不見得每一個現代人的家庭裏都會有乙太網路的接頭，但是，電話的插頭與電源插座一定是當代家庭屋內一定必備的接口...
不見得每一個現代人的家庭裏都會有乙太網路的接頭，但是，電話的插頭與電源插座一定是當代家庭屋內一定必備的接口。
雖然使用電話線傳送的HomePNA 1.0版本，早在1998年就已經出現，但卻是沉默了好幾年的光景，如今HomePNA3.0已不同於往日的舊規範，可高達240Mbps傳輸速度，再度成為熱門話題。本文即為各位介紹HomePNA3.0技術的各項優點。
由於現代通信的資料量大，大家都朝向高速介面與媒介的議題上發展。過去，電話線所能夠傳送的頻寬相當有限，與其他的快速媒介相比起來，就顯得遜色許多，因而沒有受到太多消費者與設計廠商的青睞。然而，新技術的發展日新月異，整個世界又朝向多元化的局勢展開，舊的規範可以因為新的調變功夫被發展出來，而搖身一變成為高速傳輸的快手。
針對家庭電話線作為資料傳輸媒介之規範HomePNA在規格3.0版本的加持下，資料傳送速度一舉躍過100Mbps的籓離，預期未來可以達到240Mbps的境界。而且，符合該規範的晶片組方案，在市面上也能夠見到實體的產品，令人不禁地對這個被擱置已久的老規範興起懷念，也聯想到其未來的願景。加上HomePNA3.0版本又特意將同軸電纜的媒介納入，若是整體衡量無線網路、廣帶域之無線通信技術、UWB，再搭配屋子內部的電話線、同軸電纜甚至電源線，一個多元化的混合式(Hybrid)家庭網路的構築印象，就顯現在我們的眼中了。至於消費者願不願意，那是另一回事。
如果用這個角度來思維，HomePNA3.0對於集合住宅或是各戶的寬頻連接，倒是滿適用的。
就在日本，為了維持在300米到400米的長距離環境下依然可以載送100Mbps的資料速度，所謂的FTTB(Fiber To The Building)光纖媒介連接型態，正急速地普及。有了HomePNA 3.0，即使到了家庭之中，也依然不會出現速度上的瓶頸，依然可以保持其高速度的一貫性。圖1至圖6展示了HomePNA的應用範例。
HomePNA3.0基本規格的標準化組織乃是「The Home Phoneline Networking Alliance」所提案制定。在PHY實體上是選用了Broadcom公司所提議的方式，而在MAC層所選定的規範卻是以色列公司CopperGate Communications公司的提案方式。
首先，來觀看HomePNA3.0在家庭網路內的利用型態會是怎樣的情景。客廳是所有大小業者重兵集結的殺戮戰場，數位家電產品為客廳中的重要平台裝置。尤其是大畫面高畫質的平面電視，以及內藏硬碟或結合光碟與硬碟的錄影機，是HDTV時代來臨的數位神器。
此利用型態也逐漸受到消費者的認知與認可，因此，相關產品的販售情況就持續增加。這種大容量資料的環境下，採用數Mbps的傳輸媒介，根本沒有辦法來應付家庭網路中資料的流通，超越100Mbps的傳送速度無形中就成為必備的要件。
以一個高畫質HDTV的串列流(Streaming)資料而言，16Mbps到20Mbps的速度是起碼的要求。假定在家庭中一般是同時利用的場合，那麼至少需要40Mbps的頻寬，若是再進一步考量複數個映像串列流(Streaming)資料的傳送時，以兩倍80Mbps的數值程度來考量就有必要了。
底下，我們姑且嘗試將當前家庭內部網路必要的傳送速度項目，做一次掃描式整理。
‧HDTV等級動畫傳送：20Mbps
‧以MPEG2壓縮格式來載送SDTV的資料：8Mbps
‧家庭劇院的音頻傳送：5.8Mbps
‧Video視訊會議：1.5Mbps
‧WWW網站的瀏覽：1Mbps
‧線上遊戲(On-line Game)：1Mbps
‧高品質的聲音通話：0.1Mbps
‧一般家庭多數用途同時利用的場合：40Mbps～80Mbps的程度
況且，當我們仔細對今日普及的家庭網路技術來加以解析的話，就可以發現大部分的傳送封包(Packet)都具有極高的傳輸協定負擔(Overhead)，比如說封包前方的標頭(Header)等。為了克服這個問題來提高網路的利用效率，最起碼也有必要降低傳輸協定的負擔，或盡可能排除掉網路上資料衝突的發生。
由於音頻或視訊資料都有即時性(Realtime)的要求，因此，與傳送頻寬同樣重要的要素就非常重要，那就是QoS(Quality of Service)機能保證的確定。當傳送動畫或是影片時，就必須在規定的時間之內，將封包連續地傳遞過去。當多數個AV裝置連接成家庭網路時，該特性的需求立即顯現。當HDTV動畫與聲音傳送發生了資料重新送的情形，品質的劣化是有機會發生的。要在WWW網站瀏覽閱讀到最佳效果，使必須做到封包的到達時間有多少變化也不至於產生問題。
總結以上所言，QoS機制的確保，的確是家庭寬頻服務提供業者必須面臨的重要課題，像DSL Forum業界團體，對於存取回線就推薦要納入QoS機能的提供。當然啦！家庭之中的QoS確保是必然需要的。說到QoS的議題，各種服務用途中所能夠允許的最大延遲時間以及信號抖動數值，是相當值得探究的，表1彙集了各個應用的數據。
回顧HomePNA的一路發展，讓人真是有曾經滄海難為水的慨歎。HomePNA1.0版本的策定，早在1998年就已經出現。是家電業者、個人電腦業與半導體廠商所共同努力下的產物，願景是期望電話線能夠串起家庭網路的世界，該版本的最高傳送速度也僅有1Mbps的數字。隔了一年，也就是1999年，版本二終於登場，並將速度一口氣拉升到16Mbps的境界，並且也把QoS功能一併追加進去。
然而，我們所看到的HomePNA是沉默了好幾年，還有些人認定該規範已經大江東去，一去不回頭，早已淹沒在資訊海嘯中了。令人欣慰的是，好的東西終究還是要抬頭，消費者才能受益。若是好好地來回想，為何會出現這段沉寂的斷層期間，可能是因為HomePNA1.0與2.0規格的出現，領先於一般寬頻的出現，用途上有所限制，也就是出現太早啦！如今環境丕變，寬頻的普及滲透一般家庭，無論是電話公司、電纜線電視公司，甚至衛星廣播公司，都在家庭寬頻網路上實現了高度競合的態勢，為了提升市場上的佔有率，廣播、高速Internet與電話等三大類的統合也逐步成形。
因此，HomePNA3.0加入了電纜線的媒介，可以滿足市場的需求。在歷經了6年的沉澱期後，HomePNA3.0傳送速度大躍升了100倍，並且納入了頻寬帶域保證的QoS機能，也就是用途優先率(Priority)分配手法的運用。比如說，同時載送HDTV畫質的資料時，也就是多個優先度相同的場合中，如果沒有存在某種帶域預約的方式，競合的事件就難以迴避。
由此觀之，HomePNA3.0此次的絕地反攻是針對家庭中已經鋪設完成的電話線以及電纜線為基盤，期望能夠成為家庭網路的中樞神經(Backbone)。也就是有如此旺盛的企圖心，新規格在網路層中加入了轉換層的架構，透過該層的作用，不同種類的網路得以接續在一起，而且，其中的一大特徵是不同網路的封包優先度QoS仍然可以維持。舉一個例子來說，某一個屋子當中採用1394構築小規模的網路，在這個網路內會利用IEEE1394規範的等時模式(Isochronous Mode)來處理封包，而另一個房間也是由1394所建構的網路，兩個房間就可以運用電話線將之串接起來，並且會保有封包的優先度，防止看影片時的畫面斷掉現象。
對於家庭多媒體服務業者來說，針對統合廣播、Video On Demand、電話與Internet的多媒體影音服務，HomePNA3.0會是好幫手。再考量另一個以光纖提供電話服務、網際網路服務的例子，該種場合在光纖存取回線入口會安裝一個ONU光網路裝置，只要在ONU內部安置了HomePNA3.0對應之數據機，也可以使用電話線、電纜線來實踐放送、Internet與電話之服務應用。此時，ONU儼然就成為家庭網路的「Gateway」了。
即使ADSL與衛星廣播放送的場合，HomePNA也能夠發揮其威力，在這個場合之下，ADSL回線可以提供Video on Demand、電話、Internet等服務，衛星廣播則專職電視的廣播。一般，數位廣播接收用之機上盒STB為了滿足可以對話的服務，必須內含使用電話線之數據機，也就是說此時的機上盒STB，都必須接上雙方的電話線以及電纜線。但是，若是採用了HomePNA3.0，機上盒STB中的電話線之數據機就可以省略掉，而且還可以透過ADSL回線來更新STB之軟體。
再者，HomePNA3.0具備從外部來的網路管理構造，服務業者就可以全部掌握家庭網路內的QoS資訊。基於這個效應，業者以及家庭使用者可以因應一定的服務制定SLA(Service Level Agreement)之契約，設定因應服務項目的回線狀況。同時，服務業者也可以遠端監視客戶家庭網路內部的網路是否動作順利，若是有故障發生，也能夠達成遠端修理的功能，有助於顧客的滿意度提升。
HomePNA3.0作為集合住宅的存取技術是相當理想的一環。該種應用有趣的地方在於家庭內部的多數個裝置可以連接到從主配電盤來的同一個介面上，也就是說「Point-To-MultiPoint」的接續方式，而家庭內部的裝置也允許對等式的連接。各個家庭也可以使用同軸電纜連接到主配電盤，既可以接收數位地上波的電視放送、纜線第四台的放送等。由於使用頻帶不同，不會有干擾的現象發生。
在過去，HomePNA1.0以及HomePNA2.0被人所詬病的地方，乃是在於非同步存取時會產生近端串音NEXT(Near End Crosstalk)的現象，而限制了通信的距離。HomePNA3.0允許使用同步式MAC，就可以克服該問題。也就是說多數個家庭在存取時，上傳與下載可以在同步的時序下進行，NEXT自然就可以降低了。因此，對應各個家庭的多條對絞線可以綑綁封裝在一起，與主配電盤通信。
HomePNA3.0所能夠允許的最高資料傳送速度高達240Mbps，這個數字是非常快速的，若是與HomePNA2.0的32Mbps相比擬，足足提升八倍之多。同樣的電話線，為何可以一口氣躍升如此多呢？關鍵的要因有兩個︰其一，使用頻率帶域的擴大。HomePNA2.0的使用頻率範圍從4MHz到10MHz，採用了QAM(Quadrature Amplitude Modulation)的調變方式，讓每秒可以達到4M符號(Symbol)。而HomePNA3.0的使用頻率範圍從4MHz延伸到28MHz，有了較為寬廣的頻帶，又施以調變的工夫，速度就提升到每秒24M符號。
其次的關鍵原因就在於將每一個符號(Symbol)的傳送位元數提高，HomePNA2.0的符號位元數是4，HomePNA3.0拉升到10個位元，由於每秒有24M符號的能力，所以才會說，HomePNA 3.0有240Mbps的實力。
HomePNA3.0所運用的調變方式，是採用FDQAM(Frequency Diverse QAM)方式。而FDQAM的基本精神就在於頻率軸上設置兩個以上不同頻率的載波，同一個符號資料反覆傳送。同樣的資訊多數回傳的好處是，即使S/N劣化的傳送環境，傳送的誤差率可以降低，頻率軸上的反覆次數，HomePNA2.0僅有兩回，HomePNA3.0可以對應到8回，S/N的餘域就多出兩倍。
當然要實踐240Mbps的飆速，在傳送與接收的回路，也必須符合新的要求才有機會做到。第一個面臨的課題就是A-D/D-A轉換器的取樣頻率必須更快速，才能夠滿足更快的符號傳送速度。約是提高至目前的4～5倍。其次，為了因應每一個符號的增加位元數，A-D/D-A轉換器的解析能力也必須提高。過去10個位元的程度就足夠了，但是新的要求起碼要12～14位元才夠用。第三個項目即是全體的處理速度要跟著提升，比如說封包的產生、資料框、Scrambling處理等細節處理。
至於MAC(Media Access Control)控制方式，基本上HomePNA3.0m與HomePNA2.0是同樣的，有點類似乙太網路所利用的CSMA/CD方式，這是一種非同步式的MAC。與乙太網路的不同點是採用DFPQ(Distributed Fair Priority Queuing)的衝突解決對策，不會允許讓某特定機器佔掉網路。HomePNA3.0為了做到QoS的機能，特別導入了同步方式的MAC手法。HomePNA3.0同步方式MAC的基本精神就是各個機器之間的互通有無，完全是由主控端(Master)來統一管理，而必須遵守傳送協定的其他機器就是從屬端。
該種同步式結構會去解析傳送資料的種類，要求因應的頻帶域與QoS，主控端(Master)分配存取時序資訊給各個從屬端。更明確地說，主控端(Master)會針對各個從屬端機器送出同步用的信號封包，該封包的名稱是MAP(Media Access Plan)，MAP中會包含各機器資料傳送時序(Timing)的資訊。每一個從屬端機器就可以在各個MAC週期中送出資料，此時，主控端並沒有介入資料的傳送，完全是一種對等式的傳送方式。當然，在主控端沒有分配的時間間隔之內，是允許可以採用非同步式的控制方式，也就是允許衝突事件的發生。
MAC層之上就是LLC邏輯連結層，更上一層就是轉換層(Conversion Layer)，讓一些泛用的介面標準傳送技術，諸如Ethernet、IEEE1394、USB等，可以轉換成HomePNA的傳送封包。
儘管HomePNA2.0與HomePNA3.0的最高資料傳送速率有所不同，然而在適應環境變化自動調節速率的機能卻是共通的，極為典型的例子就是當環境S/N比不良的場合，會自動降低速度。
站在產品線的觀點，HomePNA3.0規範衍生出來的製品可以有HomePNA對應之數據機、內置HomePNA數據機之機上盒(STB)、內置HomePNA數據機的無線存取點、同軸電纜線用之分線器(Splitter)等。
市調公司對於家庭網路與寬頻使用的調查報告指出，超過一半以上的比率認為根本沒必要去安裝家庭網路。到底是怎樣的應用才有誘因去驅使使用者架設家庭網路呢？調查結果發現因為線上遊戲、即時視訊、分享列印、分享寬頻網路與下載電影等應用，使用者才有意願去碰家庭網路。
其實，光是無線的藍芽、802.11a/b/g、無線超寬頻UWB、802.11n，HomePlug AV、HomePNA等已經一個頭兩個大，有些規格又分派系僵持不下，技術人員說不定都弄不清楚，怎可能期望消費者去了解與使用呢？看看蘋果電腦的iPOD、iMAC Mini是如何做到簡易化又迷人，才能夠滿足消費者受到歡迎。