高速傳輸應用搶出頭　整合元件左右寬頻技術勝負

圖1　英飛凌通訊產品協理陳耀堂表示，英飛凌是唯一在寬頻多重服務市場中，ADSL與VDSL產品最為完備的公司。

依據Strategy Analytics報告，觀察全球寬頻用戶數統計可發現，直至2012年，寬頻用戶數年複合成長率(CAGR)將達11.8%，若以技術別來看，其中xDSL仍將蟬聯寬頻接取市場主流，特別是亞洲地區扮演xDSL用戶數成長的重要來源，預估至2012年，亞洲地區xDSL用戶將達三億七千五百九十萬戶，而該地區用戶數占全球寬頻用戶數的40%，並持續穩定成長中，也成為推動寬頻技術的主力市場，英飛凌(Infineon)通訊產品協理陳耀堂(圖1)表示，寬頻接取市場持續成長的原因在於，寬頻技術除了是未來趨勢之外，更是衡量一國競爭力的指標，加上寬頻是具備誘人投資報酬率的通訊技術，因此即使目前全球籠罩在經濟不景氣的氛圍之下，各國政府仍大力推廣寬頻普及率，而xDSL在所有寬頻接取技術中獨占鰲頭，預估4年內仍將有新增一億用戶數的成長績效。

寬頻市場成長力道強　多重服務帶來新挑戰  

xDSL成長力道持續增長，也使其成為寬頻技術中的主流，也是最後一哩(Last Mile)重要技術，因此相關用戶端設備(CPE)發展狀況不可忽視，陳耀堂援引iSuppli統計資料(圖2)，xDSL包括非對稱數位用戶迴路(ADSL)與超高速數位用戶迴路(VDSL)，其中ADSL橋接器(Bridge)與路由器(Router)市場會逐年下降，相關設備製造商應鎖定持續成長的整合接取裝置(IAD)，無論是ADSL或VDSL IAD，都是可以關注的焦點，原因在於，未來各種寬頻技術將邁向整合，因此IAD將不可或缺。

資料來源：iSuppli 圖2　2006～2012年xDSL CPE產品市場趨勢

再由原始設備製造商(OEM)與原始設計製造商(ODM)等在xDSL CPE的市場占有率來看，目前市場仍相當分散，各家占有率幾乎旗鼓相當，陳耀堂表示，除了西門子(Siemens)以32%的市占率位居龍頭外，其他廠商市占率仍屬平均，但過去由歐美OEM獨占市場的局面，未來將出現變化，亦即市場將轉而成為台灣、大陸OEM的天下，市場並更為集中，出現領導廠商獨占市場的態勢，就如同xDSL晶片市場由英飛凌、博通(Broadcom)與科勝訊(Conexant)三巨頭獨占整體市場近90%的比例。  

最初寬頻通訊的應用服務為高速資料傳輸，之後慢慢發展加入語音、影像以及線上遊戲等應用，陳耀堂表示，電信營運商對於各式服務的推動力道不同，雖寬頻顧名思義即擁有大頻寬，傳輸資料的類型與速度可大為提升，但營運商還是會先以現有的資料傳輸服務為基礎，架構一一完成後，再發展難度更高的網路語音通訊協定(VoIP)或網路電視(IPTV)等應用，即進入多重服務(Multiple Service)的時代。  

然而進入多重服務時，也帶來新的挑戰，陳耀堂強調，由於各種服務有不同的需求，例如網路電視需要高頻寬、立即零誤差的網路品質；而VoIP則不容許出現語音封包延遲現象，因此網路服務品質(QoS)相當重要，此外，新技術須可與既有網路設備互通，或者升級時，CPE設備也須能同時升級，以減少消費者額外支出，都是相關xDSL廠商須克服的問題，而英飛凌憑藉多年發展xDSL技術的經驗，已將上述問題一一解決。舉例而言，VoIP須與傳統電話品質相當，才能吸引消費者採用，因此得提高語音品質，而一般備有無線上網的環境，會製造很多雜訊，將嚴重影響VoIP通話品質，也會占用中央處理器(CPU)相當大的資源以消除雜訊，而英飛凌特有的QoS與Smart CPU架構將能有效解決問題，提高VoIP語音品質。  

另外，VoIP不限於通話應用，未來也將走向泛歐式數位無線電話系統(DECT)，如何將DECT整合至ADSL或VDSL將是相關產品製造商會遭遇的新課題，陳耀堂強調，英飛凌在無線電話領域也有所布局，該公司是第一家取得CAT-iq認證的廠商，並提供完整解決方案，因此可協助相關產品製造商順利整合DECT與xDSL，發展相關IAD或閘道器產品。  

而除了固網技術以外，近期當紅的各式行動寬頻技術也吸引不少業界關注，如LTE就是個中翹楚。而為LTE大幅提升效能的多重輸入多重輸出(MIMO)技術，更扮演其中要角。  

MIMO技術如兩面刃　善用者勝出  

圖3　台灣羅德史瓦茲系統應用部副理蔡文璋認為，LTE的優勢顯著，可望在未來4G中占有一席之地。

台灣羅德史瓦玆(R&S)系統應用部副理蔡文璋(圖3)表示，行動寬頻技術的發展毋庸置疑，而LTE由於可順利銜接3.5G世代的應用服務與用戶，再加上高達100Mbit/s的下載速率、50Mbit/s的上傳速率，以及20MHz的頻寬，都讓LTE的發展動見觀瞻。  

蔡文璋表示，目前LTE已獲得中國移動、日本NTT DoCoMo、荷蘭KPN、北美Sprint、T-Mobile與歐洲Orange、沃達豐(Vodafone)等一線電信業者選用，即可看出未來之潛力所在。  

值得一提的是，LTE在空中介面上使用不少全新的多重存取架構，包括下行鏈路中的正交分頻多重存取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)及上行鏈路中的單一載頻分頻多重存取(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA)，還有MIMO等，在在提升技術門檻，也自然需要更多量測技術支持才能確保系統順利運作。  

蔡文璋透露，SC-FDMA與OFDMA技術類似，但可提供更高上傳速率，並由於具有較低的峰值對平均值比(Peak to Average Ratio, PAR)，也在較低的功耗下可提供足夠的運作效能。  

對採用MIMO的通訊技術來說，由於MIMO可改善分集增益並提高資料傳輸數據，因此增加天線數量，就能使數據傳輸量隨著天線數量而呈幾何成長。然而，真正的嚴苛考驗也是在天線數量增加之後才正式開始。舉例來說，由於每一路天線傳輸的是不同數據封包，且訊號很可能會在空間中合成或甚至互相干擾，因此空間分集和多徑傳播將是實現MIMO的關鍵單元。因此，系統設計者勢必須要詳細計算數據封包的訊息通道傳播特性，才能達到傳輸性能最佳化。而量測系統則是確認訊號完整與否的重要工具。  

此外，蔡文璋強調，MIMO各天線發送的資料皆不同，因此在不同應用如1×1、2×2、4×4中皆會有所差異。而此時即需向量訊號產生器針對發送訊號頻率與功率進行調變，並進行上鏈訊號測試，才能確保訊號正常傳輸。  

由於LTE第一個通訊網路預計將在2010年啟動，因此羅德史瓦茲藉由訊號產生器及分析儀軟體選項，提供適合的3GPP LTE解決方案，以協助行動裝置製造商能針對全新規格發展進行快速應對。  

目前羅德史瓦茲訊號產生器系列產品如SMU200A、SMJ100A和SMATE200A可搭配SMx-K55 3GPP LTE選項，提供產生下傳及上傳訊號的功能，以產生高純度3GPP LTE訊號，以測試元件、基地台和行動電話的接收器。甚至對於四根傳輸天線的MIMO前置編碼和2×2 MIMO的即時衰弱通道模擬，都能直接在訊號產生器裡進行通道編碼設定，以提供訊號測試。  

蔡文璋表示，若量測儀器可支援各式通訊技術通訊協定之每一階段，將可帶給晶片及無線裝置製造商許多益處。舉例來說，這樣的儀器可以在早期檢測通訊協定堆疊，大幅降低發展無線裝置的成本之外，再加上軟體及硬體可以共同開發、測試及微調，對於縮短產品上市時程也有很大幫助。  

事實上，由於已定義好的測試序列，可縮減開發的花費，且加上容易操作的程式介面，更讓設計者可依照手邊的需求，採用這些測試序列以建立自己所需的測試組合，因此在執行測試程序時，設計人員即可使用整套驗證過可靠的軟體工具，並藉由配置測試流程及管理結果開始進行系統開發。  

蔡文璋透露，各式新興技術陸續問世，若能尋得適當量測儀器產品進行協助，將可大幅減少開發人員的工作負擔，同時縮短產品問世時間、降低設計成本。  

無線通訊技術帶動　整合元件水漲船高  

圖4　璟德電子研發部副總經理羅文燈表示，LTCC由於可有效整合各式高頻用元件，因此將在未來高頻裝置上成為主流。

隨著行動寬頻技術持續演進，手持裝置的變化也極為驚人，從早期手臂長度的大哥大，進化到今日巴掌大的手機，再次證實「整合」是行動通訊唯一的道路。也因為看好「元件整合」的發展，本土業者璟德電子在1998年成立後，就專注在元件整合的技術發展上。璟德電子研發部副總經理羅文燈(圖4)透露，在無線通訊系統中，可使用之整合元件範圍極為廣泛，舉例來說，包括天線、低通濾波器(LPF)、帶通濾波器(BPF)、壓控振盪器(VCO)等皆需要整合元件之協助。  

而隨著多頻多模無線通訊系統的成熟，除了手機通訊系統以外，包括全球衛星定位系統(GPS)、無線區域網路(WLAN)、藍牙(Bluetooth)與超寬頻(UWB)等通訊技術日益成熟，也都成為各式元件步向整合的絕佳基礎。然而，隨著裝置愈趨輕巧，舉凡整合元件的多樣化、縮小化、複雜化程度自然都隨之攀升，而天線設計難度的增加也不遑多讓。

羅文燈指出，整合元件的優勢在於可將原先各自獨立的元件統整在單一元件中，大幅縮減體積，也附加更多功能。然而，羅文燈也不諱言，隨著元件整合數量愈多、尺寸愈小，設計人員也面臨更多挑戰。  

羅文燈以射頻(RF)元件為例，當射頻元件不斷縮減體積時，測試難度也就隨之提升；而元件整合後，是否仍能保有甚至增進原有效能，皆是須要考量的因素。而要維持同等效能，成本可能是各自分離的十倍之譜。而在這樣的前提下，整合元件提供者的專業知識(Know-how)多寡也就成為區分產品品質的高下所在。  

此外，由於整合元件複雜化，所需測試時間也隨之延長。羅文燈舉例，過去每分鐘可測試上千個電感電容元件，但整合元件可能僅能測試每分鐘六十個，耗時相差甚鉅，投資成本差異也可見一斑。另外，由於整合元件在尺寸、效能與功耗上都與過往有所不同，因此也在材質選用上步入新歷程。  

綜合以上挑戰，羅文燈認為，要提供高頻整合元件，就必須擁有低損耗、縮小化、客製化與射頻測試的專業知識，才能滿足客戶所需，而其中低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)由於以陶瓷作為電路基板材料，並在每一層生胚印上導電金屬層，藉由通孔(Vias)連接每一層內埋式被動元件，因此可整合電阻、電容與電感、電、光、熱及電源等陶瓷塗層/基板材料技術，以滿足高頻用不同功能組合之基板需求。  

而目前國內業者包括璟德電子在內，皆已陸續針對LTCC加以著墨，每月並有一定出貨量。羅文燈認為，隨著技術持續演進，未來國內業者仍可望在整合元件上占有一席之地。