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一、前言
電信、資訊、終端設備(Devices)、及娛樂內容等
4個產業的整合促成數位匯流。同一個內容(Content)
可透過不同網路在不同終端設備播出;不同內容可透過
不同網路傳送到同一個終端設備。加上時間移動(Time
Shift)技術,使用者在任何時間、地點、空間都可以擷
取連上網路任何節目,形成隨選視訊(On Demand)的
使用模式。數位匯流使電信網路可以看得到電視節目,
有線電視(Cable Television, CATV)網路可以提供上網
服務。
與數位匯流的同時,影像技術也隨之發展,業者
利用網路提供IPTV付費電視,畫質從過去標準數位電視
(SDT)到高畫質電視(HD),再從4K到8K(UHDTV);
而上傳內容也從簡單的網址變成圖片、影片、即時影
像,因此網路傳送這些影像所需的頻寬越來越大。
在此同時,另一技術領域,通信線路也一直演
進。電信與有線電視業者使用的線路種類漸趨雷同,用
法也相似。約20年前,CATV將光纖頭端(Headend)
佈放到光纖投落點(Drop),形成HFC(Hybrid of Fiber
and Coaxial)網路,算是FTTC(Fiber To The Curb)的
一種;而電信業者則佈放到路邊的交接箱,形成光纖
到箱體(Fiber To The Cabinate, FTTC),也是Fiber To
The Curb的架構。
兩者的網路形態(Topology)從相似(複接、樹
狀)→不同(星狀、樹狀)→再到相同的PON(Passive
Optical Network)。音頻時期電信線路是可以複接
的,CATV也是。通信數位化後,xDSL問世,電信線
路採點對點的佈線,CATV仍然維持樹狀網路。光纖化
後,因被動光元件的使用,兩業者的光纖皆利用光分
歧器(Splitter)或分波多工器(Wavelength Division
Mulitplex, WDM)構成被動光網路,現在僅差HFC後
面那段同軸電纜尚未光纖化。
現在,兩業者都有能力做到FTTH(Fiber To The
Home),只是因網路架構及經營形態的關係,電信的
FTTH腳步比較快;而CATV因有客戶需求的增壓,遲
早也會跟上。業界普遍有一個迷思,將HFC與FTTH看
成對立面。其實兩者是世代關係,HFC將來必定會演
變成FTTH。其實不是只有有線電視的HFC網路會演變
成FTTH,其他利用銅線的通信技術也會跟進。
二、HFC的瓶頸
網際網路問世後,大、中、小、及家庭企業等新
客群出現,企業的電子商務相當依賴網路。網路業者
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頭條故事
要抓住此一新客群,需靠網路穩定的雙向對稱數位傳
輸能力,且速率要遠高於一般消費客戶。雖然國內有
線電視絕大部分已經數位化,傳輸速率也大幅提高,
但HFC在這方面並沒有什麼優勢。
HFC是怎樣傳送數據?把有線電視系統頻譜攤開
來看,略分成3段,即圖1中的上行(5∼42MHz)、
TV、下行(550∼750MHz),提供上網服務的就是5∼
42MHz及550∼750MHz兩頻段。數位化後,電視頻道
藉由壓縮技術所需的頻寬不再那麼大,多出來的頻譜可
挪用成下行頻道,但上行的頻寬仍然維持一樣。
圖1 有線電視頻譜圖
DOCSIS(Data Over Cable Service Interface
Specification)3.0把這兩頻段內的載波調變成數位信號
後,在HFC網路上做數據雙向傳送。每一頻道頻寬占
6MHz,以QAM(Quadrature Amplitude Modulation)
256調變1出48Mbps的速率。但在實際應用上,此速率
會因編碼及誤碼檢測所需扣掉10%。藉由頻道綁縛,每
個黑盒子綁4個頻道,最高下行速率約170Mbps及上行
速率120Mbps。頻道綁縛越多,則速率越高,架構如
圖2,最終實際的有效速率便取決於外線的線路品質及
傳輸能力。
圖2 HFC DOCSIS 3.0架構圖
客戶只要接取兩個高畫質影片及上傳相片、影
片、上雲端、或玩遊戲,需速率下行10Mbps/上行
2Mbps。以每一服務區150戶(現在越來越少,約125
戶上下),綁4個頻道為例,其合理速率應是1.5Gbps
下行/300Mbps上行,超出實際線上速率170Mbps下
行/120Mbps上行許多,故在顛峰時段會產生網路擁
塞。從服務的角度看,就是服務的品質無法永續使用。
為解決塞車現象,業者通常採取下列因應措施:
(一)在HFC光纖投落點的用戶側再佈設光纖。一方面
取代既有同軸電纜,另一方面縮小服務區。
(二)增加綁縛頻道,再用壓縮影像技術或重新分配影
像頻道到黑盒子做IP傳送。現在的黑盒子可以接
取32個下行頻道及8個上行頻道,理論速率可達
1.04Gbps,上行120Mbps。
(三)把每一服務的客戶數減到100戶時,下行的理論
速率為1Gbps,上行速率則升到200Mbps,可暫
時疏通擁塞。當服務區域變小時,信號源到客戶
之間的「東西」變少了,網路品質及可靠度立即
提升。
以上只是權宜措施,較新的作法則是再釋放一些頻
道採用DOCSIS 3.1,但會產生成本的問題,至於增加多
少?視經營情況而定。秭比次(Gigabit)的速率會把
750MHz或860MHz系統的頻寬推到極限,相關的光纖投
落點設備、同軸電纜放大器、乃甚至於主動型分配器都
必須升級,客戶端的黑盒子及頭端的對應設備也必須更
換,每一個黑盒子費用從新臺幣2000∼3000元不等2。
升級時,業者必須暫時3.0及3.1兩種技術並行採用,又
會增加同軸電纜內射頻主動與被動元件的費用。
最後,問題還是在同軸電纜的上行頻段,頻寬小
又採分享制。企業有對稱雙向通信的需求,HFC網路
因上行頻寬,僅能滿足當下一般消費客戶的需求。線
路網升級產生的成本衝擊到公司的現金流,升級所需
的過渡期會衝擊到新業務上市的及時性,但不做永遠
無法分享這塊大餅。
三、FTTH的優勢
2004年∼2008年間電信線路的GPON(Gigabits
Passive Optical Network)及EPON(Ethernet Passive
Optical Network)出現,立即挑出HFC網路脆弱的一
面。從傳輸層面及線路實體層面來看FTTH與HFC的優
劣:
(一)傳輸層
FTTH是GPON或EPON的末端屋內配線,利
用光分歧器把一心光纖分接到數十客戶。GPON一
個1:32光分歧器分光後,每一出口埠的商用速率是
2.5Gbps/1.2Gbps,EPON是10 Gbps/2.5 Gbps,客
戶只要願意付錢就可以申裝。新一代的NGPON2(Next
Generation PON2)及NGEPON(Next Generation
EPON)下行速率可達40Gbps,上行10Gbps。
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當然,CATV業者也瞭解HFC的弱點,1988年美國
有線電視業界組成CableLabs專門研究提升HFC網路速
率,成果相當豐碩,從1997的DOCSIS 1.0(上行
10Mbps,下行40Mbps)到2016年的DOCSIS 3.1
(上行1∼2Gbps,下行10Gbps),未來挑戰上下行
各10Gbps。不過,無論這些速率再怎麼高,網路後段
接著同軸電纜,末端的客戶仍然無法享用到CableLabs
研發的成果。目前臺灣市面上CATV廣告上行速率最高
26.56M∼28.78M3,是由多少客戶分享?則未予標
示,可見上行的瓶頸一直存在。
(二)實體線路層
FTTH與HFC線路的差異在於後段線路,一是光
纖,一是同軸電纜。兩者相較有下列差別:
1.光纖質輕細徑。144心光纜直徑(10mm),比一條
RG11同軸電纜(11mm)小。纜徑小易施工,庫存省
空間,線路接頭少通信品質佳,附屬設備體積也跟
著縮小。
2.一心光纖頻寬為一條同軸電纜的10,000倍,沒有HFC
遭遇的上行頻寬的問題。目前市場上的DOCSIS利用
頻道綁縛提供300Mbps以上,這是占用同軸電纜內
頻寬的合成頻寬(Synthetic Bandwidth),不是專
用頻道。
3.光纖不受電磁波干擾,同軸電纜則有電波洩漏及干擾
的問題。同軸電纜頻寬的利用已經接近極限,無法
擺脫物理雜訊的干擾及Shannon定理4的限制。
4.光纖傳輸距離遠,服務涵蓋區廣大,減少外線分配點
的設置。衰減小,一般市區不需放大器,耗能大幅
縮減。同軸電纜每隔一段距離就需要一個放大器。
從以上比較可知,FTTH先天就優於HFC。而HFC
能夠生存至今是因廣播電視市場仍然存在,但這個市
場會因世代交替及電子商務寬頻化而漸漸式微。四、
五年級生的消費者與六、七、八、九年級生的消費行
為大不相同。前者生於電話時代,對網路的使用感覺
有點複雜與排斥,傾向於被動接受或現金消費,這些
人看第四臺;後者生於網路世代,伴著手機、電腦、
網路長大,天生會互動與選擇,傾向於選擇網路內容
及電子消費,不太看第四臺。
六、七、八、九年級生是現在也是未來的主人
翁,大部分企業都掌握在他們手裡。企業與網路的關
係已如本文前述,若未滿足此一客群的需求,HFC發
展的空間將受到侷限。
五、整合電信及有線電視線路引進及
屋內配線的探討
雖然HFC網路在技術上可以全面升級成FTTH,但
臺灣的有線電視與電信的實體網路並未整合,原因在
於法規及市場生態。法規因素可以修法解決,生態問
題一直在變化。核心及接取網路部分迄今混沌未明,
而末端的屋內配線整合的共識已經出現。
立法院於民國105年1月6日通過有線廣播電視法第
22條第6項規定:「系統經營者為提供有線廣播電視服
務,將其系統引進建築物,建築物起造人、所有人須
設置之設備及空間,依電信法第38條及第38條之1之規
定」。國家通訊傳播委員會(NCC)很自然的依電信
法得到授權,規範有線電視引進及屋內配線。
依「建築物電信設備及空間設置使用管理規則」
規定,屋內配線含引進設施及設置空間是由建築物起
造人提供,整合場域在屋內,只要起造人與業者依法
協調即可進行整合。
建築物內有線電視與電信實體線路整合涉及「引
進」及「屋內配線」兩部分。引進是指外線進入建築
線後到電信室的線路設施,起造人先埋設自備管從建
築物體到建築線,等待業者銜接,接管後再走一小段
路由進入電信室,此作業稱為「銜接自備管」。電信
室是屋內配線的起點,業者的線路從電信至經管道間
升位到各樓層,再到的各戶形成「屋內配線」。
一直以來,有線電視線路的引進從未受「建築物
電信設備及空間設置使用管理規則」所訂電信設備的
約束。反過來說,也沒有享受到此規則帶來的好處。
因不受約束也無規範可循,各種隨現場蔓生的引進方
式無奇不有,不但妨礙市容觀瞻,經常發生線路低垂
妨礙交通情事,且通信品質難以維持,如圖3。
又因目前CATV線路無法使用依法提供之屋內線路
支撐設備,只能與起造人協調另覓空間或占用電信線
路箱體設置;不但造成配線凌亂,放大器及分配器隨
處附掛,增加線路維修的難度,如圖4。
為避免日後建築物仍受前述引進之苦,NCC已對
新建築物著手研究整合的方式,同時參考各先進國家
的趨勢,修訂相關規則,將擬出一套適用於臺灣現況
並俱未來性的整合方案。茲就引進與屋內配線在線路
整合中所引發的議題分述於后,先談引進:
(一)引進的整合
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引進設施是由引進點、引進管、引進路由等3項構
成。引進點應由起造人和通信業者協調,找出最便於
銜接備管的點,通常是面臨業者管線通過之街道的手
孔附近,而管線單位所走的路由大致相同,所以協調
難度不高。
引進管的管徑及數量,臺灣目前的引進管為3英
吋,隨著通信線路技術的演進,所需管徑會越來越小,
但為顧及環境變化因素,仍應維持3英吋。管數則視該
建築物所需通信線對的數量換算成電纜或光纜條數,再
把可能引進的業者家數(含有線電視業者)考慮進去,
加上預備管即可算出所需管數。管道排列有上下及左右
之分,使用順序為由下而上,由內而向兩側。兩側的使
用順序又視電信及CATV管線方位而定。
引進路由也是由起造人及業者協調而定,然後調
整電信室至最有利於引進及屋內地下室隔局效率的位
置。長短不拘,但不得有超過90度之彎曲,彎曲點超
過二處且其彎曲角度之和超過180度時,應設中間拖線
空間以利佈纜。
引進管的整合不但為業者帶來便利,也為起造人
省掉許多二次施工的麻煩。引進管為營造工程,開挖最
難且成本最高,一旦開挖後,舖管及回填就很容易。
所以,一次將電信及有線電視引進整合,最有經
濟及使用效率。不過,電信室面積必須隨著有線電視
設備的引入而調整擴大。
(二)屋內配纜
相較於引進,屋內配線的整合則困難許多,因為
HFC升級成FTTH是漸進的,表示業者一時無法跳脫同
軸電纜的思維。所以屋內配線整合分成HFC與FTTH整
合,及CATV之FTTH與電信之FTTH整合兩大方案。前
者稱為「分離設計」,後者稱為「共用設計」。
1.分離設計
圖3 國內有線電視線路引進方式
圖4 未整合之CATV線路在建築物內佈設之情形
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顧名思義就是把CATV的同軸電纜及電信的光纜
分開設計、分開設置、分開使用、分開管理。其實,
臺灣的屋內配線現狀就是這種方式。因CATV未納入
規範,其管道箱體的設置,在新建築物則由有線電視
業者與起造人協調設置的,未協調者則是住戶進駐後
才申請裝機,才會造成像圖4的情況。網路屬CATV業
者,沒有責任分界點及權責的問題。
分離設計依法規定管、箱、纜線一律由起造人
設置,網路建置權及所有權從有線電視業者轉給起造
人,優點是圖4的亂象將不再發生。但所引發的責任分
界點、纜線條數、網路形態、業者及客戶權益、電力
設備空間等議題相當複雜,而且修法工程極為浩大。
分離設計顧及業界目前HFC生態,起造人必須準
備兩套線路設備,而這些設備一旦設置後,就一輩子
占住屋內的公共空間。當HFC變到FTTH時,這些設備
又可能閒置。
未來的頻寬需求則未列入考慮,而且是發生在新
建築物,當FTTH已被納入規範強制建置成為新大樓的
標準配備時又把同軸電纜引進,等於反著趨勢走,整
合的優點將因此打了很大的折扣。
2.共用設計
採取此設計的前提是HFC必須升級成FTTH,兩者
使用同樣的線路,就能共用線路支撐設備。可共用的
設備包括:電信室、管道間、機櫃、纜線架(Cable
Tray or Race Way)、主配線箱、水平管道、水平光
纜、宅內配線箱、光纖收容盒等。
共用設計還有下列優點:
(1)圖3及圖4的亂象不會再出現於新建築物內。責任
分界點一律在電信室,網路所有權歸大樓業者,
劃分自然且相當明確。
(2)共用引進設施促進既有管道間資源有效應用,避
免重複建置纜線。引進設施一次建置,大幅降低
營造成本。
(3)有線電視及電信屋內配線系統納入規範,通信服
務品質得以維持,確保購屋者的居住權益。
(4)屋內配線設施整體規劃,垂直及水平線路共用同
一路由,水平線路涵蓋面積減少,且網路維運、
權責分明,建築物空間資源得以有效利用。
(5)電信線路及CATV線路同時呈現於使用者面前,提
供公平競爭環境。
(6)預留HFC網路升級FTTH的光纖,提升全國通信網
路末端頻寬,將有助益於智慧建築及智慧城市的
建設。
以上共用設計的6個效益都未曾在臺灣的建築物內
出現過。有線電視在臺灣的普及率達60%,在屋內都
是獨自配線,與電信線路呈自然分離狀態,對整體國
家資源而言是一種分割損失。FTTH在我國已納入建置
規範,可趁此時間將HFC升級成FTTH。HFC光纖化之
成本不高,且建設初期新建築物須佈放光纖之用戶極
少5。對HFC升級的問題,只能耐心的藉由日落條款及
都市更新促使升級FTTH,與電信線路徹底的整合。屋
內配線的頻寬擴大,絕對有助於國家網路智慧化。
(作者為中華民國電機技師公會顧問)
1 QAM256調變技術係把信號的振幅切割成256等份,每Hz可送8比次,即28。每一頻道6MHz,則48Mbps。扣掉10%的標頭比次,剩43.2Mbps。每一服務
區域綁4個頻道,可送下行170Mbps。這是在線路極為理想的狀態,平常大概只能傳送38Mbps×4=152Mbps。
2 Comparing Cable And Fiber Networks,By Andrew Afflerbach, Matthew DeHaven, Marc Schulhof and Eric Wirth / CTC Technology & Energy
3 http://www.kbro.com.tw/K01/cm-speed-test_3_0_8.html
4 Shannon Theorem:C=B×log_2 (1+S ⁄ N),即傳輸媒體能夠傳輸的比次速率是特定頻率之信號雜訊比(Signal Noise Ratio)的函數,SNR隨著信號衰
減雜訊增加而減少。
5 根據NCC截至105年6月底統計數據,內政部公告全國總戶數為8,499,758戶,有線電視全國普及率為60.52%。再依內政部同時期(105年6月底止)核發住
戶類建築物使用執照45,377戶,全國總戶數增加0.5%。又依CATV普及率,0.5%其中只6成可能裝有線電視,占比降至0.3%。此0.3%之中可能只有一半符
合「建築物電信設備及空間設置使用管理規則」第九條第三項規範,再降至0.15%。換算之,只有13,613戶,由全國50戶業者分擔,應不造成壓力。
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從56Kbps 成就智慧未來
跨出光纖入戶的一小步,
迎接全民高速網路的一大步