DSL衝破100Mbit/s速度 全面光纖化之路仍困難重重

2006-07-17
DSL接取技術歷經ADSL、ADSL2、ADSL2+、ADSL2++至VDSL、VDSL2的演進,雖然頻寬不斷提升,不過其有效距離卻呈反比發展;而光纖則始終礙於成本因素考量,無法直接進入家中。晶片廠商正思索結合兩項技術的優勢,試圖打造一個有線寬頻接取的理想國。
DSL接取技術歷經ADSL、ADSL2、ADSL2+、ADSL2++至VDSL、VDSL2的演進,雖然頻寬不斷提升,不過其有效距離卻呈反比發展;而光纖則始終礙於成本因素考量,無法直接進入家中。晶片廠商正思索結合兩項技術的優勢,試圖打造一個有線寬頻接取的理想國。  

隨著網路傳輸資料量急速成長,用戶對於影像、視訊資料傳輸的需求愈發高漲,然非對稱用戶迴路(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL)寬頻接取技術已無法滿足用戶的需求。因此,從ADSL發展至超高速數位用戶迴路2(Very High Data Rate DSL 2, VDSL2),為因應高頻寬傳輸需求的結果。但由於數位用戶迴路(Digital Subscriber Line, DSL)透過銅絞線進行傳輸,其傳輸速率愈高,傳送距離愈短,為了解決DSL先天上的距離限制,引進光纖接取技術為必然之勢。  

不過,光纖的光物理特性使其布建相當困難,尤其當遇到建築物各個轉角處時,必須克服光折射角度問題;且目前多數用戶家中也多以銅絞線為基礎建設,若要實施光纖布線,不但施工艱鉅,所耗費的成本更難以估計。  

為了解決兩者的缺點,晶片廠商提出以光纖為第一哩的骨幹網路基礎建設,以DSL為最後一哩布線基準的概念,希望自局端至用戶設備端,能夠提供低成本、高頻寬的網路接取服務。  

DMT終結VDSL規格之爭  

每一項新科技的出現都有其發展過程,寬頻接取技術也不例外。在寬頻接取技術出現之前,一般用戶使用的是撥接式數據機。每一代的演進均將頻寬拉抬許多,如ADSL下行連線速度最高可達8Mbit/s,非對稱用戶迴路2(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL 2)下行速度高達12Mbit/s,上行速度則為3.5Mbit/s。到了非對稱用戶迴路2+(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL 2+),下行速度提高兩倍,達24Mbit/s;發展至超高速數位用戶迴路(Very High Data Rate DSL, VDSL),其下行速度更可達52Mbit/s,不過這些都是針對用戶端與局端的最佳距離範圍而言,實際上DSL的傳輸效能會隨著距離愈大而削減。  

DSL雖然歷經幾代技術規格的演進,然每一代皆維持其延續性。到了803.1時期,VDSL有兩個調變技術,一是正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)技術,二是離散多音調變(Discrete Multi-tone Modulation, DMT)技術。雖然各家晶片廠商遵循共同的VDSL標準,不過由於各自採用不同的部署步驟來完成,因此在局端與用戶設備端之間,不同廠商的產品易發生相容性問題,連帶造成VDSL的互連性障礙,必須修改軟體、韌體的程式碼。就技術面而言,DMT較QAM具有較佳的抗干擾處理能力,尤其在遠距傳輸的過程中,銅絞線之間及外在環境的電磁波都會出現干擾,使得阻抗干擾更顯重要。不過兩派各有其擁護者。直到803.2(VDSL2)出現,DMT正式成為主流規格,原本QAM的支持者也紛紛轉而擁抱DMT,如英飛凌、博通等。  

VDSL發展至VDSL2,不但上行/下行傳輸頻寬倍增至100Mbit/s,更具有完全的回溯相容性,得以支援前幾代的DSL規格,不過,由於VDSL2亦透過銅絞線進行傳輸,因此隨著距離愈遠,所需的電源供應及雜訊干擾也相對提高,傳輸速度自然也走下坡。  

VDSL成為Triple Play最佳後援  

多數晶片廠商原本在ADSL市場各據山頭,不過隨著市場從資料傳輸轉而為Triple Play的需求,尤其在影像傳輸的部分,包括遊戲、IP電視、高畫質電視、視訊會議等應用,近2、3年也積極朝VDSL開發。以視訊會議而言,以往無法造成廣泛使用的原因在於其透過非對稱傳輸頻寬的ADSL傳輸,雖然下載速度快,不過上傳頻寬卻很窄,無法符合市場對影像傳輸的期望。若採用VDSL,因為是對稱的規格,上下載速度相同,即相當適用於影像、音訊傳輸。  

目前科勝訊的DSL晶片已發展至VDSL2,可與ADSL2完全相容,目的在於,當傳輸頻寬無法達到VDSL2的規格時,會自動降至ADSL2的速度進行資料傳輸。該晶片採用ARM處理器,其他軟體與韌體則源自科勝訊。科勝訊亞太區副總裁陳光旭(圖1)指出,該公司正朝向多功能應用DSL晶片發展,如新增無線區域網路路由功能、VoIP及支援Triple Play應用功能,雖然目前寬頻服務仍以資料傳輸為主,不過隨著用戶的應用需求改變,該公司的產品策略也將隨之調整。陳光旭認為,銷售單一CPE硬體設備並非長久營運之計,因為單一的ADSL僅能應付一般的資料傳輸需求,一旦用戶端產生VoIP或無線接取需求,單一ADSL設備即無法滿足,因此該公司將無線區域網路、VoIP整合至ADSL2晶片中,另外並供應功能各自獨立的晶片。  

致力於發展寬頻解決方案的勝天通訊(Centillium),提供包括局端與用戶設備端的DSL晶片,包括ADSL、ADSL2+及ADSL2++等。Centillium總經理翁鴻裕(圖2)指出,該公司的ADSL2++晶片主要供應日本市場,其下行傳輸速度可達54Mbit/s,在日本擁有70~80%的市占率。此外,該公司也計畫開發VDSL2晶片。翁鴻裕指出,雖然VDSL的下行傳輸速度與ADSL2++不相上下,且能提供對稱式的傳輸,不過VDSL有距離的限制,服務範圍遠較ADSL2++狹隘,再者VDSL的規格不一,兼容性問題難以克服,因此該公司選擇直接跨足VDSL2,預計今年6月底將開始供應樣品。  

甚早投入VDSL的晶片廠商Metalink,其產品目前在韓國市占率高達50%。Metalink全球客戶支援經理Yossi Lancher(圖3)表示,相較於其他廠商提供局端至用戶端的相關晶片,該公司專注於發展最後一哩的寬頻解決方案。他透露,目前該公司已有VDSL2的發展計畫。  

VDSL晶片廠商Ikanos於成立之初即投入DMT的VDSL開發,並為此購併亞德諾(ADI)的寬頻產品部門。其產品目前已可支援高達150Mbit/s的傳輸速度,且由於其採用「Discrete Multi-Tone (DMT) Line Coding」技術,不但可與前幾代DSL規格相容,尚能與目前的電話語音訊號(Plain Old Telephone Service, POTS)、ISDN等技術全面相容。Ikanos南亞區行銷總監林宗林(圖4)指出,該公司的VDSL晶片目前在全球出貨量超過1,000萬顆以上,且絕大部分與光化大樓(Fiber To The Building, FTTB)搭配使用,林宗林認為這是最佳搭配組合,因為ADSL的傳輸速度遠不及VDSL,如果選擇ADSL為最後一哩的布建方案,則與第一哩的光纖傳輸速度相差懸殊,第一哩將為傳輸過程中的一大瓶頸。相較於VDSL,因為能提供100/100Mbit/s,甚至是150/150Mbit/s的傳輸速度,可以與第一哩的光纖有較完美的串接。  

TI單晶片降低成本  

德州儀器的DSL晶片則已發展至第8代。該公司針對ADSL、ADSL2+等終端ADSL解決方案,提出AR7晶片,將處理網路資料的CPU、進行ADSL訊號編解碼的DSP、允許在銅絞線上傳輸資料的類比元件及電源管理元件整合在單一晶片上。在AR5以前的晶片只支援ADSL規格的訊號處理,到了AR5,雖然具備了網路處理器、DSP和類比前端(Analog Front End, AFE)的能力,但卻是分別由獨立的晶片所提供,發展至AR7,才將三項晶片技術整合至單一晶片內,大幅降低成本。  

除了開發出AR7單晶片之外,德州儀器也在AR7的平台上增加其他功能,德州儀器DSP系統寬頻網路產品行銷經理羅振源(圖5)表示,AR7可視為一ADSL2/ADSL2+的數據機,提供ADSL2+的路由功能,因應2001年無線區域網路的需求崛起,該公司再搭配WLAN 802.11b/g的晶片,組成AR7W的平台,可提供無線區域網路路由功能。而隨著網路電話應用的出現,德州儀器將AR7W與VoIP晶片搭配,組成AR7VW平台。另外也提供DSL搭配機上盒(Set-Top-Box, STB)的解決方案,將AR7與STB晶片整合為IP STB平台。該公司並提供參考設計予客戶,可視客戶需求再予以客製化。  

德州儀器最新開發的UR8,除了採取90奈米製程將網路處理器進行基層測試之外,也將VoIP整合進DSL晶片內,比起AR7,其整合度更高。由於產品尚未發表,該公司不願透露更多細節,預計2006年下半年會上市。UR8的定位為多媒體處理器,支援至VDSL2的規格,具有ADSL2+以下的回溯相容性。羅振源指出,日後將針對客戶的需求,進行產品功能的切割,如僅支援ADSL或ADSL+,以及支援VDSL2等。UR8除了加強網路處理器、DSP及應用前端的處理能力之外,由於係配合多媒體應用而設計,勢必將連結更多的設備,如儲存設備、無線設備,因此所提供的介面也將更多元。至於無線網路的功能則礙於標準未定,且市場需求仍不明朗,德州儀器尚未決定是否將之整合進DSL晶片中。  

光纖尚須搭配DSL技術  

雖然真正的寬頻殺手級應用尚未明朗化,不過各晶片廠商已看到Triple Play、VoIP、IP電視、高畫質電視等多媒體應用的趨勢。這些應用的共同特色在於特別要求高傳輸品質,而這是下行傳輸速度達54Mbit/s的ADSL2++難以應付,因此需要更高頻寬的技術,VDSL、VDSL2即應運而生,不過其有效距離也縮小至1~1.5公里之內,DSL的發展幾乎已到達極限。由於DSL接取多工器(DSL Access Multiplexer, DSLAM)用以連接多個DSL數據機的線路,只要透過1個IP埠連接至骨幹網路,即可分隔高速寬頻訊號與傳統交換機(Local Switch)訊號,避免傳統語音交換機之壅塞,因此衍生出從局端拉光纖到DSLAM,再從DSLAM透過DSL線路傳輸資料至家中的光纖與DSL整合折衷方案。  

目前光纖網路主要有三種發展:寬頻被動式光纖網路(Broadband Passive Optical Network, BPON)、乙太網路被動式光纖網路(Ethernet PON, EPON)及Gigabit被動式光纖網路(Gigabit PON, GPON)。三者差異在於其上行/下行傳輸速度。當前EPON為市場主流,晶片廠商如科勝訊也以此為主要發展重點。勝天通訊投入光纖的市場相當早,接下來也將朝EPON發展,主要目標市場為日本、韓國與中國大陸,翁鴻裕表示,這些地區無論是政府的政策規畫或業者對EPON的投入時間均較其他國家早,預期將快速成長。  

光纖與VDSL須倚賴協力廠商的交換器連結,如阿爾卡特、西門子、華為、中興、合勤、明泰等。以往電信公司為了減少銅絞線的布建,因此轉而布建光纖;而DSL設備多數仍集中於局端機房,採用銅絞線。不過Ikanos的林宗林指出,電信公司正逐漸放棄局端的DSL,而是將已建構好的光纖連上交換器,再連上銅絞線進入建築物內的每一用戶,未來光纖利用率可望大為增加,目前國際大城市,如北京、上海、天津、廣州等,其光纖布建密集度相當高:「滿地都是光纖。」他說。  

全面光纖化猶言過早 晶片廠商仍觀望  

不過,目前光纖主要用於基礎建設,家庭仍採用既有的銅絞線傳輸資料,科勝訊的陳光旭即認為,光纖到府尚言之過早,單單是挖馬路等施工成本就相當驚人。誠然光纖網路是必然的發展趨勢,不過仍面臨更多的技術與環境因素待克服,尤其礙於光的物理特性難以垂直拉線,而住宅型的光纖閘道器至今也尚未問世。也許未來會有設備可以排除這些障礙,不過其價格也必然不便宜。  

德州儀器至今尚未發表其光纖解決方案的發展策略,羅振源指出,目前市場已有EPON與GPON兩大陣營,甚至還有10Gbit/s的EPON,該公司正密切注意後續發展。雖然以寬頻市場的走勢來看,光纖在未來將有很大的市場需求,不過目前尚處於萌芽階段,未來幾年寬頻的發展仍將以DSL為主流。他認為,兩者具有階段性的互補作用,雖然皆提供寬頻的服務,且光纖較DSL提供的頻寬更高,不過以現階段而言,光纖的布建成本,包括光纖線路材料、局端光終端設備技術(Optical Line Termination, OLT)、終端的光纖網路單元(Optical Network Unit, ONU)設備,和技術困難度都比較高,而DSL因為利用既有的銅絞線進行資料傳輸,對於服務提供業者則是一個較容易進入的技術領域。羅振源說,鮮少企業或國家一開始即全面光纖化,因為以光纖為基礎建設的背後需要許多的資源支援,其中大部分仍卡在成本高昂的問題上,再者,用戶是否真的需要使用光纖的頻寬仍待商榷,如果不需要,建置光纖網路其實並沒有實質上的效益。  

專注DSL領域力求差異化發展  

晶片廠商認為,如果光纖布建成本一直無法下降、施工困難度無法克服,將難以實現光纖到府的理想。因此,多數業者仍採取觀望的態度。此外,以最後一哩的應用而言,VDSL2技術所提供的頻寬已綽綽有餘,DSL仍會存在很長一段時間,部分廠商甚至採取壓寶式的作法,專心致力於DSL的發展。  

Metalink即以提供MIMO、VDSL等高性能無線及有線寬頻解決方案為主,其中VDSL已可支援100/100Mbit/s傳輸速率。該公司以多媒體與串流影像的應用為訴求,從數位家庭出發,一開始從G.SHDSL進入,後來往VDSL發展。Lancher表示,目前100/100Mbit/s的DSL技術已足以涵蓋整個數位家庭網路頻寬的需求,唯尚可追求其有效距離的延伸。DSL市場競爭者眾,取代性的技術也不斷推陳出新,唯有追求對自我最有利的市場,採取差異化策略,才能在眾多佼佼者中脫穎而出。  

勝天通訊的翁鴻裕認為,DSL技術因為已經相當成熟,下一步勢必面臨削價競爭。以該公司來說,規模不如其他大企業,因此必須鑽研更先進的技術,同樣也是採取差異化的作法。  

整合式架構勾勒無限擴充的未來  

礙於VDSL先天的距離限制,若要使得每一用戶真正享受理想頻寬效能值,布線率勢必要很高,目前最為理想的方式即以光纖為骨幹網路,拉線到市區後,再轉為VDSL傳輸資料至家中。雖然光纖的布建之路仍有許多問題待克服,不過可以發現,晶片廠商對於其發展仍有所期待,在全面光纖化時代來臨之前,晶片廠商多採取折衷的光纖與DSL整合式架構。  

「Buy For The Future」可說是晶片廠商的發展原則,強調新的晶片不僅適用於現在的主流規格,未來仍可兼容於新技術規格。畢竟ADSL現在仍為市場主流,為了避免日後新規格出現,致使既有設備必須汰換,晶片廠商將新舊規格整合在同一顆晶片中。此外,也將VoIP、WiFi及資料傳輸功能整合在同一個家庭閘道器內上,務使設備能更具升級彈性與未來性。  

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