寬頻CPE(Customer Premises Equipment)正掀起關鍵性的變化。90年代初期在市場上獨領風騷的類比式數據機，在這幾年被寬頻數據機和路由器取代後，現在這些現代化的解決方案又即將被能夠同時結合語音、資料和影像服務(triple play telephony)的整合型Home Gateway所取代...
寬頻CPE(Customer Premises Equipment)正掀起關鍵性的變化。90年代初期在市場上獨領風騷的類比式數據機，在這幾年被寬頻數據機和路由器取代後，現在這些現代化的解決方案又即將被能夠同時結合語音、資料和影像服務(triple play telephony)的整合型Home Gateway所取代。
CPE製造業者正期待著VoIP服務的崛起，透過整合聲音與資料系統的VoIP服務，將能夠透過DSL的上傳和廣泛的有線與無線功能，來提供便宜、高品質的聲音(相對於POTS而言)。
整合型存取裝置(Integrated Access Devices，IAD)的成長需求是來自於寬頻存取和VoIP技術，且伴隨著用來取代個別存取裝置的整合型閘道器。根據市場研究單位In-Stat/MDR的預測，IAD的需求將會從2004年的2.1億個出貨量，維持平均每年10～15%的成長，而在2008年達到3.3億個出貨量需求(In-Stat/MDR，2004年7月)。當家庭網路IC的市場每年將成長21%之際，它的出貨量也會從2004年的1億7千5百萬個，在2008年達到將近4.6億萬個(InStat-MDR，2004年8月)。
相對於較不整合且分散的裝置，Home Gateway在資料和語音通訊上提供了某些基本的優勢，Home Gateway所提供給使用者的主要優勢是在於使用上的便利性。它具有能事先提供且經過保證的可互通性、高度的使用者親和性、高度可移動性(mobility)，並且進一步地降低由於多種服務的組合所伴隨的裝置持有成本。為了替消費者提供真正的價值，一個閘道器必須能夠擁有寬頻級的上行傳輸功能(例如DSL、Cable和光纖等等)。由於有超過70%的寬頻使用者是透過DSL來連結全球網際網路，系統供應商無可避免地需要將DSL上行傳輸的功能作為其產品規格的一部分。其他在閘道器上必須具備的特色還包括有一個VoIP模組和一個可以進行有線(10/100BaseT乙太交換器)和無線(802.11x，WLAN)連結的介面。
閘道器出現的形式是隨著終端使用者的需求而異的。對於已經有寬頻連接和傳統POTS電話裝置的使用者來說，無線VoIP的路由器是一個理想的解決方案。對於新用戶或者是想要從舊有的DSL數據機升級的寬頻使用者而言，除了選擇低階的乙太網路交換器、WLAN和ATA功能的裝置之外，他們可以利用一個具備ADSL/2+上傳功能的整合型All-in-one裝置。
一般來說整合有兩種層次，一種是裝置或晶片層次(系統單晶片或稱為SoC)的整合，另一種是屬於系統層次的整合(多種晶片放在相同的盒子裡)。設備製造商和OEM業者可以從晶片層次的整合獲益，能夠在每個矽晶圓的單位面積上的功能提供更好價值和更低成本。終端使用者則能從系統層次的整合當中獲利，終端使用者只要把一個盒子加上一個一個單獨的電源供應裝置，一些電線還有連接器就能夠使用。就系統設計面來看，在不同裝置間預先設定QoS是一個容易處理的技術性問題，所以單一的整合型存取裝置能夠在這方面繼續保有優勢。一個整合的軟體開發環境也能夠對新興標準、使用者便利性還有即插即用等功能提供快速的回應。當擁有一個根據低階驅動程式和應用程式介面所建構的軟體架構，並加以配合硬體的方式來執行時，這樣的組合是一個非常成功的解決方案。一個針對特定晶片所開發的硬體應用階層，則把硬體當中和軟體元件獨立的驅動程式區隔出來，這麼一來這個驅動程式就能夠單獨地開發、驗證或從第三者當中取得必要的授權。這些元件能夠整合在嵌入式的Linux作業系統當中，能夠很容易地進行開發和客製化的工作。
設計一個SoC會對多個IC晶片組帶來許多設計上的挑戰。這些挑戰包括有混合信號的整合、不同介面和連接之間的驗證，在軟硬體間相互依賴的部份也有較大的問題。解決這些問題的一個可行的方法是把SoC當成一個系統，然後採用系統設計的方法，將軟硬體的協同開發與驗證一併加以考慮。
一個Home Gateway整合了即時(例如語音、影像)和非即時(例如資料或網際網路)的服務。當這樣的服務共同存在的時候，在傳輸層需要進行優先順序的處理，以確保各種服務的最佳化。為了進行優先順序的處理，它需要針對不同的服務進行分類，最好的處理方式就是在一個閘道器裡頭，從訊號來源端進行處理。如果是採用一個較不整合的方法，所提供的這些服務則會經由不同的「盒子」來處理，優先順序的安排則會在每個盒子當中進行協調。另一個困難的地方是如何安排這些優先順序，在一個閘道器上運作的軟體需要能夠接受從服務供應商和使用者端的設定，在一個較不整合的方法中，不相容的介面使得這樣的做法很難達成。
高度整合的通訊處理器和高效能的無線LAN解決方案讓產品所提供的功能更完備，具備完整功能的參考設計提供人們便於使用且功能強大的Home Gateway平台。
最近的研究指出，在2004和2005年間，帶動寬頻通訊市場滲透率的主要動力是來自於VoIP。由於大多數的家庭使用者在可預見的未來並不會採購專用的LAN電話。VoIP路由器將毫無疑問地在Home Gateway市場上扮演一個關鍵角色。一個搭配有POTS介面的VoIP路由器將能夠讓標準電話連接到網際網路上，透過符合RFC3261標準的Session Initiation Protocol(SIP)來使用VoIP的服務。由於採用了符合G.165/G.168標準的回音消除和一個語音Quality of Service(QoS)最佳化處理，所以能夠確保聲音品質和穩定性。
在一個整合閘道器或IAD當中，資料和語音合併成一個共同的資料封包串流(在此稱為語音VoIP)，且只能夠經由他們的來源埠或特別的標準標記來加以識別。為了管理這些擁有不同優先順序的串流，閘道器的硬體必須要能區分出它們並把這些串流做不同的排序(queues)。透過在不同的服務時間中排序，QoS能夠經由軟體來執行。在一個POTS系統當中，資料和聲音在網路不同的路徑上進行傳輸，聲音路徑是透過線路來交換，而資料路徑是透過封包來交換的。
無線和有線的路由器是與具備WPA安全性和QoS的一個WiFi 802.11無線模組放在一起，以確保資料封包的傳遞能夠安全且即時。路由器額外的特色還包括有NAT、NAPT、ALG、防火牆、位址篩選、DNS和NTP，以確保經由有線和無線(USB、WAN、LAN或POTS)介面傳輸的資料和聲音能夠按照正確的優先順序，安全地到達它們的目的地。
即使這些技術只是在新的基礎建設上模仿傳統和現存的功能(例如語音)，但是背後是有相當複雜的互通性作業的運作。為了讓來自不同供應商的軟體及其與需要互通性作業的硬體間能夠互動，在考慮終端使用者的前提下，最好是透過一個單一整合的閘道器，而非由許多設備來實現。這樣一個高度整合的解決方案所帶來的成本效益也是相當顯著的。一個整合型閘道器解決方案比起一個傳統的數據機/路由器解決方案，其成本上至少節省了40%。
ADSL是讓網路業者利用現有銅線來提供寬頻數據服務的主要技術。G.992.3(G.dmt.bis，Full-Rate)和G992.4(G.Lite.bis)ADSL2標準則是由ITU指定，用以拓展現有ADSL標準，使其能夠包含更多功能特性與效能的新標準。更具體地說，這個步驟是為了讓更長距離和更高的數據傳輸速率成為可能，藉以改善診斷能力與減少待機模式時的電源消耗。
來自ITU最新的ADSL標準是ADSL2+，比ADSL2又多兩倍的頻寬。當符合ADSL2 G.992.3和G.992.4的ADSL2具有1.1MHz或552kHz向下傳輸的頻率，而ADSL2+(G.992.5)的向下傳輸頻率已經提升到2.2MHz。如此一來，就有可能在更短的電話線距離內(少於900公尺或大約3,000英呎)達到25Mbps的傳輸頻率。除此之外，ADSL2+提供了降低通話干擾(crosstalk)的功能。由於傳輸距離的提升，且能提供接近局端機房用戶更高的頻寬功能，ADSL2和ADSL2+將會額外地增加ADSL市場的成長。
就CPE而言，將「三合一」(結合語音、資料和影像服務)的應用整合在一起是必要。以英飛凌的一個單晶片的ADSL2/2+解決方案為例(圖1)，此晶片能夠讓廣域的網路(WAN)到區域網路(LAN)皆能提供高速的有線資料傳輸，透過ADSL2+標準和QoS的固定線路，使得整合高速的資料傳輸速率成為可能，透過單一的Home Gateway來處理三合一的應用需求。
如圖2所示，透過增加一個WLAN裝置(WildCard 802.11a/b/g晶片)，拓展了IAD的功能，使其能夠整合一個WLAN MAC(媒體存取控制)和一個基頻處理器。透過一個整合的PCI介面和匯流排控制(bus-master)能力，讓此DSL網路處理器能夠具備即插即用的連結的能力。此晶片是完全與802.11a/b/g和「WiFi WPA」(WiFi加密存取)安全標準相容，這麼一來，此晶片就能夠用來建置一個最高可達54Mbps的傳輸速率且安全的無線乙太網路。
整體而言，多樣化的CPE產品將能夠用來實現足以支援WLAN和VoIP的寬頻存取系統，從一個單一的乙太網路連結到高度整合ADSL閘道器。一個來自單一來源廣泛的晶片組合將能夠協助寬頻家庭閘道器的開發工作，這樣的晶片組合的範圍包括有高效能通訊處理器、標準的xDSL接收器和可擴充(scalable)的聲音產品。
圖3為一個Home Gateway參考系統，此參考系統配備有一個ADSL2/2+單晶片、WLAN及VoIP解決方案，提供完整硬體/軟體平台，讓系統供應業者能夠加速他們的設計週期，縮短產品上市時間，以便在數位家庭市場當中取得競爭優勢。
擁有最新的Home Gateway平台可視為代表著數位家庭網路連結的基礎，並大幅度地簡化了私人和家庭辦公室工作者使用者的數位通訊─從IP電話到運算，不論應用是有線或無線的。