G.hn: ITU-T 標準將引爆居家有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的廣大市場(chǎng)

驅動(dòng)近年來(lái)電信服務(wù)供貨商寬帶存取網(wǎng)絡(luò )快速成長(cháng)的來(lái)源，就是那些需要超高速頻寬的新一代因特網(wǎng)服務(wù)（例如高畫(huà)質(zhì)IPTV）。今天，服務(wù)供貨商有許多可以運用的寬帶存取技術(shù)，包括ADSL2+、VDSL2以及GPON等。

雖然這些可供運用的寬帶存取技術(shù)擁有著(zhù)高達1Gb/s（即1Gb/s）的速度，但也只能解決一部分的問(wèn)題。對于服務(wù)供貨商來(lái)說(shuō)，次世代網(wǎng)絡(luò )的另一項挑戰就是該如何妥善處理用戶(hù)家中的每一項裝置（電視、個(gè)人計算機、機上盒等）的聯(lián)機問(wèn)題，以便消費者可以在家里的每一個(gè)角落享受到高速上網(wǎng)的種種樂(lè )趣。

為何不用以太網(wǎng)絡(luò )和Wi-Fi無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )
以太網(wǎng)絡(luò )（Ethernet）這種聯(lián)機技術(shù)雖然非常成熟，但其建置成本卻較為昂貴，而且只有在全新的建置環(huán)境里，對于大眾市場(chǎng)普遍存在的用戶(hù)既有網(wǎng)絡(luò )，才是考驗著(zhù)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)供貨商的重點(diǎn)。即使是最新一代的平板電視，也都提供了以太網(wǎng)絡(luò )的接口，但大部分的家庭都沒(méi)有或只有一部分有以太網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路。要安裝新的基礎建設需要大量的人力投入，不僅所費不貲，還要動(dòng)輒打攪用戶(hù)的生活。正因為如此，以太網(wǎng)絡(luò )并非IPTV服務(wù)供應者所考慮的主要解決方案之一。

而對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)802.11n來(lái)說(shuō)，要透過(guò)這項技術(shù)來(lái)傳遞IPTV的服務(wù)已經(jīng)具有純熟表現的程度了。然而，要能同時(shí)在無(wú)線(xiàn)傳輸里，滿(mǎn)足高畫(huà)質(zhì)（HD）影像以及其他家中的數據傳輸，則仍舊充滿(mǎn)了一些技術(shù)挑戰。在諸多常見(jiàn)的應用環(huán)境中，服務(wù)供貨商得在類(lèi)似家中骨干的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以及無(wú)線(xiàn)傳輸之間取得平衡，以提供居家環(huán)境里各個(gè)娛樂(lè )節點(diǎn)（例如平板計算機與平板電視）的聯(lián)機應用。

運用居家環(huán)境里既有的線(xiàn)路來(lái)連結IPTV
基于上述的種種原因，影像與數據傳輸服務(wù)的供貨商希望能在用戶(hù)家里既有的有線(xiàn)線(xiàn)路（例如家電所使用的電力線(xiàn)、有線(xiàn)電視的同軸電纜，或室內電話(huà)的電話(huà)線(xiàn)）中，找出可供使用的解決方案。面對這樣的條件，服務(wù)供貨商一般都是以當地最普遍的情形，來(lái)決定該用什么解決方案。舉例來(lái)說(shuō)，在北美地區的家庭里，最常見(jiàn)的居家聯(lián)機線(xiàn)路乃是同軸電纜，但這種聯(lián)機方式在歐洲卻不普遍。這使得北美地區的服務(wù)供貨商選擇了同軸電纜（MoCA或HomePNA）來(lái)聯(lián)機，而北美地區以外的市場(chǎng)則以電力線(xiàn)（HD-PLC、HomePlug或UPA）為依歸。

圖1 有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)的混合網(wǎng)絡(luò )

時(shí)至今日，這些聯(lián)機方式都只做出了部分成績(jì)而已，畢竟是受到了許多技術(shù)限制與市場(chǎng)因素所影響。（根據研究機構iSuppli的預估，有線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的出貨埠數，在2009年只有將近三千萬(wàn)而已）
在這些聯(lián)網(wǎng)技術(shù)里，最顯著(zhù)的限制就在于只透過(guò)單一種線(xiàn)路來(lái)連接（只用電力線(xiàn)或只用同軸電纜）。如果服務(wù)供貨商要在客戶(hù)家中安裝一種以上的聯(lián)機方式，則會(huì )需要一個(gè)以上的收發(fā)器（例如：芯片數量至少是一顆以上）。這么一來(lái)，將大幅增加系統的整體成本，而所使用的解決方案顯然不適合于大多數的應用環(huán)境中。

這種作法還有一項限制，那就是技術(shù)之間存在著(zhù)很大的差異（使用的調變機制、錯誤修正機制、信號封包方式、加密方式，以及不同的傳輸服務(wù)質(zhì)量架構QoS architecture等）。對于硅芯片供貨商來(lái)說(shuō)，將很難透過(guò)單一芯片來(lái)同時(shí)支持這么多技術(shù)標準（即使是雙模芯片，其所需要的晶粒面積會(huì )遠比單模芯片大得多）。

與上述兩大原因緊密相關(guān)的另一項限制，就是即使廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)出這樣的芯片，但卻無(wú)法達到經(jīng)濟規模。就算全球出貨量在2009年達到三千萬(wàn)臺，但單一技術(shù)項目卻無(wú)法突破一千萬(wàn)臺的關(guān)卡。量小的結果，使得制造與開(kāi)發(fā)成本壓不下來(lái)，這也讓最終使用者所需負擔的價(jià)格高不可攀。

這些原因都造就了廠(chǎng)商只能選擇單一的有線(xiàn)居家聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而且只能在某家規格開(kāi)發(fā)業(yè)者或封閉的技術(shù)團體里打轉，更無(wú)法讓從業(yè)者有機會(huì )享受由多家技術(shù)提供者所聯(lián)合推出的開(kāi)放標準（唯一例外的應該只有HomePNA，該技術(shù)草案G.9954已經(jīng)成為ITU-T的標準）。

有鑒于由單一規格開(kāi)發(fā)業(yè)者所推出的技術(shù)，常會(huì )伴隨著(zhù)繁復的專(zhuān)利授權，而這樣的不確定性可以避免，在由像ITU（國際電信聯(lián)盟）這樣知名的研發(fā)組織（SDO：Standard Development Organization）所推出的開(kāi)放標準中，所有參與的成員都可享有的“合理且不受歧視”（RAND：Reasonable and Non-Discriminatory）的智慧財產(chǎn)權待遇。

ITU-T G.hn:開(kāi)放標準取向
對于服務(wù)供貨商的這些要求，也引爆出業(yè)界對于G.hn這種標準的期待，并使其成為真正適合于大眾市場(chǎng)的居家聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在名稱(chēng)上，G.hn是源自于英文里的“居家網(wǎng)絡(luò )”（Home Network）（中文里有時(shí)也稱(chēng)為家用網(wǎng)絡(luò )），而“Ｇ”的意思，則是代表了由ITU-T所發(fā)展出的“傳輸系統與媒介、數字系統與網(wǎng)絡(luò )”這類(lèi)型的技術(shù)標準系列家族。在G系列標準中，還有包括其他知名的標準，包括G.992.1（ADSL）、G.992.5（ADSL2+）、G.993.2（VDSL2），以及常見(jiàn)的音頻編碼譯碼器，像G.711與G.729等。

G.hn的設計初衷，就是要解決既有有線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的問(wèn)題，包括：
在單一PHY/DLL之下，享受多重線(xiàn)路連結：G.hn定義了通用的PHY（Physical Layer，實(shí)體層）以及DLL（Data Link Layer，數據鏈路層）架構，可以在包含電力線(xiàn)、電話(huà)線(xiàn)與同軸電纜在內的任何居家聯(lián)機中運作。透過(guò)G.hn，要設計出能夠在線(xiàn)路中運作的單一芯片，將不再是難事，因為所有的主要參數（調變方式、錯誤修正、加密、媒體存取控制等）都能通用于不同的實(shí)體媒介中。

降低系統/芯片設計負擔：由于可以在單一芯片中同時(shí)提供多重聯(lián)機功能，將可大幅提升設備供貨商（不用再設計系統需要好幾種芯片，成本大幅降低）與芯片開(kāi)發(fā)商（不用再設計好幾種芯片來(lái)滿(mǎn)足不同市場(chǎng)區隔）的投入意愿，并且降低設計的負擔。

經(jīng)濟規模：因為有足夠的市場(chǎng)總量，使得被切割成不同區隔的市場(chǎng)將破鏡重圓。用在同軸電纜聯(lián)機地區的芯片也可以同樣用在以電力線(xiàn)為依歸的地區，這么一來(lái)，將創(chuàng )造出可以大幅降低制造成本的經(jīng)濟規模。

將硅知識產(chǎn)權IPR的不確定性降到最低：所有參與ITU標準開(kāi)發(fā)的業(yè)者，都能享受到知識產(chǎn)權（IPR，Intellectual Property Rights）的福利。這樣的“合理且不受歧視”的保證，將可以讓過(guò)去由其他供貨商所擁有的專(zhuān)利困擾不再重現，ITU的IPR程序跟其他國際標準組織（例如ISO與IEC）一樣容易親近。

次世代數據傳輸速率與可擴充性：在G.hn標準的規格中，其數據傳輸速率可高達1Gb/s。在技術(shù)上，已經(jīng)取得了多種因素之間的平衡，諸如：電力消耗、芯片復雜度與性能表現等，并達成可交互運作的保證。舉例來(lái)說(shuō)，單廠(chǎng)商采用了最高傳輸速率1Gb/s的高級裝置，而另一家從業(yè)者設計出的最高傳輸速率只有10Mb/s的低復雜度裝置，兩者之間仍可完全地互通。

這種具備了高擴充性，使得G.hn成為吸引業(yè)界目光的焦點(diǎn)，并滿(mǎn)足各種應用需求，例如，電信導向的多房間高畫(huà)質(zhì)網(wǎng)絡(luò )電視（multi-room HD IPTV）（所需頻寬高達數百個(gè)單位的Mb/s），乃至于提升能源效率的智慧電網(wǎng)（所需傳輸速率只不過(guò)幾個(gè)單位的Mb/s而已）等。

圖1所呈現的是常見(jiàn)的有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)混合網(wǎng)絡(luò )應用環(huán)境，透過(guò)新興的G.hn標準，可以把包括IEEE 802.11n Wi-Fi在內的各種網(wǎng)絡(luò )整合在一起。

G.hn:技術(shù)概要
在2010年6月通過(guò)的G.hn標準，是由兩項各自獨立的技術(shù)草案文件規格所組成：Recommendation G.9960（實(shí)體層）以及Recommendation G.9961（數據鏈路層）。

在G.9960以及G.9961中所具備的特性，詳情可見(jiàn)表1。

導入嶄新的ITU-T G.hn標準
在G.hn標準通過(guò)之后的這些日子以來(lái)，符合這項標準的新集成電路已經(jīng)出現在市場(chǎng)上。其中一個(gè)代表產(chǎn)品，就是來(lái)自于Lantiq公司并已在2011年1月推出了的XWAY HNX100系列產(chǎn)品。

該系列產(chǎn)品中的芯片HNX176，提供了完整的G.hn標準建置，包括支持了所有實(shí)體媒介類(lèi)型（電力線(xiàn)、電話(huà)線(xiàn)以及同軸電纜），以及支持所有頻寬規劃（25、50以及100MHz）。

除了G.hn的功能外，HNX176還提供了一連串高速傳輸接口，包含：10/100/1000 Ethernet PHY、RGMII與PCI express等，以確保應用裝置能透過(guò)高性能的通信連結，并借此享受G.hn標準。

至于HNX176的目標應用范圍，則至少有：網(wǎng)絡(luò )轉接裝置、居家網(wǎng)關(guān)、機上盒（STB）、HDTV、PC、網(wǎng)絡(luò )儲存、有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)橋接裝置、分離式揚聲系統（distributed speaker systems）等。

圖2 電力線(xiàn)與Gb以太網(wǎng)絡(luò )之間的轉換裝置

圖3 混合電力線(xiàn)與Wi-Fi的橋接裝置

圖2所呈現的，就是G.hn電力線(xiàn)與Gb以太網(wǎng)絡(luò )接口之間的轉換裝置應用范例，并由高度整合的HNX176解決方案，把內建的Gigabit PHY和芯片里的RAM整合在一起。圖3則是混合電力線(xiàn)與Wi-Fi的橋接裝置應用范例，該應用中可以透過(guò)HNX176把網(wǎng)絡(luò )處理器和PCIe整合在一起，并大幅降低外接組件的數量。