3G網路部署挑戰有解　毫微微型基地台嶄露頭角

隨著環保意識高漲，世界各地的電信業者為了布建基地台而引發居民抗爭的消息也屢見不鮮。為了解決基地台布建不易的問題，毫微微型蜂巢式(Femtocell)基地台逐漸在歐美各國興起。這種家用基地台除可有效改善室內通訊不良問題之外，亦可減少用戶對大型基地台的依賴，已被視為解決基地台抗爭的解藥之一。  

除了解決基地台增建不易的難題之外，讓毫微微型基地台受到電信業者高度重視的關鍵，還是在於其安內攘外的特性。對內，相較於大型基地台必須負擔昂貴的回程線路(Backhaul)租金，毫微微型基地台的布建成本可說是微不足道；對外，面對其他固網行動匯流(Fixed Mobile Convergence, FMC)技術如非授權行動接取(Unlicensed Mobile Access, UMA)、無線網路語音通訊協定(Wireless VoIP)等新興通訊技術進入分食行動通訊市場營收大餅，透過毫微微型基地台所帶來的通話成本降低，行動網路營運業者終於取得能與之抗衡的本錢。  

毫微微型基地台肩負降低成本重任  

從電信業者的觀點，導入毫微微型基地台除了可以避免棘手的居民抗爭問題外，也可降低網路布建的資本支出與後續的營運成本。台灣大哥大總經理室處長謝通和指出，對電信業者而言，過去幾年隨著各種新興網路應用陸續流行，用戶的網路流量大增，使得電信業者必須持續在網路設備上投資。但電信業者的持續投資卻抵擋不住平均每戶貢獻值(ARPU)逐年下降的趨勢。因此，追求網路成本，特別是營運成本的極小化，已和提供創新加值服務以提升ARPU一樣，並列為電信業者的兩大生存課題。  

謝通和更進一步以台灣大哥大的情況為例來分析電信業者的營運成本負擔。他表示，以台灣大哥大分布在全台各地約五千座2G基地台，每座基地台至少以兩條E1線路連接到核心網路機房為計算基礎，一年付給中華電信的線路租金便超過新台幣8億元，若再加上回程線路頻寬需求更高的3G與3.5G基地台，保守估計台灣大哥大每年租用回程線路的成本可達新台幣20多億元。  

事實上，回程線路租金僅是營運成本的冰山一角，各種大型基地台定期與不定期維修校正的人力成本、基地台土地租金、電費等雜支，也隨著網路規模擴大而持續水漲船高。謝通和指出，站在電信業者的立場，在ARPU負成長的大環境下，放任網路營運成本繼續隨著網路規模擴大而成長，將嚴重侵蝕公司的獲利能力，因此台灣大哥大非常樂見各種能協助公司降低網路營運成本的新技術出現，例如以乙太網取代傳統ATM回程線路的新一代基地台方案、可支援多模(2G、3G、3.5G)的核心網路交換設備、以及毫微微型基地台。  

解決布建抗爭難題的釜底抽薪之計  

圖1　中華電信行動通訊分公司發言人石木標指出，毫微微型基地台可協助電信業者克服諸如成本高漲、居民抗爭等棘手的3G網路部署問題，因而廣受電信業者看好。

對於回程線路租金只是左手付給右手的中華電信，毫微微型基地台依然是一種非常具備吸引力的網路布建工具，因為毫微微型基地台不僅可顯著改善3G網路的室內覆蓋率，更是解決大型基地台屢遭附近居民杯葛抗議的釜底抽薪之計。中華電信行動通訊分公司發言人石木標(圖1)指出，由於3G採用的通訊頻段最高可比2G高出兩倍有餘，因此其單一基地台的訊號覆蓋距離僅有2G基地台的一半左右；如果是高速封包接取(HSPA)基地台的話，由於其頻寬要求更高，所以收發端之間的距離必須更短。根據中華電實際布建的經驗，一座HSPA基地台的覆蓋距離，可能只有2G基地台的三成左右。  

換言之，為了提供足夠的訊號覆蓋範圍與通訊頻寬，電信業者必須布建更多基地台。以中華電信為例，現階段已在全台布建超過六千座3G基地台，但若要使3G網路的覆蓋率達到與2G網路同樣的程度，至少要布建超過一萬二千座基地台。石木標表示，以目前台灣民眾抗爭的情況來看，要布建那麼多傳統大型基地台無疑是天方夜譚。更進一步來看，即使室外基地台的數量充足，使用者在室內用3G手機收發話與上網難免還是會有收訊死角問題，因為3G訊號的穿透力本來就不如2G，大型基地台密度提升也只能解決部分問題。  

石木標認為，利用數位用戶迴路(DSL)做為回程線路，把基地台從戶外移到室內，再搭配戶外的3G大型基地台，才能提供給客戶最穩定的3G通話與上網品質。而且，若是毫微微型基地台的普及率夠高的話，中華電信也可望因而得以減少室外大型基地台的布建數量，除了降低行動網路的經營成本外，更可降低被民眾申訴抗議、甚至被迫拆遷基地台的頻率。  

根據中華電信的統計資料顯示，隨著最近這幾年居民抗爭蔚為風潮，拆遷基地台的成本已經變成中華電信行動網路的主要營運成本支出項目之一。由於拆遷戶外基地台必須出動重型吊車等大型機具，每拆遷一座戶外基地台，其成本至少新台幣10萬元起跳。  

毫微微型基地台成為對抗UMA的利器  

圖2　資策會網路多媒體研究所主任陳仕易認為，毫微微型基地台是電信業者對抗UMA等侵蝕自己營收的破壞性創新的新武器。

毫微微型基地台的出現，除了可以協助網路營運業者降低營運成本之外，更被寄予對抗其他破壞性創新技術，如各種網路語音通訊協定(VoIP)的重任。資策會網路多媒體研究所主任陳仕易(圖2)認為，在FMC的趨勢持續發酵之下，允許使用者透過無線區域網路撥打網路電話的破壞性創新科技，如UMA，雖然目前在幾家主要電信業者的杯葛之下尚未成為市場主流，但隨著行動終端裝置所採用的硬體平台效能持續提升，作業系統也日趨開放，像Skype這類在個人電腦平台上運行的網路電話應用軟體，終有一天也會在手機平台上普及。「擋得了一時，擋不了一世。」陳仕易說。電信業者終究要拿出足以對抗的新技術來留住客戶，否則客戶流失的情況必然出現。  

使用毫微微型基地台技術的優勢在於使用者不須購買新的終端裝置，甚至不須啟動手機上任何額外應用程式工具即可進行語音通話或傳輸資料。相較之下，以無線區域網路技術作為空中介面(Air Interface)的UMA，必須搭配對應的手機終端便為其敗筆之一。陳仕易認為，從國外推行UMA的經驗來看，須搭配特定的手機終端確實是現階段UMA最大的弱點，因為手機製造商推出的UMA手機款式太少，使得UMA很難成為消費市場上的主流。事實上，以T-Mobile為例，其UMA服務的客戶絕大多數是企業用戶，便是UMA還難以打入一般大眾市場的證明。  

正因為毫微微型基地台對電信業者而言是一項進可攻退可守的關鍵技術，因此全球各大電信業者莫不投以高度關注，連帶地基地台業者也積極投入。在國際一線大廠部分，目前毫微微型基地台已獲得阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)、恩益禧(NEC)、摩托羅拉(Motorolaㄘ、諾基亞西門子(Nokia Siemens)、三星(Samsung)、中興、華為等電信設備系統業者支持。  

系統架構相對單純　低成本可期  

圖3　亞德諾RFNC部業務開發經理黎德福認為，毫微微型基地台的硬體架構其實比較類似於手機，而非傳統大型基地台，因此系統硬體設計的技術門檻並不高。

與標準基地台相比，毫微微型基地台由於不須具備電信級的系統可用度，再加上訊號涵蓋範圍小、系統容量要求相對較低等因素，使得其系統設計得以大幅簡化。亞德諾(ADI)RFNC部業務開發經理黎德福(Justin Littlefield)(圖3)指出，與其用電信基礎設施的觀點來看待毫微微型基地台，倒不如將之視為如無線區域網路接取設備般的消費型用戶端設備(CPE)，可能更為貼切。  

首先，以目前市場上可以看到的實際產品為例，不管是3G毫微微型基地台，還是全球微波存取互通介面(WiMAX)毫微微型基地台，其訊號的涵蓋範圍頂多約30～50坪左右。由於訊號覆蓋範圍只有一戶普通住宅大小，因此電信業者在部署完成之後，原則上不像大型基地台那般，必須定時派員前往執行頻率漂移校正等現場維護工作；其次，由於訊號覆蓋範圍小，所以毫微微型基地台的電磁波發射功率甚至比手機的射頻訊號強度來得更低。一般來說，手機射頻功率放大器的最大輸出功率通常可達1瓦左右，但在毫微微型基地台應用中，其最大射頻發射功率只要達0.25瓦便綽綽有餘，而在正常使用狀態下，毫微微型基地台的發射功率平均約在0.1瓦左右。  

由於毫微微型基地台的訊號覆蓋範圍小，因此電信業者必須大量布署毫微微型基地台，才能創造出足夠的網路效益。換言之，毫微微型基地台的成本必須壓低到允許電信供應商大量部署的水準。黎德福認為，這是消費型用戶端裝置的特性，想要耕耘此一市場的元件供應商必須走上整合之路才能保持市場競爭力。  

以亞德諾所提供的3G毫微微型基地台方案為例，在射頻部分，整個系統是由射頻收發器與搭配的功率放大器、整合式資料轉換器(包含類比數位轉換與數位類比轉換功能)、以及時脈合成器四個主動元件所構成。在某些比較高階的系統設計中，客戶可能會須要外加一個低噪訊放大器來增加訊號接收的靈敏度。黎德福指出，雖然目前業界都將200美元的系統電子物料清單(BOM)成本當成追求的目標，但站在亞德諾的觀點，系統製造商很快就有機會將原物料採購成本壓低到100美元左右。  

黎德福進一步評論，以這樣的系統配置來看，雖然毫微微型基地台號稱「基地台」，卻毋寧說是3G或WiMAX的接取點設備(Access Point, AP)可能更為恰當，向來擅長生產製造各種網通用戶端設備的台灣網通業者，要跨足此一領域的難度不高。  

圖4　picoChip行銷副總裁Rupert Baines認為，對台廠而言，要跨入仍帶有一絲通訊基礎設備色彩的毫微微型基地台市場，上游供應商是否能完整的軟硬體參考設計方案將是關鍵。

專注在毫微微型基地台基頻晶片研發，同時也是毫微微型基地台論壇(Femto Forum)創始成員之一的英商picoChip也表達同樣的觀點。picoChip行銷副總裁Rupert Baines(圖4)認為，從系統架構來看，與其將毫微微型基地台視為傳統的網路基礎設備，倒不如以終端裝置來看待來得更為恰當。即使如此，毫微微型基地台市場還是有其獨特性。首先，原本在無線基礎設備市場上的供應商必須設法適應價格壓力、產品上市時程以及簡單易用等消費性產品的特性，特別是簡單易用的特點，更是原本習慣設計大型複雜設備的供應商必須深思的，畢竟消費者不是專業工程人員。其次，原本不在無線網路基礎設備市場耕耘的廠商，若要進軍此一市場，必須設法熟悉相關的電信法令規範、行動通訊標準、以及電信營運業者對產品可靠度的要求較高的遊戲規則。  

此外，由於毫微微型基地台仍為一個非常新穎的產品，為了應付日後可能出現的標準規範修改、市場對產品功能的需求改變等情況，短期內仍將大量採用軟體與可編程解決方案來保留系統的設計彈性，例如picoChip的處理器解決方案整合了大量的數位訊號處理器(DSP)核心，以允許客戶透過軟體升級的方式應付標準改變、功能升級、效能提升等需求。這意味著雖然毫微微型基地台硬體簡單，但軟體設計卻相當複雜，與台廠向來熟悉的乙太網交換器、路由器、DSL數據機等產品風格迥異。  

軟體開發為台廠軟肋  

從硬體觀點來看，毫微微型基地台與無線區域網路相比，除了尚未進入系統單晶片(SoC)的成熟階段之外，整體而言其實大同小異。但從軟體觀點，毫微微型基地台卻是不折不扣的3G基礎設備，如通訊協定堆疊、系統韌體、介面規範、演算法等要求，與大型基地台相比，可用麻雀雖小五臟俱全來形容。  

陳仕易認為，對台灣的網通業者而言，毫微微型基地台固然是轉機，同時也是危機。過去一年多來，想投入毫微微型基地台開發的台灣廠商很多，但卻只能扮演純硬體代工的角色，對於韌體開發與通訊協定堆疊完全無力著墨。其中原因就在於目前毫微微型基地台所使用的通訊協定堆疊與韌體完全是從標準基地台移植而來，而且從Femto Forum決定將以大型基地台與核心網路設備聯結的Iub介面為基礎，修訂出適合毫微微型基地台使用的Iuh介面規範來看，對幾乎未曾投入基地台市場的台灣網通廠商而言，要提供完整的軟硬體整合方案恐有困難。  

相較之下，韓國三星、中國大陸的華為、中興等廠商，卻是從2G時代便已有能力提供完整的基地台解決方案，雖然中國大陸製造商要提供完整3G基地台解決方案可能還得多花些工夫，但從2G產品研發所累積的經驗，使其技術較台廠領先許多。  

更重要的是，毫微微型基地台未來一定會跟現有的數位用戶迴路數據機、纜線數據機、機上盒、無線區域網路AP等產品整合成單一產品。「如果沒有能力設計生產毫微微基地台，最後可能連數據機跟路由器的訂單都吃不到！」陳仕易憂心地說。  

要扭轉軟體研發能力的劣勢，台廠必須設法與研究單位或是透過擁有系統級解決方案的上游廠商合作，才能從純硬體製造提升為整體解決方案供應商。資策會網路多媒體研究所最近這幾年除了積極投入WiMAX中繼技術的開發之外，其實也在3G基地台研發方面投入了不少研發資源。  

陳仕易表示，資策會網多所從2006年就開始關注毫微微型基地台，也做了許多先期研究的工作。依照資策會目前的規畫，約在2008年底之前，由資策會與國外量測設備大廠所合作的毫微微型基地台設計驗證方案就會正式發表；至於資策會所開發的毫微微型基地台3G通訊協定堆疊、演算法、系統韌體等，則預計在2009年下半年正式對外發布。  

陳仕易進一步透露，經濟部工業局與國科會已經注意到毫微微型基地台對台灣網通產業發展的重要性，未來不排除建立相關專案計畫來協助台灣產業界強化整體系統開發的能力，而不只是單純做硬體代工生產。對於台廠而言，政府若能出面主導，整合相關產學研的資源來扶植產業升級，將可迅速建立起台灣網通產業在毫微微型基地台領域的核心競爭力。  

Baines則認為，由於毫微微型基地台兼具基礎設備與消費性網通產品特性，因此廠商透過策略結盟來進軍此一市場將是非常重要的關鍵。對台廠而言，上游的半導體供應商必須能夠提供軟硬體兼備的系統級解決方案，特別是軟體參考設計，才能協助公司迅速適應兩個原本互不相干的產業文化與市場需求，進而推出有競爭力的產品。  

例如picoChip正在研發一套新的解決方案，讓毫微微型基地台部署到使用者家中後，會自動偵測周圍大型蜂巢網路的狀況，並自動調整自己所使用的通訊頻段，以提升使用者家庭蜂巢網的通訊效能，同時降低與大型蜂巢網產生共頻干擾(Co-channel Interference)的情況。  

電信業者寄予厚望　毫微微型基地台起飛在即  

從全球無線通訊基礎設備的領導大廠如阿爾卡特朗訊、諾基亞西門子、恩益禧積極與新創公司結盟，以搶攻毫微微型基地台所帶來的可觀商機，以及電信業者幾乎一面倒地看好毫微微型基地台來看，毫微微型基地台市場的起飛指日可待。這也是台灣網通業界從低階產品跨足高毛利、複雜系統的一個絕佳機會，能否乘勢轉型，端看企業主事者是否能在市場即將起飛之際，透過策略結盟、甚至購併方式取得關鍵技術。  

石木標認為，只要台廠肯投入，這個市場的規模絕對充滿想像空間。以中華電信目前的規畫時程，在2009年下半年進入正式部署之前，中華電信預計將再陸續採購十至二十萬台毫微微型基地台，而這個數字還不到台灣整體寬頻網路用戶的三十分之一！台灣廠商不該放棄此一充滿成長契機的全新市場。  

至於在技術來源方面，台廠其實不必過度擔心。石木標透露，從中華電信宣布公開招標採購毫微微型基地台系統以來，雖然目前來投標的廠商清一色是外商大廠，但其實有不少投標單位以大廠提供後端設備與系統整合、國外新創公司毫微微型基地台設計、再加上台廠代工生產的模式來競逐此一標案。  

更值得台灣業界關注的是，由於毫微微型基地台的市場生態較為接近消費性產品，因此要在此領域長期耕耘的廠商，終究必須具備優異的成本控管能力，而這正是台廠賴以生存的法寶。有不少新創公司雖然技術實力傲人，但在公司規模不如人的情況下，待價而沽或轉型成為智財供應商反而才是最好的選擇。台廠只要能持續注意相關產業動態，即可望從中獲得關鍵技術。  

傳統上被台廠視為無力介入的行動網路設備市場已經出現變化，台廠只要能夠掌握契機，未來何嘗沒有在行動網路基礎設備中軋上一角的機會。