安隆（Enron）董事長Kenneth Lay曾向天然氣公司每日天然氣（Gas Daily）表示：「『寬頻』一開始是一個非常沒有效率的市場，但最後會發展成為一個類似『天然氣和電力』的商業模式，非常賺錢而且成長快速」。也許他言之過早，夢想來不及實現卻使得公司一夕崩盤，但從現在的發展來看似乎有朝這一方面發展的趨勢，唯一不同的地方在於電信服務商須把「最後一哩」架設到顧客的所在地，而這是天然氣大盤商以往從未面對過的昂貴挑戰。
「光纖到家」的呼聲不斷地刺激整個光通訊產業的發展，原本是骨幹網路的應用，現在連一般家庭也都能享受到無需等待的網路服務，本文將探討光纖在數位家庭中所應用之傳輸與鋪建技術概念，並闡述如何配合光纖到家的應用。
寬頻成長浮現數位家庭商機
近年來電信服務商、有線電視供應商以及地方政府等等的角色大亂，因為不斷攀升的家庭網路使用量(表一)使得各路好手皆來搶食「數位家庭」基礎通訊建設的大餅。以日本為例，原訂「e-Japan戰略」的目標是希望能在2005年達成全日本有3000萬家庭以寬頻上網及1000萬家庭以超寬頻（30Mbps～100Mbps）上網的環境，此項目標於2003年已提前達成，日本總務省再度編列了733億日圓（約新台幣220億）的預算並正式進入日本的第二期IT革命，也就是「u-Japan」。
而無論是“e”或“u”的計劃最主要基礎建設便是鼎鼎大名的FTTH，依據Hiromichi Shinohara & Tohru Maruno的統計報告，至2004年8月日本光纖到家（FTTH）服務的用戶數已增至160萬1432戶，較2003年1月的用戶數23萬3072戶，僅一年半時間，迅速成長將近七倍，居世界第一。在日本政府的大力推動下不僅只有NTT東、西在從事鋪建光纖到府的工作，如Yahoo BB和USEN及各地方的有線電視系統公司皆也都積極地參與其中。
| 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 |
CAGR 2004-2008 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 美國 | 8,614 | 11,140 | 14,292 | 17,801 | 21,655 | 25,572 | 29,660 | 16％ |
| 加拿大 | 852 | 1,238 | 1,588 | 2,200 | 2,676 | 3,161 | 3,666 | 18％ |
| 北美地區 | 9,466 | 12,378 | 15,880 | 20,001 | 24,331 | 28,733 | 33326 | 16％ |
| 30.8％ | 28.3％ | 26.0％ | 21.6％ | 18.1％ | 16.0％ | |||
| 歐洲地區 | 2,890 | 5,349 | 8,135 | 12,264 | 15,519 | 18,527 | 21,889 | 22％ |
| 85.1％ | 52.1％ | 50.8％ | 26.5％ | 19.4％ | 18.1％ | |||
| 亞洲地區 | 2,932 | 6,040 | 9,259 | 14,248 | 19,998 | 28,121 | 35,522 | 31％ |
| 106.0％ | 53.3％ | 53.9％ | 40.4％ | 40.6％ | 26.3％ | |||
| 其它 | 598 | 725 | 1,237 | 2,192 | 3,778 | 5,383 | 6,652 | 40％ |
| 21.2％ | 70.7％ | 77.2％ | 72.3％ | 42.5％ | 23.6％ | |||
| 總和 | 15,886 | 24,492 | 34,511 | 48,705 | 63,626 | 80,764 | 97,389 | |
| 54.2％ | 40.9％ | 41.1％ | 30.6％ | 26.9％ | 20.6％ | 23％ |
再以美國為例，當FCC開放RBOC（Regional Bell Operating Companies）可以自行鋪建500英呎的光纖到住戶家中而不需與IELC（Local Exchange Loop Carrier）共享的規定時，Verizon和SBC便大張旗鼓地加速FTTP的計劃，並一致地認定這是對未來的投資。由這兩通訊強國的寬頻動向來看，「光」和「數位家庭」之間產生了交集。
數位家庭
究竟何謂「數位家庭」？簡而言之，「數位家庭」就是將目前互不相連的家庭數位系統以「有線」或「無線」的方式連接起來，如整合數位電視、DVD錄影機、個人電腦，音響、遊戲與數位相機等設備，透過ADSL、Cable、802.11x、Wi-Fi/乙太網路（Ethernet）、微波或衛星等家庭網路以及GSM、CDMA的行動網路等有線、無線或寬頻網路傳輸方式，將外在資訊彙整到數位家庭閘道器（Home Gateway），如(圖二)所示。再透過閘道器控制系統、數位家電設備以及彼此間的連接，即可收視數位節目、漫遊網際網路、隨選視訊、收發電子郵件、線上遊戲、寬頻視訊會議與電子銀行等，體驗各項先進服務。
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在規格方面，以Intel、微軟、HP等為首的十七家國際大廠成立「Digital Living Network Alliance」，未來將以開放式的標準作為推動產品相容性的依據；日本Sony與包括Hitachi、Matsushita、Toshiba等九大商社共推的平面電視規格等佈局，也以進入家庭、整合數位技術為主要任務。在中國大陸方面憑藉龐大的內需市場，也由聯想、康佳、長城等大型集團與大陸產業信息部合作，推動大陸自有的「閃聯」標準，目的亦在以此標準串連資訊、通信及家電產品。
在全球應用趨勢朝此方向前進之時，台灣自也不能置身事外。由大同、宏碁、金寶及威盛四家公司，以及經濟部半導體協會、工業局半導體推動辦公室及經資中心共同發起「數位家庭產業推動聯盟」，而該聯盟的推動目標以促進台灣資訊及電子產業，掌握相關技術及市場發展為其一，此外從台灣半導體產業的角度出發，結合上、中、下游的研發及產品開發技術，提高台灣產品的曝光率，並藉由該聯盟與國際主流標準接軌。由各國對數位家庭的投入程度來看，也不難讓人感受到一股即將爆發的產業商機。
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未來數位家庭的概念是以消費者導向的人性化介面為主，強調老少皆會操作的簡單易用為原則。因此也有廠商認為在短時間內並不會僅出現如Intel所謂的以「多媒體控制器（media hub）」為中心，也不會只實現微軟所指的以「家用閘道器（Home Gateway）」為中心的數位家庭生活。而是整合TV與PC可以相互切換的家庭網路系統為主，如高品質AV影音功能的客廳，連接AV hub、LCD TV、DVD錄放影機與數位投影機等影音設備，並透過各別的閘道器來連接到網路。而又如在客廳或書房，以儲存、整理影像、音樂與照片為主的Media PC center，則與MP3、DV和DSC連接到Media Hub等較分散式的各系統，來實現數位家庭生活。
然而不論是集中式或分散式的家庭網路系統，在既有的電訊號傳輸之外，也可利用「光」這種傳輸媒介，而傳輸型式也可分為無線和有線，以下將針對無線和有線光通訊作一介紹。
室內多媒體無線光通訊
在家用多媒體無線光通信的架構中，目的是要將家庭的多媒體設備，從過去有線電纜的連接方式改由透過光無線介面的技術來做為媒體傳輸的媒介，如(圖三)所示，在光介面無線區域網路中，可依照環境的使用需求，來決定架設10Mbps或是100Mbps的光介面無線區域網路在家用多媒體中，由於各種多媒體的格式要使其傳送品質達到沒有延遲的效果均有各種不同的規定，其最低傳輸限制如(表二)所示。
| 媒體格式 | MPEG 4 | MPEG 1 | MPEG 2 | MPEG壓縮HDTV | DV |
|---|---|---|---|---|---|
| 傳送速率之最低限制（bps） | 64k～2M | 1.15M | 2M～8M | 25M | 32M |
為了要符合未來各種媒體格式的需求，家用多媒體無線傳輸的標準至少要大於32Mbps的傳輸速度，因此以目前的無線電波速率來看，要達到32Mbps以上目前僅有IEEE802.11a可達54Mbps的速度，因此在家用多媒體無線光通訊系統中，未來所要發展的目標即在100Mbps的速度下制定標準。
| 種類 | IEEE 802.11b | Bluetooth | 光無線 | 行動電話 | PHS |
|---|---|---|---|---|---|
| 使用頻率 | 2.4GHz | 2.4GHz | 紅外光 | 依系統決定 | 1.893GHz |
| 傳輸速率 | 11Mbps | 723Kbps | 100Mbps | 9.6Kbps | 64Kbps |
| 使用距離 | 30～60M | 10～100M | 4～5M | 遠可高速移動 | 都會型 |
| 價格（￥） | 5～10萬 | 晶片目標價5美元 | 20萬 | 1萬 | 1萬 |
雖然目前家庭光介面無線網路到目前為止尚未有示範展示的產品，主要原因包括介面上的標準未定，IP部份目前傾向以100Base-T與IEEE1394的標準來訂定，除了IP介面的制定外，與其他機器設備間的連接器HAVi與Ethernet規格下的連接器Jini間相容性技術仍在推動中，然而要使家庭光無線系統的夢想完成，軟硬體設備的開發亦須著手制定共通的語言才能達成，目前Hitachi、Intel、Matsushita、Sony及Toshiba等五家公司正積極朝這方向邁進。
室內有線光通訊
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現在約有超過70％的寬頻使用者是透過DSL來連結全球網際網路，而光纖則是眾多接取技術連接到家中的載具之一。光纖到家除了收費比xDSL要昂貴之外，在實地施工上也相當具有挑戰性，但日本市場競爭激烈，收費機制較不同，如(圖四)所示。(圖五)為光纖到家施工圖，無論是挖馬路埋設光纖或是利用現有的電線桿鋪線再連結至家中的媒體轉換器（media converter），過程中光纖熔接數目的需求會因每一個網路設計用戶的多樣性考量而有不同，並且光纖接入家中後的可靠度測試除了機械、溫度之外，還需利用約30m的光纜架設測試迴路並經過數個月的測試，在技術、時間和成本的考量下，在在考驗著鋪設光纖的工程人員。也因此許多廠商都推出更簡便的施工設備使鋪設電纜的工程人員能盡快熟悉新技術。
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(圖六)則是瑞士Huber＋Suhner發展出來，可隨身攜帶的光纖SC和ST連接器的快速製作筆型設備，該公司宣稱在90秒之內便能完成光纖連接器的製作，同樣地3M、Fujikura、Sumitomo、NTT AT、Sanwa等廠商也有推出類似的簡易型自組單模光纖連接器，減輕了FTTH施工端人員在佈線時間上的壓力，而Tellab、Sumitomo等公司也都推出小型化光纖熔接機以利佈線工程師能更順利操作。
另一方面，在通往各用戶住宅的線路鋪設以及室內佈線中，也使用了單模光纖，但通常單模光纖的最小彎曲半徑為30mm，如(圖七)(a)中的舊式光纖，由於半徑較大，在室內沿牆壁佈線以及將光纖餘長綁成像電源線一樣的小束並非易事。這一點對曲線式佈線、室內裝置與接線盒的小型化是種阻礙。為了進一步促進FTTH的普及，需要提高光纖的操作性能、並達到室內裝置以及接線盒的小型化，因此具有更強彎曲性的光纖應運而生。
為解決上述問題，許多日本公司都致力開發使彎曲半徑更小的光纖，如圖七(b)所示，即為日本NTT所發展出來的小彎曲半徑光纖，NTT藉由傳統單模光纖預形體的fiber core周圍鑽出六個空氣洞（Air Hole）的Hole Assisted Fiber使光纖的彎曲半徑可達到5mm，使光纖在外觀上更能與居家的室內設計更契合。
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三網合一的光纖服務
目前在內容服務方面，廠商則主要提供三網合一（Triple-Play）的服務，也就是將聲音、資料和影像以不同的波段在同一條光纖中傳輸，也由於影音的傳輸是最消耗頻寬的服務，因此自然地IPTV與HDTV等服務便悄悄地蔓延開來。而所謂的IPTV即透過IP網路傳送視訊節目，並可利用IP-STB透過普通電視機播放。
用戶除可觀賞視訊節目外，亦可利用IPTV互動式的特點，進行網路遊戲、網路點播、網路購物或是視訊會議等服務，此類的服務已成為中國寬頻應用市場發展的重點，並是電信營運商跨足家庭影視服務的試金石。在美國亦是如此，以(表四)電信營運商未來的營收預測來觀察，其中以影音服務的營收成長率最高，因此Verizon、Comcast與Time Warner等都相繼推出寬頻影音服務。
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a.舊式
b.新式
家庭光纖插座
有了高速傳輸的品質，高影像畫質自然也不可少，為達到高畫質電視的水準，美國Altera與加拿大半導體廠商Gennum聯手提供下一代視頻介面，也就是將Altera的FPGA（Field Programmable Gate Array；可程式邏輯陣列）高階產品「Stratix GX（內置3.125Gbps高速串列通信收發電路的FPGA）」與Gennum的光纜等化器（Cable Equalizer)、驅動器結合起來，通過同軸光纜，可以3Gbps的速度傳輸約100m的距離。其他的晶片大廠也都推出三網合一，並強調高視訊品質的晶片，如BroadLight和Broadcom走的是BPON的路線，Passave、Centillium與Teknovus走的都是EPON的路線。
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發展EPON的三家公司中，特別是Passave已經在日本市場獲得了極大成功；Centillium則同時具有EPON和VoIP兩種產品線，Teknovus則已經在中國的媒體轉換器市場上佔有相當的市佔率。然而光纖所能提供的頻寬幾乎是沒有上限的，也許三網合一的下一波便是虛擬的3D即時成像投影應用，而電影關鍵報告中的場景便可能出現在真實的生活中了。
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營收（10億美元） |
複合年成長率 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | ||
| 視訊(Video) | $0.2 | $0.3 | $0.5 | $1 | $1.6 | $2.5 | 65.7％ |
| 一般用戶的寬頻服務(Consumer broadband) | 2.8 | 3.5 | 4 | 4.2 | 4.6 | 4.8 | 11.4 |
| 一般用戶的長途電話(Consumer long distance) | 20.7 | 18.2 | 16 | 13.6 | 11.3 | 9.2 | -15 |
| 企業的市內電話(Business local) | 26.3 | 26.7 | 26.4 | 26.1 | 25.8 | 25.5 | -0.6 |
| 企業的長途電話(Business long distance) | 26.1 | 24.5 | 23 | 21.3 | 19.7 | 18.2 | -7 |
| 企業的數據服務(Business data*) | 44.8 | 45.6 | 46.6 | 47.1 | 46.8 | 45.4 | 0.3 |
| 一般用戶的市內電話(Consumer local) | 46.9 | 42.2 | 39 | 36.2 | 34 | 32.3 | -7.25 |
| Wireless | 91.5 | 109 | 119 | 132 | 145 | 154 | 10.9 |
| 總計 | $260.7 | $272 | $277 | $285 | $291 | $295 | 2.5% |
結論
寬頻市場是否能發展成像天然氣、電力或自來水等居家不可或缺的基礎設備，仍有待觀察。然而多樣化的技術、可行的經營模式以及讓網路傳輸得以有效率進行的標準作業程序等等，都還有待整個產業鏈的摸索與試驗，而光通訊技術在數位家庭所佔的比例相對而言較小，但光纖所具備的種種特色卻也被定位成最終極的通訊解決方案。
（作者現為光電協進會產業分析師）
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