn標準有點類似於802.11n家用網通環境,因為這兩者之間的應用範圍,都是強調能夠高速傳輸多媒體影音視訊內容。ITU-T G.hn標準應用將會首先落實在IPTV和HDTV領域,未來在數位家庭網通環境中,ITU-T G.hn可讓各類機上盒、家用閘道器、電腦、影音設備、DVD播放機,以及諸如家庭自動化裝置與保全系統等家用電器設備無縫連結。



不過,在這個領域並非只有ITU-T G.hn單一標準獨大而已,還有IEEE P1901和電力線網路HomePlug標準也不甘示弱。HomePlug電力線網路聯盟正在制訂AV 2.0標準,預計可在今年初完成。IEEE P1901工作小組則在去年12月正式通過其電力線傳輸標準,初步草案預計在今年11月完成。這三大標準聯盟都有心想要相容整合在一起,因此,ITU正在推動G.hn標準設備能與採用諸如IEEE P1901等其他技術之設備共存的新標準G.9972;而支援智慧電網(SmartGrid)應用的G.hn延伸標準也正在被研發當中;至於IEEE P1901也通過包含G.hn的PHY規格。



但其實,這三種標準之間還有相當大的技術鴻溝亟待克服。IEEE P1901採用OFDM調變和Wavelet調變,但這兩種調變方式無法相容,採用IEEE P1901的設備本身之間就因此會互相扞格。而ITU-T G.hn和IEEE P1901的PHY與MAC規格也不盡相同,前者採用單PHY/MAC規格,後者則是雙PHY/MAC架構;且G.hn所使用的編碼技術,與HomePlug電力線網路聯盟支援的技術也相互抵觸。



HomeGrid Forum曾期許自身的三大工作目標是:強化ITU-T G.hn標準的技術內容、具體落實ITU-T G.hn標準的商業化功能、並且讓可支援ITU-T G.hn標準的產品互通性更為完備。看起來HomeGrid Forum已經完成首要目標,但ITU-T G.hn自身期許作為可整合電力線、同軸電纜和電話線網路的共通規格,真要能與IEEE P1901和HomePlug共存共榮、合而為一,還有一段漫長的路要走。



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