G.hn: ITU-T 標準將引爆居家有線網絡的廣大市場

驅動近年來電信服務供貨商寬帶存取網絡快速成長的來源，就是那些需要超高速頻寬的新一代因特網服務（例如高畫質IPTV）。今天，服務供貨商有許多可以運用的寬帶存取技術，包括ADSL2+、VDSL2以及GPON等。

雖然這些可供運用的寬帶存取技術擁有著高達1Gb/s（即1Gb/s）的速度，但也只能解決一部分的問題。對于服務供貨商來說，次世代網絡的另一項挑戰(zhàn)就是該如何妥善處理用戶家中的每一項裝置（電視、個人計算機、機上盒等）的聯(lián)機問題，以便消費者可以在家里的每一個角落享受到高速上網的種種樂趣。

為何不用以太網絡和Wi-Fi無線局域網絡
以太網絡（Ethernet）這種聯(lián)機技術雖然非常成熟，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，對于大眾市場普遍存在的用戶既有網絡，才是考驗著網絡服務供貨商的重點。即使是最新一代的平板電視，也都提供了以太網絡的接口，但大部分的家庭都沒有或只有一部分有以太網絡線路。要安裝新的基礎建設需要大量的人力投入，不僅所費不貲，還要動輒打攪用戶的生活。正因為如此，以太網絡并非IPTV服務供應者所考慮的主要解決方案之一。

而對于無線網絡技術802.11n來說，要透過這項技術來傳遞IPTV的服務已經具有純熟表現的程度了。然而，要能同時在無線傳輸里，滿足高畫質（HD）影像以及其他家中的數據傳輸，則仍舊充滿了一些技術挑戰(zhàn)。在諸多常見的應用環(huán)境中，服務供貨商得在類似家中骨干的有線網絡以及無線傳輸之間取得平衡，以提供居家環(huán)境里各個娛樂節(jié)點（例如平板計算機與平板電視）的聯(lián)機應用。

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

圖1 有線/無線的混合網絡

時至今日，這些聯(lián)機方式都只做出了部分成績而已，畢竟是受到了許多技術限制與市場因素所影響。（根據研究機構iSuppli的預估，有線聯(lián)網的出貨埠數，在2009年只有將近三千萬而已）
在這些聯(lián)網技術里，最顯著的限制就在于只透過單一種線路來連接（只用電力線或只用同軸電纜）。如果服務供貨商要在客戶家中安裝一種以上的聯(lián)機方式，則會需要一個以上的收發(fā)器（例如：芯片數量至少是一顆以上）。這么一來，將大幅增加系統(tǒng)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，那就是技術之間存在著很大的差異（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質量架構QoS architecture等）。對于硅芯片供貨商來說，將很難透過單一芯片來同時支持這么多技術標準（即使是雙模芯片，其所需要的晶粒面積會遠比單模芯片大得多）。

與上述兩大原因緊密相關的另一項限制，就是即使廠商開發(fā)出這樣的芯片，但卻無法達到經濟規(guī)模。就算全球出貨量在2009年達到三千萬臺，但單一技術項目卻無法突破一千萬臺的關卡。量小的結果，使得制造與開發(fā)成本壓不下來，這也讓最終使用者所需負擔的價格高不可攀。

這些原因都造就了廠商只能選擇單一的有線居家聯(lián)網技術，而且只能在某家規(guī)格開發(fā)業(yè)者或封閉的技術團體里打轉，更無法讓從業(yè)者有機會享受由多家技術提供者所聯(lián)合推出的開放標準（唯一例外的應該只有HomePNA，該技術草案G.9954已經成為ITU-T的標準）。

有鑒于由單一規(guī)格開發(fā)業(yè)者所推出的技術，常會伴隨著繁復的專利授權，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）的智慧財產權待遇。

ITU-T G.hn:開放標準取向
對于服務供貨商的這些要求，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的居家聯(lián)網技術。在名稱上，G.hn是源自于英文里的“居家網絡”（Home Network）（中文里有時也稱為家用網絡），而“Ｇ”的意思，則是代表了由ITU-T所發(fā)展出的“傳輸系統(tǒng)與媒介、數字系統(tǒng)與網絡”這類型的技術標準系列家族。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聯(lián)網技術的問題，包括：
在單一PHY/DLL之下，享受多重線路連結：G.hn定義了通用的PHY（Physical Layer，實體層）以及DLL（Data Link Layer，數據鏈路層）架構，可以在包含電力線、電話線與同軸電纜在內的任何居家聯(lián)機中運作。透過G.hn，要設計出能夠在線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體媒介中。

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

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

將硅知識產權IPR的不確定性降到最低：所有參與ITU標準開發(fā)的業(yè)者，都能享受到知識產權（IPR，Intellectual Property Rights）的福利。這樣的“合理且不受歧視”的保證，將可以讓過去由其他供貨商所擁有的專利困擾不再重現，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(guī)格中，其數據傳輸速率可高達1Gb/s。在技術上，已經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。舉例來說，單廠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，并滿足各種應用需求，例如，電信導向的多房間高畫質網絡電視（multi-room HD IPTV）（所需頻寬高達數百個單位的Mb/s），乃至于提升能源效率的智慧電網（所需傳輸速率只不過幾個單位的Mb/s而已）等。

圖1所呈現的是常見的有線/無線混合網絡應用環(huán)境，透過新興的G.hn標準，可以把包括IEEE 802.11n Wi-Fi在內的各種網絡整合在一起。

G.hn:技術概要
在2010年6月通過的G.hn標準，是由兩項各自獨立的技術草案文件規(guī)格所組成：Recommendation G.9960（實體層）以及Recommendation G.9961（數據鏈路層）。

在G.9960以及G.9961中所具備的特性，詳情可見表1。

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

該系列產品中的芯片HNX176，提供了完整的G.hn標準建置，包括支持了所有實體媒介類型（電力線、電話線以及同軸電纜），以及支持所有頻寬規(guī)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：網絡轉接裝置、居家網關、機上盒（STB）、HDTV、PC、網絡儲存、有線無線橋接裝置、分離式揚聲系統(tǒng)（distributed speaker systems）等。

圖2 電力線與Gb以太網絡之間的轉換裝置

圖3 混合電力線與Wi-Fi的橋接裝置

圖2所呈現的，就是G.hn電力線與Gb以太網絡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則是混合電力線與Wi-Fi的橋接裝置應用范例，該應用中可以透過HNX176把網絡處理器和PCIe整合在一起，并大幅降低外接組件的數量。