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4G通讯勇往直前!短距高速传输战国并起!家庭联网一气呵成!
2010年产业趋势观察-电信与通讯篇

【作者: 鍾榮峰】2010年01月11日 星期一

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横跨4G殊途同归 LTE将成通讯产业基本共识!


LTE(long Term Evolution)在全球各大电信营运商陆续表态支持下,声势似乎高涨不坠。由传统电信巨头为核心成员的3GPP组织,在已公布的3GPP Release7和Release 8的标准化规格版本为基础下,2010年积极推动以HSPA+作为演进基础的LTE通讯演化技术,这里的LTE结合HSPA+是以分频双工(FDD)版本为主。



全球行动供应商协会(Global Mobile Suppliers Association;GSA)预估全球有14家电信营运商预计在今年进入LTE商业化阶段,31家则规划在2012年进入商业化阶段。美国第一大CDMA电信营运商Verizon宣布选择Ericsson和Alcatel-Lucent作为LTE电信设备供应商,并计画其LTE商用网路采用全IP网路,预估在今年2月进入商用化阶段。



《图一 》


在亚洲,包括日本(NTT DoCoMo、KDDI、SoftBank)、中国(China Mobile、China Telecom)、南韩(KTF、SK Telecom)、香港(SmarTone、Vodafone)、菲律宾(Piltel),在今后数年将导入LTE 。日本总务省已批准日本4大行动通讯商可由今年开始经营LTE网路服务,NTT DoCoMo在今年将提供LTE服务,KDDI和Soft Bank等也计画在2011~2012年推出LTE服务;而台湾的中华电信已与Ericsson合作建置新一代行动通信技术LTE实验网路;中国政府也正如火如荼积极推动以分时双工(TDD)为核心的TD-LTE标准,中国移动在今年会开始进行第3阶段的TD-LTE大规模户外测试,预估将在2012~2013年进入商用化阶段。



通讯晶片设计大厂包括Qualcomm、Infineon、LG、Samsung、ST-Ericsson和4M Wireless,则已经准备好陆续公布LTE装置平台,而主要量测仪器厂商Agilent、Rohde & Schwarz、LitepPoint、Anritsu、Keithley等也推出相关测试方案。为了避免鸡蛋放在同一篮子里的风险,晶片厂商会采取两边压宝,横跨TD-LTE与WiMAX两种规格;台湾WiMAX电信商也采取相关保险措施横跨LTE。可以这么说,LTE将成全球通讯产业横跨4G阶段的基本共识。



LTE在相当一段长时间内会和3.5G网路共存,因为LTE可能主要应用于人口密集都会区,但在偏远郊区需要HSPA和EV-DO或是WiMAX技术来覆盖。因此对终端、手机和行动网卡应用来说,多模功能晶片组设计仍是重点。 LTE标准可能要到国际电信联盟(ITU)预计在今年10月召开的4G国际通讯标准制定会议后才会尘埃落定,而LTE的商业模式及网路布建规划,仍须周详考量与HSPA+之间的互动关系,也需取得各区域电信营运商不尽相同演进模式之间的最大公约数。



Wi-Fi Direct和高速蓝牙3.0短兵相接激烈肉搏!


Wi-Fi联盟即将完成的最新标准Wi-Fi Direct,相关产品预计将在今年中旬推出。另一方面,首批使用高速蓝牙3.0版本(Bluetooth 3.0+High Speed​​)的产品,最快将在今年初问世。双方就会在今年于消费电子应用市场中短兵相接,激烈肉搏战势不可免!



《图二 》


Wi-Fi Direct技术最主要的特色在于,即使没有Wi-Fi网路、热点或是Internet连接,藉由Wi-Fi Direct都可以让任何Wi-Fi装置直接相互连结传输。以往传统PAN解决方案只能局限在室内单一隔间环境,Wi-Fi Direct技术则将打破这个藩篱,将传输覆盖范围直接扩及到室内各个角落。而蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)主推的高速蓝牙3.0版本亦不遑多让,强调可无线高速同步传输包括多媒体影像、视讯和音讯等大型档案,相容以往版本技术且互通性强。



Wi-Fi Direct与高速蓝牙3.0都使用Wi-Fi协定转换层或Wi-Fi强化高速传输,双方也都具备双向通讯功能,在功能上具有相当的重叠性。加上高速蓝牙3.0也把PC和家庭联网等领域视为未来主要应用,与Wi-Fi同样强调可支援多媒体影像、视讯等资料传输,因此在应用上两者也具有一定程度的竞争关系。 WLAN晶片设计厂商也因此会以自身在WLAN技术的优势作为基础,强化并表达自己同样在高速蓝牙3.0领域也具备相同的特点。



《图三 》


蓝牙技术联盟预估今年,高速蓝牙3.0将占所有蓝牙设备的23%,2011年更将迅速攀升至61%。而Wi-Fi联盟亦乐观期待Wi-Fi Direct可带动另一波新兴的Wi-Fi应用风潮。目前规划的Wi-Fi Direct应用将以列印相机相片、分享音乐、同步联络、在电视上显示行动电话图片等为主。



Wi-Fi Direct的传输距离覆盖范围比高速蓝牙3.0来得广,传输速率也比较快,软体升级方式也具有相对优势。不过Wi-Fi在可携式装置的应用安全性一直备受质疑,安全设计在使用上相对繁复,也会影响网路连结和接收与发射装置间相容性的顺畅。况且目前使用蓝牙功能的终端装置则已超过20亿组,市场则预估到2011年底前全球Wi-Fi终端装置的出货量才会超过10亿台,因此蓝牙应用的普及相对有助于高速蓝牙3.0的推广深度。Wi-Fi Direct与高速蓝牙3.0之间最后谁能脱颖而出,还是各拥一片天,今年中旬之后或许可渐渐分晓。



短距无线高速传输HD后势看好 WirelessHD、WiGig、WIDI三分天下


在短距离内用无线方式高速传输Full HD(1080p)高画质视讯和多媒体影音资料的技术,今年也会是消费电子系统厂商和晶片大厂不断持续研发的重点项目。目前能够满足短距无线高速规格、不经压缩格式、可传输高解析度视讯影像的技术,应该仍是以采用60GHz的WirelessHD和WiGig、以及采用5GHz的WHDI(Wireless Home Digital Interface)为主。



目前WirelessHD集团全球会员数已超过40个,是以SiBEAM的半导体技术为核心,结合较低成本的CMOS制程技术,并掌握关键的波束控制(beam steering)天线技术的射频收发器。至于去年5月7日新成立的WiGig联盟,主要也是运​​用60GHz频段推广多媒体资料传输、IP网路资料接取和多重系统服务。




《表一 短距无线高速传输高画质视讯(Full HD)主要技术规格特性一览表 》


制表整理:钟荣峰




有趣的是,很多消费电子品牌大厂和晶片厂商都两边压宝,同时参加WirelessHD和WiGig两大集团,包括LG、Panasonic、Samsung、NEC、联发科、Intel、Broadcom和Toshiba。尽管双方都采用免授权商业用途的60GHz,不过在发展标准规格上的专属特性却非常明显,WirelessHD内部规定加入集团的成员才能够分享相关研发成果和测试方案,而WiGig内部也严格规定不可对外公开其规格资料。



另一方面,WHDI 协会在去年12月初宣布已完成WHDI 1.0规格,晶片技术则由以色列公司AMIMON所主导。 WHDI标准强调传输速率可达3Gbps,能在100英尺范围内穿透墙壁,跨房间无线传输(multi-room wireless)传输1080p/60Hz高画质视讯内容。



《图四 》


短距无线传输高解析画面的技术之所以备受市场瞩目,因为其可以减少数位家庭环境过多缆线布线的难题,并提升传输的便利性,对于高解析视讯画质的影响也不会像封包传输那么大。 Wireless HD应用在数位家庭领域,产品利润高,单价不便宜,开始应属小众市场,消费者对于价差的接受度较高;若是WiGig应用在IT系统领域,应用数量大,但消费者对于价差接受度可能较为保守;WHDI则可挟频谱应用和相关晶片设计较为成熟的优势。



长期趋势来看,无线短距高画质传输技术还是会取代有线传输,不过哪种规格能够胜出,最后都还是要看消费电子品牌大厂的态度,愿不愿意采用相关规格标准,并作为未来产品功能的主要考量。



提高行动WiMAX传输覆盖能力 中继站技术备受瞩目


为进一步扩大无线通讯基地台覆盖率、并提升无线电波传输衰减后的讯号涵盖能力,诸如微型(pico-cell)基地台、家用小型(femto-cell)基地台和中继站(Relay Station)等技术,已经成为强化下一代4G通讯品质的重要关键。其中,又以中继站技术最备受瞩目与看好。今年中继站技术可望进一步成熟,应用也将更为广泛。



中继站技术应用的不断成熟,改变了以往无线通讯系统品质需大幅仰赖布建基地台才能提升覆盖率的局限,中继台技术由于不需要有线骨干网路支持,加上设备价格较低且铺设速度快,不仅可辅助基地台布建不足的问题,更可减少基地台土地空间、网路布线与施工时间等建置成本。若与微型基地台以及家用基地台比较,在成本或是布建难度上,中继站都具有相对的优势。



《图五 》


特别是在行动WiMAX网路布建过程中,由于用户端的讯号传输能力有限,因此如何强化用户端讯号传输能力也成为提高WiMAX涵盖范围的关键。目前行动WiMAX标准主要以IEEE 802.16-2004(802.16d)标准与IEEE 802.16e-2005(802.16e)标准为基础,衍生出802.16j和802.16m(WiMAX 2)这两种。802.16j标准定义了穿透式中继站(Transparent Relay Station)及非穿透式中继站(Non-Transparent Relay Station)两种模式,前者主要用途在加强用户端的传输讯号,提升用户传输品质并提高资料传输率;后者则是主要架设在基地台涵盖范围之边界,让不在基地台覆盖范围内的使用者,也能透过中继站取得连线和服务。穿透式中继站正好可加强用户端的传输能力并增加网路涵盖的范围。



而被视为是4G规格、正在制订中的802.16m,也将完整向下相容IEEE 802.16j Multi-hop Relay(MR)中继传输标准和802.16e行动基地台(MS),可提升宽频无线多重接续传递程序,解决WiMAX系统室内穿透率不足、维持系统传输速率、并可减少基地台布建数目、降低基地台发射功率、提供布建弹性、舒缓营运成本压力等问题。



不过中继站技术仍算是一项新兴的技术,还有改进的空间。包括服务之中继站切换和中继站与用户端装置的同步问题。此外,中继站需要同时接受基地台讯号以及用户端讯号,两者讯号水平不匹配的情况,也是需要解决的课题。



中继站在布建时,必须审慎考虑室内穿透力解决方案,这将攸关市场是否采用中继站技术的关键,穿透式中继站的功能,便可满足市场对于强化室内无线通讯传输穿透力的要求,因此,穿透式中继站技术应用在今年将可最先被市场所进一步采用。



G.hn家庭网路标准尘埃落定蓄势待发!


透过一般家庭既有的电话线、同轴电缆(coaxial cable)和电力线来传输多媒体视讯影音内容,一直是相关厂商欲取得标准主导权的兵家必争之地。国际电信联盟(ITU)已在去年10月正式宣布通过ITU-T G.hn家庭网路标准,可用1Gbps的传输速度,藉由同轴电缆、标准电话线与电力线传送多媒体影音内容,并支援随插即用功能。市场分析人士预估相关G.hn晶片组可在今年初问世,这将在数位家庭传输视讯应用领域掀起不小波澜。



HomeGrid Forum正是推动ITU-T G.hn标准的产业组织。旗下当然成员除了Intel、Infineon、Panasonic以及TI之外,还包括British Telecom、Aware(今年10月底已被Lantiq并购)、DS2、Gigle Semiconductor、Best By、Ikanos Communications、Sigma Designs、Westell等厂商。



ITU-T G.hn标准有点类似于802.11n家用网通环境,因为这两者之间的应用范围,都是强调能够高速传输多媒体影音视讯内容。 ITU-T G.hn标准应用将会首先落实在IPTV和HDTV领域,未来在数位家庭网通环境中,ITU-T G.hn可让各类机上盒、家用闸道器、电脑、影音设备、 DVD播放机,以及诸如家庭自动化装置与保全系统等家用电器设备无缝连结。



不过,在这个领域并非只有ITU-T G.hn单一标准独大而已,还有IEEE P1901和电力线网路HomePlug标准也不甘示弱。 HomePlug电力线网路联盟正在制订AV 2.0标准,预计可在今年初完成。 IEEE P1901工作小组则在去年12月正式通过其电力线传输标准,初步草案预计在今年11月完成。这三大标准联盟都有心想要相容整合在一起,因此,ITU正在推动G.hn标准设备能与采用诸如IEEE P1901等其他技术之设备共存的新标准G.9972;而支援智慧电网(SmartGrid )应用的G.hn延伸标准也正在被研发当中;至于IEEE P1901也通过包含G.hn的PHY规格。



但其实,这三种标准之间还有相当大的技术鸿沟亟待克服。 IEEE P1901采用OFDM调变和Wavelet调变,但这两种调变方式无法相容,采用IEEE P1901的设备本身之间就因此会互相扞格。而ITU-T G.hn和IEEE P1901的PHY与MAC规格也不尽相同,前者采用单PHY/MAC规格,后者则是双PHY/MAC架构;且G.hn所使用的编码技术,与HomePlug电力线网路联盟支援的技术也相互抵触。



HomeGrid Forum曾期许自身的三大工作目标是:强化ITU-T G.hn标准的技术内容、具体落实ITU-T G.hn标准的商业化功能、并且让可支援ITU-T G.hn标准的产品互通性更为完备。看起来HomeGrid Forum已经完成首要目标,但ITU-T G.hn自身期许作为可整合电力线、同轴电缆和电话线网路的共通规格,真要能与IEEE P1901和HomePlug共存共荣、合而为一,还有一段漫长的路要走。



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