銅線、光纖、微波三種傳輸技術(shù)在移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的差異

固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流將提升電信營運(yùn)商競爭優(yōu)勢。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量暴增之下，電信商透過固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無縫串連的設(shè)計(jì)模式，可將寬帶網(wǎng)絡(luò)無縫延伸至任何地方，并有助加速布建時(shí)程及縮減維護(hù)成本，進(jìn)一步提升市場競爭力。

隨著智能型手機(jī)與平板計(jì)算機(jī)的崛起，越來越多的用戶透過移動(dòng)裝置全年無休地與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)機(jī)，手機(jī)不再只是講電話的工具，消費(fèi)者使用手機(jī)所接取的服務(wù)已從傳統(tǒng)的語音和簡訊轉(zhuǎn)向娛樂、社交、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)等數(shù)據(jù)服務(wù)，消費(fèi)者對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的依賴持續(xù)加深，現(xiàn)代數(shù)字化生活逐漸成形。Any Content、Any Where、Any Device成為普羅大眾的生活形態(tài)(圖1)。

圖1 Any Content、Any Where、Any Device新網(wǎng)絡(luò)生活型

若以移動(dòng)裝置的使用率來看，全球智能型手機(jī)使用者年成長率為42%，總使用人數(shù)已超過11億人，但此數(shù)字僅占全球手機(jī)使用者17%，在未來仍有相當(dāng)大的成長空間。因此面對移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)需求暴增，以及移動(dòng)裝置普及率快速成長，全球電信運(yùn)營商無不加快腳步，積極改善其無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)，以因應(yīng)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨。

如何建構(gòu)下一代的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)以滿足快速成長的帶寬需求，是電信運(yùn)營商未來幾年最迫切的營運(yùn)重點(diǎn)。為提供移動(dòng)通訊裝置高帶寬與高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正朝向下一代第四代移動(dòng)通訊(4G)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)，近年來，4G長程演進(jìn)計(jì)劃(LTE)已成為電信運(yùn)營商選擇部署無線網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。

固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流勢不可當(dāng)

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)朝向4G LTE發(fā)展，未來移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基地臺將以小型蜂巢式基地臺(Small Cell)為主。根據(jù)Informa Telecoms & Media公布的市場報(bào)告顯示，98%的移動(dòng)電信業(yè)者認(rèn)為Small Cell在未來的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是不可或缺的，并預(yù)估在2015年Small Cell存取點(diǎn)(Access Point)將達(dá)到六千萬臺。

隨著4G LTE Small Cell基地臺的擴(kuò)建，衍生了另一個(gè)重要議題：如何將龐大的寬帶數(shù)據(jù)流量從LTE基地臺回程(Backhaul)到電信機(jī)房中心(Central Office)?因此移動(dòng)通訊回程網(wǎng)絡(luò)(Mobile Backhaul)的寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成為下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵重點(diǎn)。

當(dāng)Small Cell大量部署時(shí)，必須采用有線寬帶網(wǎng)絡(luò)當(dāng)Backhaul傳輸，根據(jù)Infonetics市場分析預(yù)估，2016年移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)Backhaul寬帶傳輸設(shè)備商機(jī)將高達(dá)97億美元，約有新臺幣3，000億元市場規(guī)模。無線4G LTE與有線(光纖或銅線)寬帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流(Fixed Mobile Convergence， FMC)，可望成為未來10年網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新興主流方案。

揀選移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)回程方案

固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流時(shí)代來臨，布建微型基地臺(Picocell)可以解決無線訊號不佳的盲點(diǎn)或用戶數(shù)量過多之熱點(diǎn)帶寬不足的問題，但是分散在外的Picocell基地臺與電信機(jī)房的連接卻是另一項(xiàng)棘手的問題。

Mobile Backhaul傳輸網(wǎng)絡(luò)的線路鋪設(shè)、設(shè)備建置、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等，都遠(yuǎn)比部署Picocell更困難，且投入資金更大。Mobile Backhaul傳輸網(wǎng)絡(luò)最常見的解決方案有下列幾種(圖2)：

1.以數(shù)字用戶回路(DSL)銅線傳輸技術(shù)，配合下一代同步數(shù)字階層(SDH)或10Gigabit IP或被動(dòng)光纖網(wǎng)絡(luò)(PON)等FTTx(Fiber To The x)光纖網(wǎng)絡(luò)，連接Picocell與電信機(jī)房。

2.以完全的光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(Fiber All The Way)當(dāng)作Backhaul網(wǎng)絡(luò)。

3.以微波(Microwave)通訊系統(tǒng)當(dāng)作Backhaul網(wǎng)絡(luò)。

圖2 Mobile Backhaul傳輸網(wǎng)絡(luò)常見解決方案

對電信營運(yùn)商而言，以有線寬帶網(wǎng)絡(luò)當(dāng)作移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)Backhaul傳輸是大勢所趨，固網(wǎng)與移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)間的藩籬逐漸消失，網(wǎng)絡(luò)匯流及技術(shù)的演進(jìn)，代表新興服務(wù)的無限可能性。

不管是以銅線為傳輸介質(zhì)的數(shù)字用戶線存取多任務(wù)器(DSLAM)，或者光纖(Fiber)傳輸?shù)腜ON和Active Ethernet，未來電信運(yùn)營商在Backhaul的傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)都將耗費(fèi)大量的資本支出(Capital Expenditures， CAPEX)與營運(yùn)成本(Operation Expenditures， OPEX)，如何能提升服務(wù)的帶寬與質(zhì)量，同時(shí)又能有效降低CAPEX和OPEX，是各國移動(dòng)運(yùn)營商競爭力的關(guān)鍵。 Mobile Backhaul技術(shù)探析

目前寬帶網(wǎng)絡(luò)最常使用的傳輸媒介以銅線、光纖、微波三種最為普遍。以下將分別針對三種傳輸媒介的技術(shù)演進(jìn)過程概要說明。

銅線普及度最高

銅線是目前電信運(yùn)營商最普及的傳輸媒介，如何對銅線做最有效率的利用，一直是運(yùn)營商努力的目標(biāo)。

從超高速數(shù)字用戶回路(VDSL)綁定(Bonding)、向量運(yùn)算處理(Vectoring)到幻象模式(Phantom Mode)，第二代超高速數(shù)字用戶回路(VDSL2)各項(xiàng)新技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，使得傳輸速度不斷提高，不但滿足帶寬需求，也可以讓電信業(yè)者重復(fù)利用既有銅線，對于Backhaul設(shè)備會因流量負(fù)載(Traffic Loading)狀況做動(dòng)態(tài)調(diào)整的特性，普及性高的銅線在供裝上還是具有相對的優(yōu)勢。

銅線傳輸以DSL技術(shù)為主，HDSL/HDSL2可以提供相當(dāng)于傳統(tǒng)T1/E1接口上下行1.544Mbit/s及2Mbit/s的速度，面對更高速的帶寬需求，SHDSL可提供5.7Mbit/s的速度。而第二代加強(qiáng)型非對稱性數(shù)字用戶回路(ADSL2+)則可達(dá)到28Mbit/s。

至于更先進(jìn)的VDSL2加上Bonding和Vectoring技術(shù)，利用多對銅線與串音消除(Crosstalk Cancellation)技術(shù)，可在既有的銅在線實(shí)現(xiàn)高達(dá)400M?500Mbit/s的傳輸速率，滿足高速封包存取(HSPA)及LTE Backhaul的帶寬需求。

因此VDSL Bonding和Vectoring技術(shù)將延長銅線的生命周期，并擴(kuò)大銅線的使用率，是目前Backhaul傳輸技術(shù)中，最具經(jīng)濟(jì)效益及未來發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案。

光纖為下一代回程網(wǎng)絡(luò)布建首選

光纖是大家公認(rèn)最終也是最佳的解決方案。高帶寬及不受電波干擾的穩(wěn)定傳輸特性，使光纖成為移動(dòng)基地臺聚合(Cell Site Aggregation)以及移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)最佳的傳輸媒體，而且光纖可以提供超過1Gbit/s的傳輸帶寬。到2015年，三個(gè)基地臺共享Backhaul的帶寬需求可能高達(dá)3Gbit/s，光纖是唯一可達(dá)到pre-Aggregation 10Gbit/s帶寬需求的傳輸媒介。

光纖網(wǎng)絡(luò)可以提供主動(dòng)(Active)及被動(dòng)(Passive)兩種不同的傳輸模式。被動(dòng)式光纖傳輸一方面可以滿足帶寬分享的經(jīng)濟(jì)模式，也可以提供高安全性需求的保密傳輸模式。在目前日漸趨于合理的供裝成本下，光纖是部署下一代Backhaul寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選，也是回程聚合(Backhaul Aggregation)及核心網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸技術(shù)。

根據(jù)不同的光纖傳輸技術(shù)，可以采用xPON(APON/BPON/GEPON/GPON)和P2P Active Ethernet兩種不同的解決方案，用來建設(shè)下一代Mobile Backhaul寬帶網(wǎng)絡(luò)。

對于高帶寬需求的Cell Sites，P2P Active Ethernet對稱式帶寬能滿足高質(zhì)量(High Quality)的上行帶寬。從網(wǎng)絡(luò)安全問題的角度衡量，xPON技術(shù)本身是分享媒體(Shared Media)，雖然用在一般開放式存取網(wǎng)絡(luò)(Access Network)比較有安全上的顧慮，但用作Mobile Backhaul的封閉性專屬網(wǎng)絡(luò)，則比較無安全上的顧慮。

至于P2P Active Ethernet可以提供非分享式的高帶寬服務(wù)，更適用于Backhaul和Aggregation網(wǎng)絡(luò)。

微波技術(shù)部署彈性高

微波技術(shù)有著簡易快速供裝的優(yōu)點(diǎn)，隨著移動(dòng)技術(shù)的演進(jìn)，微波Backhaul也不斷有新技術(shù)推出來提升帶寬。

舉例來說，業(yè)界已開始討論使用新的頻譜，進(jìn)一步增加頻道帶寬的方式;或采用異步及多重輸入多重輸出(MIMO)技術(shù)來因應(yīng)高帶寬的需求;混合型無線電(Hybrid Radio)的傳輸模式則滿足從分時(shí)多任務(wù)(TDM)服務(wù)(Service)逐步邁向以封包為基礎(chǔ)的服務(wù)(Packet Based Service)的轉(zhuǎn)換需求。

有些區(qū)域運(yùn)營商不會布建大型的基地臺，轉(zhuǎn)而布建Small Cell，因此增加Backhaul鏈接(Link)的網(wǎng)絡(luò)需求。

一方面固網(wǎng)的鏈接密度通常不會太高，無法在最佳的Small Cell布建地點(diǎn)找到專線(Fixed Line)的連接點(diǎn)，也不可能犧牲Small Cell的覆蓋率來將就固網(wǎng)連接點(diǎn)，若要鋪設(shè)新的光纖又不敷成本，因此微波的彈性部署成了電信業(yè)者的最佳選擇。

由于微波Backhaul設(shè)備須要具備兩個(gè)天線間的直視路線(Line of Sight， LOS)，這在建筑物林立的都會區(qū)是一大難題。然而在郊區(qū)或鄉(xiāng)村，Small Cell通常須要裝設(shè)在非電信業(yè)者的資產(chǎn)上(如電線桿或房屋外墻)，這些地方很難有光纖或銅線的布線，但卻比較容易具備直視路線的條件，適合Backhual微波的部署。目前最常見的微波技術(shù)有下列三種：

1.微波PTP

微波PTP是點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，當(dāng)距離太遠(yuǎn)或是無法直視路線時(shí)，需要多一組跳躍點(diǎn)(HOP)來完成聯(lián)機(jī)，通常使用樹狀分支(Tree-and-Branch)及環(huán)形(Ring)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來增加Backhaul的效率、傳輸距離及可靠度。

2.E-band PTP

E-band PTP是點(diǎn)對點(diǎn)對稱式帶寬的傳輸技術(shù)。E-band PTP使用70G～80GHz頻段，因?yàn)槭歉哳l，可達(dá)通訊距離變短，而且較容易受天候的影響，但頻譜取得的成本較低。

3.微波PMP

允許點(diǎn)對多點(diǎn)的連結(jié)方式，因此不需要對稱式帶寬連結(jié)，可能會有某些無線電占用較大Backhaul帶寬的現(xiàn)象發(fā)生，但只要一個(gè)頻譜頻道(Channel)就可以分享給多個(gè)基地臺，解決這個(gè)問題。

FMC提升電信業(yè)者競爭優(yōu)勢

顯而易見，新型態(tài)的固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流設(shè)計(jì)，將使固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)得以無縫(Seamless)連接，以發(fā)揮更強(qiáng)大的功能突破網(wǎng)絡(luò)界線，將寬帶網(wǎng)絡(luò)無縫延伸至任何地方。

基于上述的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流將成為下一代全球無線、移動(dòng)、寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新趨勢。全球電信營運(yùn)商也希望藉由部署快速、維護(hù)成本低、簡單有效率的下一代網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)各種可以獲利的創(chuàng)新服務(wù)，以擴(kuò)大營運(yùn)規(guī)模。

除此之外，對電信運(yùn)營商而言，固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)匯流還可創(chuàng)造更多元的營收機(jī)會與服務(wù)型態(tài)，進(jìn)一步提升電信業(yè)者競爭優(yōu)勢。