高畫質影音已成為消費者追求更佳影音觀賞經驗的重要需求，也意味著行動網路或家庭網路皆須朝更高傳輸速率邁進。行動網路擁有LTE等寬頻通訊技術加持；家庭網路則須仰賴PLC、Wi-Fi等技術新的規範，並進一步整合，才能完成使命。
近年來由於許多高畫質(HD)影音內容進入家庭，使消費者對家庭高速聯網的需求越來越強烈。以一般消費者的日常生活而言，在戶外可用智慧型行動上網裝置如手機、平板裝置(Tablet Device)等上網，其背後有強大3G、4G行動寬頻通訊技術為基礎，但進入家中，消費者對大頻寬的通訊應用需求仍然殷切，數位家庭的趨勢更突顯行動與家庭網路整合的商機。本文將從通訊技術的角度，一窺各項家庭網路技術發展的現況，並分析未來家庭網路異質整合的關鍵議題。
家用高速網路需求明確 電信骨幹網路升級為要務
隨著新世代行動寬頻技術不斷演進、雲端運算(Cloud Computing)的應用從口號落實於日常生活，許多電信營運商陸續提供光纖到府(FTTH)、光纖到建築(FTTB)等FTTx服務，藉由推動後端電信骨幹網路的建置，滿足未來家庭高速網路的需求。除電信營運商外，日前台北市政府也與多家聯盟廠商共同宣布，4年內將台北市打造成為台灣第一個光纖到府的智慧城市。
由於有線的光纖技術在傳輸速率與延遲特性均比無線通訊技術表現優異，所以適合如網路電視(IPTV)與高畫質電視(HDTV)的應用。目前在光纖技術競爭最激烈莫過於乙太被動光纖網路(EPON)與千兆位元被動光纖網路(GPON)兩項技術。從電信布建角度分析，GPON頻寬和分路比皆優於EPON，有助於降低營運商光纖基礎建設的建置成本，且GPON另可支援分時多工(TDM)、非同步傳輸模式(ATM)等模式，故GPON後來居上成為眾多電信業者青睞的選擇。
在西歐、北美許多寬頻環境十分普及的先進國家裡，其電信業者近年來意識到固網用戶與每戶平均收入(ARPU)成長趨緩，但行動寬頻網路仍快速起飛的事實。在未來經濟前景不明、布建成本的綜合考量下，這些電信業者企圖考慮更靈活的建置策略，以用戶密集度與ARPU貢獻作為依據，布建更多樣的FTTx與數位用戶迴路(DSL)混合式網路架構，以滿足各種家用市場聯網的需求與新標準的商用化。
以聯合國國際電信聯盟(ITU)在2010年通過的G.vector(G.993.5)與G.inp(G.998.4)超高速數位用戶迴路第二版標準(Very-high-bi-rate Digital Subscriber Line 2, VDSL 2)為例，DSL產業的主要設備與晶片商均陸續發表對應的綁定(Bonding)與向量運算處理(Vectoring)技術整合產品，以光纖為骨幹加上現有銅線基礎設施的混合，為一般用戶完成最後一哩的網路架構，不僅使DSL產業增添新的活力，也使電信營運商可以更經濟的成本，推出功能上能媲美成本密集型全光纖網路的服務。目前在VDSL市場具領導地位的系統廠商有台灣國際標準電子(Alcatel-Lucent)、華為、中興、合勤、諾基亞西門子(NSN)等。
有線家庭聯網標準各據山頭
提到有線家庭聯網的技術，就不能不提到致力推動電力線通訊(PLC)技術的家用電力線網路聯盟(HomePlug Powerline Alliance, HPA)。由於全球相關的電力線通訊協定有HomePlug 1.0、HomePlug Turbo、HomePlug AV、UPA、HD-PLC等多種技術規格，除HomePlug 1.0規格與HomePlug Turbo規格可以互通外，其他PLC規格的設備無法透過電力線互通傳遞訊息。
HomePlug獲車廠支持
目前HomePlug及HomePlug AV相關裝置在全球的寬頻電力線通訊市場中，市占率高達80%以上，在電力線通訊市場中主場優勢不容小覷。HPA挾著其在電力線通訊市場的領導地位，積極地迎合各種主要電力線通訊應用的需求，制訂用於數據、音頻和視頻分發的家用寬頻網路、智慧能源、智慧電網及插電式電動車等交通系統的IEEE P1901標準，持續提升HPA成員的多樣性在家庭聯網的領域開疆闢土。
此外，HPA亦針對智慧電網應用，也推出所謂HomePlug Green PHY(HPGP)規格，2011年由Qualcomm Atheros推出解決方案，吸引戴姆勒(Daimler)、保時捷(Porsche)、奧迪(Audi)、福斯(Volkswagen)與BMW五大車廠支持，爭取HPGP成為全球統一的電動車充電介面技術。新一代HomePlug AV2的標準將電力線訊號傳輸率推升至Gbit/s等級，也挑戰傳統電力線通訊的兩大技術瓶頸，電力訊號衰減與抗雜訊干擾的多重輸入多重輸出(MIMO)技術。HomePlug AV2不僅為家庭聯網設備市場注入強勁的成長動能，也讓業界對此標準在未來智慧電網終端應用市場上所展現商機有所期待。
MoCA結合有線電視/聯網服務
同軸電纜多媒體聯盟(Multimedia over Coax Alliance, MoCA)是推廣運用居家的有線電視同軸電纜線，實現家庭區域網路的組織。北美有線電視業者如康卡斯特(Comcast)、時代華納有線(Time Warner Cable)、Cox；電信業者如威瑞森(Verizon)、Cincinnati Bell、及衛星電視業者DirecTV、EchoStar等均選擇部署MoCA作為家庭聯網主要技術。
為因應高頻寬及將高品質數位多媒體內容傳輸到整個家庭網路的需求，目前MoCA 2.0的標準在實體層最高可提供至1.4Gbit/s傳輸率，使消費者可在同一條同軸電纜上享受數位有線電視與聯網服務。
由於MoCA 2.0標準擁有支援新舊版本前後相容的特性，對於已大規模部署內建MoCA先前標準的北美業者而言無疑是如虎添翼。現在MoCA技術深耕的領導廠商有擅於晶片設計製造的Entropic、主攻無線應用及智能處理網路的Cavium Networks、寬頻路由器製造商Actiontec與專攻機上盒、被英商劍橋半導體(CSR)購併的晶片商卓然(Zoran)等，在可預見的未來，MoCA技術在北美區域聯網家庭的地位尚難被取代。
G.hn融合家庭有線通訊技術
ITU眼見家庭聯網充斥著眾多不相容技術，因此制訂可同時滿足電話線、電源線和同軸電纜三種傳輸介質的G.hn標準。
G.hn標準最高理論傳輸速度可達1Gbit/s，而實際傳輸速率則依傳輸媒介的差異而有所不同，利用同軸電纜傳輸時速率為700Mbit/s；電話線傳輸速率為500Mbit/s；電源線為300Mbit/s。
G.hn規格的內容包括實體層標準(G.9960)、資料連結層標準(G.9961)、使用G.hn標準產品與其他非G.hn標準共存互通的協議標準(G.9972)、為避免干擾而利用電源線的地線進行傳輸的MIMO標準(G.9963)、管理與診斷協議標準(G.9962)與針對智慧電網應用所制訂的能量管理規格標準(G.9955)等，該標準目前由家用網絡論壇(HomeGrid Forum)負責推廣。
目前發展G.hn技術的廠商包括英特爾(Intel)、Lantiq、邁威爾(Marvell)、Sigma Designs，台灣義傳科技、九暘電子也是家用網絡論壇會員。
值得一提的是，2011年中家用網絡論壇與寬頻論壇(Broadband Forum)聯合在瑞士日內瓦舉辦第一屆G.hn開放式互通性插拔測試大會(Open G.hn Interoperability Plugfest)，主要由Marvell、Lantiq、Sigma Designs與義傳科技等四家主要晶片業者進行互通性測試，藉以向業界宣告G.hn不僅是優良的通訊規格標準，也同時具備可立即應用的商用解決方案。
G.hn在有線端家庭聯網標準上積極整合各種介面技術以提供各樣服務，成功吸引北美大型電信業者AT&T、英國電信(BT)、西班牙跨國電信業者Telefonica加入Homegrid會員。
不知是否為瑜亮情節作祟，以PLC通訊技術為主的HomePlug(IEEE陣營)與MoCA陣營均明確表示不支援由ITU陣營所提出的G.hn標準。HomePlug與MoCA陣營各自選擇在HomePlug AV2/IEEE P1901和MoCA 2.0上發展，甚至開始採取合縱策略，以新興IEEE P1905.1標準為基準，漸漸地往結合有線、無線異質家庭聯網標準而自成一格。
新興無線標準提升影音傳輸效能
由於聯網電視(Connected TV)帶動數位家庭影音資料無線傳輸的使用需求，具備高畫質的影像穩定度與低傳輸延遲時間的無線影音傳輸通訊標準已成為顯學，以下將介紹幾種近年來新興無線影音傳輸技術。
WHDI位居高速影音傳輸龍頭
若以客廳為中心，將家中所有數位家電設備進行連結，進而形成一個完整的數位網路生活環境，每一個家庭成員可在這樣的環境下享受更便利的家庭多媒體整合應用體驗。
由日立(Hitachi)、三星(Samsung)、樂金(LG)、夏普(Sharp)、索尼(Sony)等消費電子大廠與晶片廠商Amimon組成無線家庭數位介面(Wireless Home Digital Interface, WHDI)聯盟，所推行WHDI標準就是此類技術的佼佼者。
WHDI規格是一種運作於5GHz頻段的無線「跨房間發布」(Multi-room Distribution)的通訊標準，支援無壓縮Full HD(1,080p/60Hz)高畫質視訊傳輸，其傳輸距離則可超過100英尺，可穿透牆壁，延遲時間低於1毫秒(ms)，是現階段在高速無線影音裝置應用中市占率最高技術。
目前WHDI 2.0標準規格支援HDMI 1.4標準，傳輸影像的解析度提升至4,000×2,000超高畫質畫素與三維(3D)影視內容。WHDI讓消費者能夠體驗不同產品間無線互動的科技與便利性，享受高品質的家庭娛樂。支援WHDI規格的影音產品相當多樣化，如惠普(HP)的數位影音多媒體轉接器(Digital Media Adapter)、華碩推出的無線視頻系統(Wi-Cast)及影馳(Galaxy)推出之桌上型電腦顯示卡、中國大陸的前幾大電視品牌業者包含海爾、海信及長虹、TCL等皆相繼投入生產具WHDI功能的電視機種。
台灣廠商看準WHDI的商機，已有亞旭電腦、正文、富士康、達威電子、光寶科技、友勁科技及兆赫電子等競相切入WHDI領域，研發製造各式影音模組的開發，企圖趕搭這趟消費者無線高畫質影音傳輸的順風車。
WiHD/WiGig利用高頻段提升傳輸速率
無線高畫質(WirelessHD, WiHD)是另一種支援未壓縮Full HD無線影音傳輸技術，亦支援3D影像。與WHDI的主要差別在於WiHD是運作於60GHz的頻段並定位支援「單房」(Single-room)區域的傳輸距離，其主要市場為TV/AV領域。
原本專注WiHD的晶片廠商SiBEAM於2011年被Silicon Image併購，目前支援此技術產品類型有影音設備、遊戲機、電腦終端及可攜式行動裝置等四類，如索尼、樂金、Panasonic主打內建WiHD功能的液晶電視；瑞軒(Vizio)則以外接轉接器的方式提供支援WiHD功能的電視；戴爾(Dell)、華碩均推出內建WiHD的筆記型電腦；海華與友旺則推出支援WiHD功能的無線傳輸模組，可看出WiHD技術應用範圍正逐漸由消費性電子、個人電腦，拓展至行動裝置市場。
WiGig為另一種無壓縮高畫質無線影音傳輸技術，透過與無線區域網路(Wi-Fi)聯盟技術整合，實際上可運作於2.4G/5G/60GHz三個頻段，WiGig現已成為IEEE 802.11ad技術標準的基礎。目前WiGig重量級的晶片廠商為Wilocity與Qualcomm Atheros，其合作開發的WiGig晶片將會被應用在筆記型電腦的無線網卡上，可同時兼顧高畫質影音傳輸速率、涵蓋廣與高解析度等要求。
由於60GHz高頻段並無法穿越牆壁，因此目前WiGig均鎖定室內的高畫質影音應用。隨著歐洲、北美、韓國、加拿大、中國大陸及日本等國家均有60GHz無線頻段的法規為依循，加上支援WiGig的終端裝置陸續被推出，相信在競逐高畫質無線影音傳輸技術寶座的路上，WiGig技術也有實力成為無線連結網路中的重要一環。
除了上述提及WHDI、WiHD與WiGig外，尚有其他如由英特爾(Intel)主導的Wireless Display(Wi-Di)技術、蘋果(Apple)Airplay技術、第五代Wi-Fi標準的IEEE 802.11ac、由家用電話線網路聯盟(HomePNA)所提的HomePNA標準等。
基於上述的分析，不難發現，傳統第四代Wi-Fi協定如802.11n正受到Full HD與3D影音資料等多媒體應用嚴苛的挑戰，其傳輸速率因不堪大量傳輸影音數據資料的負荷，導致該協定已漸漸式微。取而代之的是在高傳輸速率且低延遲、覆蓋範圍大甚至是在電力節能方面皆比舊有標準優秀的新興高畫質無線影音傳輸技術。
家庭聯網技術整合趨勢起
為達到數位家庭聯網訊號的完全覆蓋，提供高速、可靠的通訊傳輸品質，並滿足未來寬頻用戶與高頻寬影音數據資料的需求，單依靠有線通訊如電力線、電話線、同軸電纜等，或無線通訊如WHDI、WiHD、WiGig等技術無法達到。因此，建構一個結合有線與無線混合式家庭聯網通訊技術的網路架構，透過有線與無線網路技術的互補性，是不錯的選擇。
IEEE P1905.1混合網路標準正是基於這種想法下的產物，其基本概念如圖1所示，結合包含HomePlug AV、IEEE P1901、IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.3(Ethernet)及MoCA等有線與無線通訊技術，並在第二層(Layer 2)與第三層(Layer 3)間置入一個抽象軟體層(Abstraction Layer)，透過抽象軟體層可使用戶進入不同家庭聯網媒介技術。
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資料來源：IEEE，MIC整理
圖1 IEEE P1905.1網路架構示意圖 |
簡而言之，IEEE P1905.1並非一統所有家庭聯網有線、無線的通訊標準，而是在各種異質通訊技術中透過抽象軟體層的「搭建」，讓既存的通訊技術有更好的擴充性。
另一方面，家庭聯網市場亦衍生出異質通訊整合的相關發展議題。
使用者需求帶動行動/固網融合
由於一般使用者對影音傳送的容忍度低，尤其傳輸高畫質影音資訊不若一般網頁瀏覽的行為，只要稍稍產生延遲，將導致使用者體驗將快速下滑。因此，由聯網電視等新興高畫質影音傳輸的使用者需求，將進一步驅動行動與固網網路整合。舉例來說，法國的固網業者Free在2011年宣布與Alcatel-Lucent、諾基亞西門子合作布建長程演進計畫(LTE)網路；行動電信商沃達豐(Vodafone)在歐洲雖擁有許多固網資產，但在德國卻藉由LTE技術鼓勵其用戶替換掉現有的DSL服務。
整合式寬頻網路接取設備更具優勢
以最後一哩的接取網路來說，在不同國家、區域電信營運商往往需要更靈活、符合成本效益的組網策略。舉例來說，沃達豐與威瑞森分別在德國、美國推行了不同型態的家庭閘道器(Home Gateway)。
同樣是家庭閘道器，沃達豐在德國配合推出DSL/LTE雙模的終端裝置，其策略是希望將購併固網電信商Arcor所得的DSL用戶轉換到LTE的行動服務領域上；威瑞森則是因應新的家庭監控加值服務，推出Z-Wave與Wi-Fi標準整合的家庭服務閘道器，據悉，該家庭服務閘道器正是由國內廠商中磊製造供貨。
電信營運商靈活布局家庭聯網加值服務
以美國AT&T、威瑞森等IPTV運營商來說，在新增IPTV用戶趨緩的情況下，家庭影音加值服務便成為重要的營收成長來源。
舉例而言，美國AT&T所推出的U-Verse TV影音加值服務，以89美元促銷價可同時享受電視、網路及電話服務。在數位內容的方面擁有一百六十個以上高畫質頻道，透過其家用數位視訊錄影機(Home Digital Video Recorder, Home DVR)可同時錄製多個節目，錄製的節目可在任何裝有U-Verse標準接收器的電視或利用Xbox 360觀看。
AT&T甚至針對行動用戶推出iPhone、BlackBerry、Android應用程式，讓用戶可遠端安排想錄製的節目或甚至在手機上收看節目。AT&T巧妙地以有線綁無線模式，成功整合固網的數據、語音與影音，甚至跨入行動語音的服務範疇。
2011年AT&T正式加入HomeGrid Forum，成為G.hn標準的支持者的原因，就是推展U-Verse服務所採用的技術，即家用電話線網路聯盟所提的HomePNA 3.1標準，該標準支援以同軸電纜作為傳輸媒介，在實際的建置中採用HomePNA標準的業者，有九成以上都運行在同軸電纜環境。隨著AT&T有意將以G.hn標準逐漸取代HomePNA，促使AT&T對未來家庭聯網技術的布局也跟著改變。
展望未來，雖然家庭聯網的網路技術似群雄並起的戰國時代，對於擅長跟隨世界大廠走向的台灣網通廠商何嘗不是智慧的考驗。建議不妨留意大型電信營運業者的動態，畢竟任何家庭聯網技術必須獲得電信營運商的背書與支持，在商用市場尚未明朗之前韜光養晦，並留意保持客製化利基市場的彈性。
以台灣網通廠商靈活的技術整合能力，相信必能在這場固網行動融合(FMC)的趨勢潮流裡航向嶄新的藍海。
(本文作者任職於資策會智慧網通系統研究所)