铜线、光纤、微波三种传输技术在移动宽带网络的差异 - 全文

　　固定/移动网络汇流将提升电信营运商竞争优势。在移动网络数据量暴增之下，电信商透过固网和移动网络无缝串连的设计模式，可将宽带网络无缝延伸至任何地方，并有助加速布建时程及缩减维护成本，进一步提升市场竞争力。

　　随着智能型手机与平板计算机的崛起，越来越多的用户透过移动装置全年无休地与网络保持联机，手机不再只是讲电话的工具，消费者使用手机所接取的服务已从传统的语音和简讯转向娱乐、社交、网络互动等数据服务，消费者对移动网络的依赖持续加深，现代数字化生活逐渐成形。Any Content、Any Where、Any Device成为普罗大众的生活形态（图1）。

　　

　　图1 Any Content、Any Where、Any Device新网络生活型

　　若以移动装置的使用率来看，全球智能型手机使用者年成长率为42%，总使用人数已超过11亿人，但此数字仅占全球手机使用者17%，在未来仍有相当大的成长空间。因此面对移动数据服务需求暴增，以及移动装置普及率快速成长，全球电信运营商无不加快脚步，积极改善其无线网络基础建设，以因应移动宽带网络时代的来临。

　　如何建构下一代的移动通讯网络以满足快速成长的带宽需求，是电信运营商未来几年最迫切的营运重点。为提供移动通讯装置高带宽与高质量的网络服务，无线移动网络正朝向下一代第四代移动通讯（4G）网络技术演进，近年来，4G长程演进计划（LTE）已成为电信运营商选择部署无线网络的主流技术。

　　固定/移动网络汇流势不可当

　　移动网络朝向4G LTE发展，未来移动网络基地台将以小型蜂巢式基地台（Small Cell）为主。根据Informa Telecoms & Media公布的市场报告显示，98%的移动电信业者认为Small Cell在未来的移动网络是不可或缺的，并预估在2015年Small Cell存取点（Access Point）将达到六千万台。

　　随着4G LTE Small Cell基地台的扩建，衍生了另一个重要议题：如何将庞大的宽带数据流量从LTE基地台回程（Backhaul）到电信机房中心（Central Office）？因此移动通讯回程网络（Mobile Backhaul）的宽带网络建设成为下一代移动网络发展的关键重点。

　　当Small Cell大量部署时，必须采用有线宽带网络当Backhaul传输，根据Infonetics市场分析预估，2016年移动网络Backhaul宽带传输设备商机将高达97亿美元，约有新台币3，000亿元市场规模。无线4G LTE与有线（光纤或铜线）宽带网络结合的固定/移动网络汇流（Fixed Mobile Convergence， FMC），可望成为未来10年网络建设的新兴主流方案。

　　拣选移动宽带网络回程方案

　　固定/移动网络汇流时代来临，布建微型基地台（Picocell）可以解决无线讯号不佳的盲点或用户数量过多之热点带宽不足的问题，但是分散在外的Picocell基地台与电信机房的连接却是另一项棘手的问题。

　　Mobile Backhaul传输网络的线路铺设、设备建置、网络维护等，都远比部署Picocell更困难，且投入资金更大。Mobile Backhaul传输网络最常见的解决方案有下列几种（图2）：

　　1.以数字用户回路（DSL）铜线传输技术，配合下一代同步数字阶层（SDH）或10Gigabit IP或被动光纤网络（PON）等FTTx（Fiber To The x）光纤网络，连接Picocell与电信机房。

　　2.以完全的光纤网络架构（Fiber All The Way）当作Backhaul网络。

　　3.以微波（Microwave）通讯系统当作Backhaul网络。

　　

　　图2 Mobile Backhaul传输网络常见解决方案

　　对电信营运商而言，以有线宽带网络当作移动网络Backhaul传输是大势所趋，固网与移动通讯网络间的藩篱逐渐消失，网络汇流及技术的演进，代表新兴服务的无限可能性。

　　不管是以铜线为传输介质的数字用户线存取多任务器（DSLAM），或者光纤（Fiber）传输的PON和Active Ethernet，未来电信运营商在Backhaul的传输网络建设都将耗费大量的资本支出（Capital Expenditures， CAPEX）与营运成本（Operation Expenditures， OPEX），如何能提升服务的带宽与质量，同时又能有效降低CAPEX和OPEX，是各国移动运营商竞争力的关键。

　　Mobile Backhaul技术探析

　　目前宽带网络最常使用的传输媒介以铜线、光纤、微波三种最为普遍。以下将分别针对三种传输媒介的技术演进过程概要说明。

　　铜线普及度最高

　　铜线是目前电信运营商最普及的传输媒介，如何对铜线做最有效率的利用，一直是运营商努力的目标。

　　从超高速数字用户回路（VDSL）绑定（Bonding）、向量运算处理（Vectoring）到幻象模式（Phantom Mode），第二代超高速数字用户回路（VDSL2）各项新技术的持续发展，使得传输速度不断提高，不但满足带宽需求，也可以让电信业者重复利用既有铜线，对于Backhaul设备会因流量负载（Traffic Loading）状况做动态调整的特性，普及性高的铜线在供装上还是具有相对的优势。

　　铜线传输以DSL技术为主，HDSL/HDSL2可以提供相当于传统T1/E1接口上下行1.544Mbit/s及2Mbit/s的速度，面对更高速的带宽需求，SHDSL可提供5.7Mbit/s的速度。而第二代加强型非对称性数字用户回路（ADSL2+）则可达到28Mbit/s。

　　至于更先进的VDSL2加上Bonding和Vectoring技术，利用多对铜线与串音消除（Crosstalk Cancellation）技术，可在既有的铜在线实现高达400M？500Mbit/s的传输速率，满足高速封包存取（HSPA）及LTE Backhaul的带宽需求。

　　因此VDSL Bonding和Vectoring技术将延长铜线的生命周期，并扩大铜线的使用率，是目前Backhaul传输技术中，最具经济效益及未来发展潜力的解决方案。

　　光纤为下一代回程网络布建首选

　　光纤是大家公认最终也是最佳的解决方案。高带宽及不受电波干扰的稳定传输特性，使光纤成为移动基地台聚合（Cell Site Aggregation）以及移动核心网络最佳的传输媒体，而且光纤可以提供超过1Gbit/s的传输带宽。到2015年，三个基地台共享Backhaul的带宽需求可能高达3Gbit/s，光纤是唯一可达到pre-Aggregation 10Gbit/s带宽需求的传输媒介。

　　光纤网络可以提供主动（Active）及被动（Passive）两种不同的传输模式。被动式光纤传输一方面可以满足带宽分享的经济模式，也可以提供高安全性需求的保密传输模式。在目前日渐趋于合理的供装成本下，光纤是部署下一代Backhaul宽带网络的首选，也是回程聚合（Backhaul Aggregation）及核心网络的主要传输技术。

　　根据不同的光纤传输技术，可以采用xPON（APON/BPON/GEPON/GPON）和P2P Active Ethernet两种不同的解决方案，用来建设下一代Mobile Backhaul宽带网络。

　　对于高带宽需求的Cell Sites，P2P Active Ethernet对称式带宽能满足高质量（High Quality）的上行带宽。从网络安全问题的角度衡量，xPON技术本身是分享媒体（Shared Media），虽然用在一般开放式存取网络（Access Network）比较有安全上的顾虑，但用作Mobile Backhaul的封闭性专属网络，则比较无安全上的顾虑。

　　至于P2P Active Ethernet可以提供非分享式的高带宽服务，更适用于Backhaul和Aggregation网络。

　　微波技术部署弹性高

　　微波技术有着简易快速供装的优点，随着移动技术的演进，微波Backhaul也不断有新技术推出来提升带宽。

　　举例来说，业界已开始讨论使用新的频谱，进一步增加频道带宽的方式；或采用异步及多重输入多重输出（MIMO）技术来因应高带宽的需求；混合型无线电（Hybrid Radio）的传输模式则满足从分时多任务（TDM）服务（Service）逐步迈向以封包为基础的服务（Packet Based Service）的转换需求。

　　有些区域运营商不会布建大型的基地台，转而布建Small Cell，因此增加Backhaul链接（Link）的网络需求。

　　一方面固网的链接密度通常不会太高，无法在最佳的Small Cell布建地点找到专线（Fixed Line）的连接点，也不可能牺牲Small Cell的覆盖率来将就固网连接点，若要铺设新的光纤又不敷成本，因此微波的弹性部署成了电信业者的最佳选择。

　　由于微波Backhaul设备须要具备两个天线间的直视路线（Line of Sight， LOS），这在建筑物林立的都会区是一大难题。然而在郊区或乡村，Small Cell通常须要装设在非电信业者的资产上（如电线杆或房屋外墙），这些地方很难有光纤或铜线的布线，但却比较容易具备直视路线的条件，适合Backhual微波的部署。目前最常见的微波技术有下列三种：

　　1.微波PTP

　　微波PTP是点对点传输，当距离太远或是无法直视路线时，需要多一组跳跃点（HOP）来完成联机，通常使用树状分支（Tree-and-Branch）及环形（Ring）的网络架构，来增加Backhaul的效率、传输距离及可靠度。

　　2.E-band PTP

　　E-band PTP是点对点对称式带宽的传输技术。E-band PTP使用70G～80GHz频段，因为是高频，可达通讯距离变短，而且较容易受天候的影响，但频谱取得的成本较低。

　　3.微波PMP

　　允许点对多点的连结方式，因此不需要对称式带宽连结，可能会有某些无线电占用较大Backhaul带宽的现象发生，但只要一个频谱频道（Channel）就可以分享给多个基地台，解决这个问题。

　　FMC提升电信业者竞争优势

　　显而易见，新型态的固定/移动网络汇流设计，将使固网和移动网络得以无缝（Seamless）连接，以发挥更强大的功能突破网络界线，将宽带网络无缝延伸至任何地方。

　　基于上述的设计优势，固定/移动网络汇流将成为下一代全球无线、移动、宽带网络发展的新趋势。全球电信营运商也希望藉由部署快速、维护成本低、简单有效率的下一代网络，从而实现各种可以获利的创新服务，以扩大营运规模。

　　除此之外，对电信运营商而言，固定/移动网络汇流还可创造更多元的营收机会与服务型态，进一步提升电信业者竞争优势。