jcjin的心情筆記

更新日期:2011/04/06 16:13

更新日期:2010/07/16 03:02
記者林淑惠／新聞分析

LTE（long Term
Evolution）在全球各大電信營運商陸續表態支持下，聲勢似乎高漲不墜。3GPP所規劃的LTE規格雖然採取進步的正交分頻多重接取（OFDMA）
的傳輸技術和多重輸入多重輸出（MIMO）天線模型，但是在市場經營模式上能不能同樣地擁有進步思維，擺脫以往層層封閉的窠臼，開大門走大路，讓系統廠商
心悅誠服地展開雙臂歡迎採納，相信也會是攸關LTE能否擴展市場應用的關鍵。
 

　　在新興商業技術不斷湧現的今天和未來，測試測量行業正呈現出五個重要的發展方向。
　　趨勢一：軟件定義的儀器系統成為主流
　　如今的電子產品(像iPhone和Wii等)已越來越依重於軟件去定義產品的功能。同樣的，在產品設計和客戶需求日益複雜的今天，用於測試測量的儀器系統也朝著以軟件為核心的模塊化方向發展，使得用戶能夠更快更靈活的將測試集成到設計過程中去，進一步減少了開發時間。

      隨著IEEE 802.11(WLAN)、IEEE 802.16(WMAN)、IEEE
802.15.4(WPAN)等無線通信網絡標準的建立，傳統的無線通信產品開發及生產方式已表現出不少問題，譬如：產品是針對特定的標準中一個版本開發
和製造，當新技術出現或版本升級或提供新業務時，只能開發新的專用芯片，製造新一代設備。結果是要麼限制了新技術和新業務的使用，要麼給製造商、運營商帶
來更大的投資風險，給用戶帶來諸多不便。面對此類問題，學術界和產業界已經進行了大量的研究，大部分專家認為，軟件無線電(Software-
Defined
Radio，簡稱軟件無線電)[1]是一個解決全球無線通信需求的方案，它將成為未來無線通信設備設計的核心所在。所謂軟件無線電，就是採用數字信號處理
技術，在可編程控制的通用硬件平台上，用軟件來定義實現無線電的各部分功能：包括前端接收、中頻處理以及信號的基帶處理等，即整個無線電從高頻、中頻、基
帶及控制協議部分全部由軟件編程來完成。其核心思想是在儘可能靠近天線的地方使用寬帶的數字模擬轉換器，儘早地完成信號的數字化，從而使得無線電的功能儘
可能地用軟件來定義和實現。總之，軟件無線電是一種基於數字信號處理設備，以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結構。當前的軟件無線電結構的功耗大、成本
高，而功耗和成本是無線移動便攜設備的兩個關鍵參數，因而制約了軟件無線電的大推廣使用，隨著FPGA（現場可編程邏輯陣列）和模數數模變換器技術的不斷
發展，新一代SOPC（System on a programmable chip，可編程片上系統）正使軟件無線電從概念變為現實。

John
Donovan
編譯：柳林緯
 

新通訊 2009 年 9 月號 103 期


文．侯俊宇





從2G演進到3G，傳統通訊產業也隨之面臨衝擊：不但行動寬頻技術打破了使用裝置的藩籬，就連大型通訊設備也不得不走向彈性應變的道路。而後3G時代的來臨，更加速了上述趨勢的成形。在此前提下，FPGA由於深具設計彈性，再加上可快速出貨的優勢，可望在後3G時代大放異彩。





受到中國大陸3G商用服務於日前正式開台的激勵，以及全球微波存取互通介面(WiMAX)與長程演進計畫(LTE)等無線通訊技術快速發展的推波助瀾，通訊產業儼然已成為景氣疲弱中一枝獨秀的商機焦點。尤其在行動寬頻需求日益高漲下，更促使電信業者加緊展開新基礎建設的部署工作，同時吸引局端設備、終端用戶設備(CPE)與行動裝置等製造商競相投入新一代產品開發。  

而這些新的設備與裝置，由於須同時支援新舊標準規格，且要求快速上市與彈性升級能力，讓向來以靈活編程特性著稱的複雜型可編程邏輯元件(CPLD)與現場可編程閘陣列(FPGA)成為最大受惠者。  

通訊產業受創小　FPGA逆勢上揚  

事實上，值此景氣衰退之際，FPGA相關業者尚能不斷推陳出新、同時開發新產品的主要原因，正是通訊產業受創不深，並且對於投資毫不手軟，因而為FPGA在通訊領域的發展奠定最佳基石。  

舉例來說，在今年初開通的中國大陸3G標準，普及率不斷上揚，根據當地市調數據顯示，2009年第二季中國大陸3G手機市場整體銷量達到二十四萬餘支(圖1)，較前一季成長數倍。市調機構國際數據資訊(IDC)的最新數據亦顯示，2009年第二季全球之手機出貨量為二億六千萬餘支，較去年同期下滑約10.8%。儘管整體手機出貨量下滑，3G手機的出貨卻是爆量成長。

 

資料來源：易觀國際 圖1　2009年第二季中國3G手機銷售規模

雖然追求出貨量之終端產品手機多以特定應用積體電路(ASIC)為主要核心，不過由於FPGA彈性設計之優勢有助於開發可應用於多頻多模通訊技術之設備與產品，因此受到重視的程度更是有增無減。  

3G網路對3G手機來說，可說是支持3G服務實現的關鍵，因此除了3G手機出貨持續上揚之外，3G基地台的密度與頻寬也須跟上用戶數量的腳步，才能真正推動3G服務的成形。  

圖2　Altera亞太區高級市場經理羅嘉鸞說，為了滿足永不滿足的消費者，電信業者對於下一代通訊技術的投資也不會停歇，而這正是FPGA的發展契機。

Altera亞太區高級市場經理羅嘉鸞(圖2)分析，3G手機的日漸普及，也就代表了電信業者必須更審慎、同時更宏觀的看待下一代通訊技術之發展。她說，如近期在中國大陸的第三代無線通訊TD-SCDMA開始進入商用階段，加上各個設備廠商也積極研發準第四代的通訊設備，即可看出通訊業界永不停止的腳步。而FPGA由於具有高度彈性化之設計優勢，自然可在此波快速演進的潮流中搶下商機。據悉，通訊產業一向是Altera的重要利潤來源之一。

對FPGA業者來說的好消息是：現代人對各式通訊技術的需求不但讓通訊產業在此波金融風暴中受創較小，也蓄積了更多未來投資先進技術之能量。而不論是已開發國家如美國、明日之星如中國大陸，也都因為同聲看好通訊技術之重要性，而加碼投資相關領域。  

北美咬牙發展資通訊產業  

以美國為例，儘管自2007年美國爆發次級房貸風暴，再到2008年9月雷曼兄弟控股公司申請破產保護，這波讓世界各國經濟皆受到影響的金融海嘯，至今仍呈緩慢復甦的跡象，但美國總統歐巴馬在當選後很快就決定執行其政見(圖3)，強化美國資通訊產業的投資，以求帶動相關效益。諸如2009年1月發布之「透過ICT部門投資可創造新就業機會報告」，就透露將投資100億美元於寬頻網路領域。

 

資料來源：歐巴馬競選網站，資策會FIND整理(02/2009) 圖3　歐巴馬競選政見

歐巴馬團隊認為，施行全國性的寬頻網路部署計畫，不但可有效降低失業率，同時亦為未來各種先進加值服務鋪路，以實現遠距醫療、縮短數位落差、普及通識教育與強化國民競爭力等政見。  

 

圖4　賽靈思亞太區行銷與應用部門總監張宇清認為，無論是北美、中國、印度或是全球其他地區，都已陸續啟動後3G基礎建設之部署，並帶動相關商機。

賽靈思(Xilinx)亞太區行銷與應用部門總監張宇清(圖4)亦認為，通訊基礎架構的布建已是全球政府極為看重的政策方向，而發展成熟的北美，更不可能停下腳步。因此儘管北美景氣普遍不佳，政府依舊大手筆推動寬頻網路普及。張宇清說，除了北美，新興地區如中國、印度等，也都大張旗鼓發展通訊產業。  

中國大陸3G大張旗鼓  

較早起步的北美雖是全球高度發展通訊技術之所在地，但急起直追的中國大陸，其通訊實力依舊不容小覷。張宇清以今年發放的三張中國3G執照為例指出，中國政府推動TD-SCDMA不僅證實該國並未落後全球通訊技術發展，更有雄心要搶先步入4G世代。  

今年7月，中國政府啟動3G第三期與第四期之基礎建設招標，並逐步將3G基地台從一級城市向外輻射發散，粗估基地台數量將達數百台甚至上千台之譜。隨著3G基地台布建工作陸續起步，由於FPGA特別適合新問世且全面IP化之新一代通訊技術標準，因此也被張宇清與羅嘉鸞視為未來之商機所在。  

張宇清進一步解釋，包含TD-SCDMA在內之多種通訊技術，由於問世時間尚短，亦非大量普及應用，因此特別適合FPGA以高度彈性化之特性，快速滿足新興市場之所需，進而打造適合之通訊設備。  

LTE/WiMAX添柴薪  

此外，除了從地域來看，若從技術類別來看，各國政府對次世代通訊產業的投資並未手軟，次世代通訊技術也確實搶占不少目光。  

然而，儘管LTE與WiMAX兩大技術在標準、規格上還在緊鑼密鼓的籌劃與發展中，卻因為蘊含龐大的商機而被業者們視為兵家必爭之地。  

舉例來說，中國大陸在今年6月時啟動WiMAX進城計畫，並在三十三個城市推動「平安城市」計畫，將採購人民幣千億元(約新台幣5,000億元)，數十萬套的訂單數量，已經顯露了WiMAX蘊含的商機。  

而LTE生態亦已逐步成形，除全球超過十家電信營運商先後表態將在2010年推出LTE商用服務外，香港在年初時已發出三張LTE執照、易利信(Ericsson)和Telia Sonera在瑞典斯德哥爾摩啟動了全球首座LTE商用基地台，在在顯示LTE發展方興未艾。  

而不論是WiMAX或是LTE的抬頭，都有助於FPGA在先進通訊技術中搶先站穩腳步，同時引爆新一波4G商機。  

ASIC架構漸不符需求  

而為了因應通訊市場瞬息萬變的演進，以及各式通訊技術不停朝向更高階發展，FPGA的演進也極為迅速，不但朝向更高製程邁進，其他包括產品線的規畫、尺寸與功耗的要求，還有軟體環境的配合，都牽動FPGA業者在通訊產業的市占變化。  

圖5　萊迪思亞洲暨日本業務部門現場應用總監Rich Ford透露，今日ASIC與FPGA之占比已產生變化，尤其在次世代無線通訊領域更是FPGA的天下。

而原大量普及的ASIC，雖不會被FPGA完全取代，但受到成本、製程與上市時間的演進，再加上終端產品從「單一產品、大量出貨」逐漸質變為「多元產品、小量出貨」，將導致ASIC在產業中的角色逐漸黯淡。  

萊迪思(Lattice)亞洲暨日本業務部門現場應用總監Rich Ford(圖5)說，相較於其他產業，以電信業者為主的通訊產業活動力可說相當旺盛。而又因為今日的電信業者多半希冀趁此景氣低迷之際加碼投資，因此儘管多項通訊技術未臻成熟，電信業者投資力道依舊持續，更進而帶動「FPGA上、ASIC下」之趨勢。  

針對ASIC的市場發展，張宇清透露，如果以成熟穩定的市場來觀察，諸如消費性電子、家電等應用，自然是ASIC的天下。不過，由於ASIC有幾項劣勢，卻可能是FPGA得以在此出頭的機會。舉例來說，ASIC雖然出貨量大，但多半是針對單一客戶，不像FPGA的彈性設計可應用在不同的客戶群中。其次，由於固定化設計的特性，一旦市場規格或需求發生改變，ASIC即有可能遭到廢棄。  

Ford分析，雖然從總體數值來看，包含FPGA在內的PLD仍難與ASIC相比(圖6)，但若細看通訊產業，近年來陸續布建之通訊設備與基礎建設，仍有往FPGA靠攏之趨勢。也因此，Ford認為，未來此一趨勢仍將持續，並為FPGA業者帶來更多營收。

 

圖6　2008年半導體類型與產值占比

資料顯示，多年前的基地台成本約為25萬美元，而新型基地台成本可能落在1萬5千至2萬美元之間，且因為今日基地台可能須要同時支援多種標準，因此設計人員也就必須因應此需求而做好準備。  

雖然亟欲跟上這股無線通訊的採購熱潮，但運用在基地台上的ASIC數量由於難與消費性電子相比，因此成本反而居高不下，並且造成ASIC對各類基地台設備業者的吸引力不斷下降。另外，單一65奈米ASIC光罩價格約為150萬美元，而45奈米光罩價格幾達兩倍，也是讓相關業者卻步的原因。相較而言，FPGA快速演進的製程，就成為吸引客戶的一大祕密武器。  

先進製程兩面刃　成本/效能難抉擇  

從2008年5月開始，FPGA兩大龍頭Altera與賽靈思就先後推出40/45奈米製程高階FPGA晶片產品，並引起一波高階製程產品追逐戰。至今兩家業者已經推出合計超過六款先進製程產品線，也顯露業者對先進製程的後勢頗為看好。  

最早在業界推出40奈米製程產品的Altera，雖然一度被質疑是因為在65奈米階段無法和競爭對手賽靈思相提並論，因而提早進入40奈米階段。但該公司搶先發布、並於2008年12月開始提供40奈米FPGA晶片產品，確實在業界掀起一陣波瀾。該款引起業界目光的FPGA產品系列Stratix IV，乃針對通訊、廣播、測試、醫療和軍事等各類市場的客戶而問世。  

羅嘉鸞透露，在競爭激烈的環境下，各個廠商在提高系統頻寬的同時，還要維持或減小設備的尺寸，並同時考慮訊號完整性和降低功率消耗等問題。另外，儘管設備複雜度增加，但仍須要縮短產品上市時間、進而控制成本，均是不可輕忽的問題。因此，支持先進製程的業者均認為，隨著製程往前邁進，上述問題將可迎刃而解。相較於前一代65奈米的Stratix III系列，Stratix IV不僅邏輯密度增加兩倍，且可降低約50%的功率消耗。因而成為Altera下一波攻城掠地之主力。  

而繼Stratix IV GX後，Altera又再推出40奈米製程Stratix IV GT、Arria II GX系列，分別搶進最高階與低階低成本應用市場，顯見對先進製程市場勢在必得之企圖心。  

不讓Altera專美於前，賽靈思也已急起直追，除了已於2009年2月推出採用40奈米製程、針對無線/有線通訊、廣播、航太與國防等高效能應用的新一代Virtex-6系列FPGA以為因應外，亦同時推出採用45奈米之Spartan-6系列，主打消費性、汽車、監控、無線及其他成本敏感度高的市場。從產品規格來看，兩大廠不但均以40奈米為最先進製程，最高電晶體傳輸速率亦同為11Gbit/s。  

不過，還將主要製程停留在90奈米的萊迪思，對於兩大龍頭競逐先進製程倒是不表認同。Ford指出，雖然近年由日本、中國大陸為首帶動的通訊技術升級確實引領大筆訂單需求；但原先由阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)、諾基亞西門子(Nokia Siemens)與易利信(Ericsson)主導的網通設備市場，在面臨中興、華為等業者的崛起後，也同時正式進入價格戰。他認為，儘管先進製程確實有其優勢，但在成本仍與90奈米、甚至130奈米相去甚遠的前提下，實際採用40/45奈米產品的客戶仍不會太多，而先期投入成本亦可能直接轉嫁至客戶身上。  

Ford強調，與其不斷推出先進製程產品，不如針對客戶推出真正滿足需求之產品，才有實際效益。近期萊迪思推出之產品多以90奈米與130奈米為主要製程。  

進入門檻高　後進者力有未逮  

弔詭的是，儘管PLD受到通訊產業的帶動，發展後勢更是頗為看好，但卻少見新秀跟進。一般認為，由賽靈思、Altera、萊迪思與愛特(Actel)等四大業者所形成的進入障礙，是後進者難以跨入的一大主因。  

龍頭地位牢不可破  

根據2008年第一季可編程元件市場占有率(圖7)來看，賽靈思均以逾半的比例壓倒性獲得勝利。而再看2009年最新一季財報，賽靈思的營收約為3億8,100萬美元，亦大幅領先其他同業如Altera的2億7,900萬美元、萊迪思及愛特的4千餘萬美元。

 

資料來源：iSuppli 圖7　2008年第一季可編程元件市場占有率

張宇清說，如果從近30年前FPGA技術的發跡來看，最早發展此項技術之一的賽靈思毋庸置疑居於領導地位。而隨著研發資源與時俱進，賽靈思位居產業龍頭的態勢更加難以動搖。據了解，賽靈思每年均提撥年營收20%做為研發經費，而以賽靈思過去數年全年營收約15億美元計算，每年研發金額約為3億美元，而這個金額甚至遠遠超過其他同業的全年營收。張宇清認為，這也是賽靈思能獨步全球的重要關鍵。  

各有所長闢藍海  

提及FPGA的歷史發展，就不能忽略在FPGA發展30年中陸續問世的新創公司，遺憾的是，這些超過六十家的新創公司，正因為無法與先進入者相抗衡，最終皆難逃遭購併或是關閉的悲慘命運，如Ambric及Mathstar都是前例。  

Ford透露，上述六十餘家業者最終以失敗告終的最大原因，除了資金難以與先行者相抗衡之外，就是難以跳脫既有業者的產品框架。Ford進一步解釋，在強弱不均的環境下，相對小型的業者早已習得見縫插針的真諦，不論是瞄準競爭對手不符成本效益的領域下手；或是推出完全不同的設計架構，才有可能在市場夾縫中存活。也因為相關領域多已被陸續開發，後進者要再找到新藍海的機會，幾乎微乎其微。  

以目前產品規畫來說，從賽靈思與Altera競逐40/45奈米先進製程可以看出，兩者多瞄準高階市場。而萊迪思在2008年9月組織重整後，即以中、低階產品為主流，同時力求低價。而與萊迪思互爭市占第三多年的愛特，則以快閃記憶體(Flash)架構與競爭對手區隔。  

至於快輯(QuickLogic)也因為不願在競爭激烈的FPGA產業打轉，已在2008年時改以客戶特定標準產品(Customer Specific Standard Product, CSSP)為產品主力，期盼將客戶的需求結合該公司的平台，提供快速的產品設計與出貨。該公司宣稱，以往使用ASIC可能要數個月才能達成的工作，使用CSSP只要數分鐘就能完成。  

值得一提的是，雖然FPGA產業難見新進業者加入，但近期仍偶有業者挑戰此領域。如創立於2005年的矽藍半導體(SiliconBlue)，就專門瞄準FPGA在手持裝置上的發展。這家新創公司的高階經理人，幾乎全數擁有在賽靈思、Altera、萊迪思等公司工作的經歷，而該公司策略營銷副總裁John Birkner更是快輯的創始人之一。  

矽藍半導體是首家推出以台積電65奈米低功耗(Low Power, LP)製程技術結合低功率、非易失性配置存儲器(NCVM)及標準SRAM技術的FPGA廠商。Birkner透露，該公司將以手持式裝置為主要營運方向。這家產業新兵能否在FPGA業界打下一片江山，值得觀察。  

另一家公司成立甫滿兩年的生力軍Achronix，也是業界關注的目標之一。這家獲得8,600萬美元資金挹注的業者，已經在2008年12月推出號稱是全球速度最快的FPGA產品，並運用該公司專有的非同步技術達到1.5GHz的峰值吞吐量。  

Achronix總裁兼首席執行官John Lofton Holt表示，該公司的最初目標市場為電信、網路、數位訊號處理、測試與測量、高性能運算和安全/加密等領域，但不打算和賽靈思或Altera進行直接競爭。  

從FPGA各家業者的動態可以看出，隨著3G日益普及，不但既有業者必須不斷推陳出新，新進業者則須後發先至，才有生存空間。

更新日期:2008/08/24 16:20 記者戎鵬丞/台北報導

科技界一年一度的盛事英特爾科技論壇 (Intel Developer Forum)19日於舊金山登場，由於英特爾是WiMAX的主要推動者，董事長貝瑞特 (Craig Barrett)也再次強調其發展潛力大。市場看好在新興市場積極投入下，從今年第四季開始，WiMAX題材將可望逐漸增溫。

 

英特爾大力支持自家的WiMAX技術，其成果也逐步展現，貝瑞特就在開幕式上強調，WiMAX是非常經濟的無線通訊方式，未來三到四年全球會有上億人使用。而根據拓樸產業研究所的統計，全球WiMAX用戶數將逐年增加，從2008年的1104 萬戶，但2012年全球用戶數將達到1.3億戶。

 

而用戶數的增加，直接反應的就是對於用戶端接收設備（CPE）的需求，而這正是台灣網通廠商著墨最多的地方，也是最大的商機來源，根據拓樸產業研究所的預估，今年的全球WiMAX CPE的產值將達到1.74億美元，年增率高達151.21%，而到了2011年的產值更將擴大到3.65億美元。

 

法人指出，目前來看台灣業者在WiMAX佈局較為積極的包括正文 (4906)、合勤 (2391)、智邦 (2345)旗下的鈺程科技和東訊 (2314)等，其他如友訊 (2332)、建漢 (3062)等也有投入，但占營收貢獻度仍低。

 

其中正文今年WiMAX比重可望達到10-15%之間，是網通業者中營收貢獻度最高的業者，法人指出，正文在16d固定式及16e移動式產品機皆有佈局，前者從去年就開始出貨，後者今年也開始陸續出貨，包括九月開始將出貨到美國。

 

至於合勤，法人則預估WiMAX占營收比重約5-10%之間，而且除了CPE以外，公司也積極投入基地台 (BS)的技術研發，包括和工研院合作如何在高速鐵路上進行訊號傳輸等，顯示出合勤對於技術上的企圖。

 

法人強調，下半年包括巴西、印度、韓國和俄羅斯等都將會積極佈建基地台，但還有更重要的觀察指標就是美國本身，尤其是Sprint Nextel與Clearwire何時投入商轉，是十分重要的觀察指標，畢竟這後面還包括英特爾和Google等富爸爸的大力支持。此外，WiMAX何時會真正納入英特爾的處理器平台上，也是另外一個觀察重點。

 

新通訊 2008 年 8 月號 90 期文．蔡金源全球衛星定位系統(GPS)的應用愈來愈普及，如個人導航裝置(PND)就已是3C賣場中的熱門產品，而愈來愈多手機也開始將GPS功能納入其中，希望能提供個人用戶多樣的定位服務(Location-based Service, LBS)。不過，為了提供更好的使用經驗，今日的GPS設備仍得在縮短首次定位時間(TTFF)、準確性(Accuracy)和靈敏度(Sensitivity)上下功夫。其中，輔助式GPS(Assisted GPS, A-GPS)，即是在此一市場訴求下而備受重視。A-GPS最早的發展背景是來自於美國聯邦通訊傳播委員會(FCC)所制定的E911政策，要求美國境內手機均須具備即時定位功能，以在緊急時刻發揮定位尋人的用途。A-GPS是可協助達成此目標的技術之一，其他技術還包括微細胞識別碼(Cell-ID)、時差抵達(Time Difference of Arrival, TDoA)、加強觀察時間差(Enhanced Observed Time Difference, E-OTD)、角度到達時間(Angle of Arrival, AOA)及混合式的技術等。然而，隨著GPS走向消費性，加上A-GPS又有助縮短TTFF，因而從政策驅動轉變為市場驅動的明星技術。   

A-GPS大幅縮短TTFF　準確衛星時間扮要角 

要建置A-GPS技術，必須先從衛星訊號接收的基本原理開始認識。在沒有輔助訊號的自主定位(Autonomous Positioning)模式下，GPS接收器必須從天空中完整接收到四顆以上的衛星訊號，才能順利解出終端用戶所在的三度空間位置。這個過程包括三個階段：衛星搜尋(Acquisition)與訊號下載、追蹤(Tracking)和導航(Navigation)，又以第一階段最耗時間。   

在前面幾期新通訊元件雜誌專欄中已經介紹過衛星訊號的組成，在此就不再贅述。衛星訊號的每個訊框，提供衛星的星期時間(Time of Week, TOW)、廣播星曆(Broadcast Ephemeris)、電離層參數及萬年曆(Almanac)等資料，這些資料的取得決定了定位所需的時間與準確性。其中廣播星曆為個別衛星本身的精確軌道位置，每小時更新一次，每次更新有效性約4小時；萬年曆則為所有衛星在軌道上的概略位置及其狀況等，每天更新一次，有效時間可達數週。   

要完成定位，關鍵資料是衛星訊框中的前三個子訊框，即廣播星曆和星期時間、時間改正係數等，完整下載至少需要18秒鐘。然而，當用戶處於建築物林立的街道中、騎樓下，甚至是室內環境中，由於訊號接收條件差，只要有一些訊號未被完整的下載，就得再重複30秒的訊框下載。衛星訊息組成及接收所需時間請參考圖1。

 

圖1　衛星訊息組成及接收所需時間

 

因此，雖然同樣是A-GPS，但提供準確衛星時間(Precise GPS Time)或粗略衛星時間(Coarse GPS Time)，對定位速度影響差異甚大(圖2)。當GPS接收器預先獲得廣播星曆和同步準確性小於400微秒的準確GPS時間，此時將可得到最佳定位速度，如冷啟動TTFF只需4秒。這是因為兩項資料讓待搜尋頻率和訊號延遲視窗(Window of Code Delay)範圍變小；此外，準確的GPS時間能夠用來計算衛星位置，而且可跳過對TOW的求解。 

 

圖2　透過輔助資料有助於加速定位，額外的同步訊號能進一步縮短定位時間。

 

一旦衛星時間不夠準確，就無法有效預估訊號延遲視窗，若要達到與具有準確時間相同的表現，將需要500倍的搜尋資源。此外，因為衛星速度達每秒800公里，太快的速度也無法求得精確的衛星位置，將和自主式模式一樣必須求解TOW，這會造成定位時間拉長至6秒，在弱訊號下更無法解碼。雖然還有另一個方式是求解衛星時間，不過這需要多一顆衛星的資料，也就是五顆衛星才能進行定位。 在了解A-GPS的原理與優勢後，接著來談談A-GPS的建置方法。要取得衛星定位輔助資料有兩種方式，一是即時性的透過GSM、GPRS、CDMA或UMTS等行動通訊系統來取得，也就是連線式A-GPS(Online A-GPS)；另一種是採離線(Offline)，也就是依使用者的方便，透過行動網路或直接由網際網路預先下載衛星資料，當需要時就能做為輔助定位之用。   

連線式A-GPS提供即時資訊   

由於衛星的軌道資料會定時更新，因此理想上最好能夠即時獲得最新的輔助資料，這就得採用連線式A-GPS模式。不過，既然是連線方式，其獲取資料的速度就會受到行動網路速率的影響，這是較不可控的因素。CDMA和GSM/GPRS的協定中都定義出A-GPS手機的最低運作效能標準：CDMA的標準定義在3GPP2 C.S0036-0(TIA 916)，GSM/GPRS則是3GPP TS 25.171。其中CDMA要求最大的反應時間，即最長的TTFF是在16秒之內，GSM則是20秒。目前各家的解決方案都致力於滿足這項要求。   

當支援A-GPS的終端啟動時，它會同時接收來自天空中的衛星訊號，並從行動網路的基地台獲取輔助資料，這些資料並不儲存在GPS接收器或系統的記憶體中，而且每次啟動連結時，資料都會更新。在終端與基地台的連結介面上，A-GPS的發展可分為政策導向和市場導向，其中政策導向的語音緊急服務因需要高可靠性的定位功能，因此產生了控制平面(Control Plane)架構；市場導向的LBS或導航應用，強調透過無線資料傳輸來達成的定位應用服務，因此產生了用戶平面(User Plane)架構。   

控制平面和用戶平面的差異在於，前者是專為緊急救援而設計，目的是要讓手機能提供隨時隨地的定位功能，因而不允許其他應用優先於此需求，例如為了強化GPS接收器的靈敏度而優先進行戶外的定位；相較之下，用戶平面被使用在非緊急的應用上，其目的是要縮短TTFF的時間及提升定位的準確性。進一步解釋如下：

‧

控制平面

A-GPS只是定位技術之控制平面標準的一種，其他還包括基於CDMA通訊技術的進階前向鏈路三角定位(Advanced Forward Link Trilateration, AFLT)、WCDMA的觀察到達時間差(Observed Time Difference of Arrival, OTDOA)和GSM的強化到達時間差(E-OTD)等。因此，控制平面中的終端設備(Mobile Station, MS)可以是本身具有GPS接收器的手機，也可以是普通手機；通訊架構中各個單元的功能基本上維持不變，但為了支援位置服務，必須新增閘道伺服器(Gateway Server)、定位伺服器(Positioning Server)和定位業務(Location Services, LCS)終端。控制平面標準與架構定義如表1。 表1　控制平面標準與架構定義 空中介面 定位技術 定位伺服器 閘道伺服器 CDMA(IS-95) IS-801 PDSS PDE MPC WCDMA TS 25.331 RRC (Radio Resource Control) SAS GMLC GSM TS 04.31 RRLP (Radio Resource LCS Protocol) SMLC GMLC 不同行動系統針對定位輔助功能定義出不同的介面規格，其中GSM/GPRS是無線資源定位協議(RRLP)，UMTS/WCDMA是無線資源控制(RRC)，CDMA則是IS-801A。除了介面規格不同外，不同的系統服務商往往會建立屬於自己的控制平面運作系統，此舉雖然能保證較佳的服務品質，但建置成本極高，用戶也得受限於系統服務商。目前美國的CDMA系統已使用於E911，而GSM業者在進行3G建置時也開始加入相關架構。

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用戶平面

用戶平面主要以TCP/IP做為資料傳送方式，目前包括CDMA、3GPP2和OMA都制定出用戶平面的標準，其中OMA制定的安全用戶平面位址(Secure User Plane Location, SUPL)獲得業者普遍的支援。用戶平面標準與架構定義如表2。SUPL透過將RRC、RRLP等訊息包裹為一致性的規格後再發送出去。其定位的運算通常也在用戶端(MS-based)，能減少網路成本及維護管理上的需求；若是主要運算端為網路伺服器，則稱為MS-assisted。 表2　用戶平面標準與架構定義 組織 User Plane標準 定位技術標準 定位伺服器 閘道伺服器 CDMA V1/V2(CDG) IS-801 PDSS PDE MPC 3GPP2(CDMA-2000) X.S0024 IS-801 PDSS PDE PS OMA SUPL IS-801 PDSS TS 04.31 RRLP TS 25.331 RRC SPC SLC 在建置上，用戶平面較控制平面來得容易施行，用戶平面提供的位置服務相關訊號包括定位等級(Positioning Level)和服務等級(Service Level)兩類，它使用控制平面定位技術的相關協定，基本上功能相當，差別在於以TCP/IP的方式傳送，而優勢在於通用性高，系統建置成本較低，也不必受到GSM、CDMA、WCDMA不同系統的限制，因此有助於A-GPS在手機等行動設備中的推行。

離線式A-GPS不受服務品質影響連線效率   

由於連線式容易因行動通訊商的服務品質及用戶所在位置而影響連線效率，而且會受限於行動通訊商的管理，因此發展出離線模式。採用離線式A-GPS，用戶只須在外出定位前，先透過行動網路或網際網路從伺服器端中取得輔助資料，下載後即可中斷連線。當啟動GPS功能，這些資料就會用來協助定位，同樣能加速定位所需的時間。離線式A-GPS服務架構如圖3。

 

圖3　離線式A-GPS服務架構示意圖

  

圖4　透過差分萬年曆修正資料來提升軌道預測的準確度

 連線/離線可並行　A-GPS效能加倍   

具備GPS功能的終端設備要支援A-GPS並不困難，若要採用連線式，則須考慮是採用MS-based或MS-assisted模式，也就是定位運算的主體在終端或伺服端。MS-based較為單純，在取得網路輔助資料後，就回到獨立運算的狀態，但對終端系統的運算資源要求較高；MS-assisted則較為複雜，終端器將接收到的衛星訊號資料傳送給網路伺服器，由伺服器計算出結果後再將位置資訊送回給終端器，此舉雖能降低終端器的運算負荷，而且能進行較複雜的運算以取得更精確的位置，但對於連線品質要求甚高，一旦在過程中失聯就會失去定位結果。  

在記憶體需求方面，連線式只需一些即時的資料，對於記憶體容量的要求極低，每次下載的檔案大小只有1～3KB；離線式的記憶體需求量也不大，下載1天的衛星預測資料，大約只需要10KB，14天的預測資料量則約為90KB。這些資料通常儲存於非揮發性的快閃可擦除可程式唯讀存儲器(Flash EPROM)中，而依系統架構的不同，有的GPS接收器會配置記憶體，可以直接溝通；另一種架構則是使用主處理器的記憶體來儲存，可節省記憶體的成本與占用空間(圖5)。

 

圖5　GPS接收器透過主處理器取得儲存資料的運作架構

 

對於GPS市場的既有業者來說，手機開始內建GPS功能無疑是一大利多，這意味著整個市場將大幅擴展開來。不過，手機的GPS應用與PND大為不同，訴求目標已從車載導航轉移到個人用途，因此須要在更多樣的使用環境下獲得快速的定位服務，而A-GPS就成了不可或缺的一項實現技術。   

(本文作者任職於u-blox)

A-GPS是透過其他網路來即時或預先提供這些衛星資料，以加速定位計算時間。欲求得GPS用戶的位置，必須量測出四顆衛星與終端器之距離，這可以從訊號傳輸時間乘以光速來求得，而傳輸時間就必須計算TOW。衛星導航定位系統測距的基礎是測時，而定軌和定位的前提是各觀測量的時間同步(Time Synchronization)，故時間同步正是衛星導航定位的關鍵。   

新通訊 2008 年 8 月號 90 期文．徐子明/戴鴻鈞/曾煥智光纖市場儘管經歷一波大動盪，不過在東北亞國家帶動、晶片與設備價格持續探底之下，整體市場頗有回溫之勢，可望帶來龐大商機。國內在中華電信力拱、各類製造商競相投入之下，如何掌握這波商機，將是國內業者能否成功轉型的重要關鍵。雖然由於2001年底，全球網路泡沫化讓國內外各家光通訊廠商相繼退出市場或者購併，光通訊產業一度蕭條。但日本政府持續積極主導該國高速網路之建設，並自2002年開始，由主要業者NTT推出光纖到府(FTTH)服務，讓日本民眾享受高速寬頻網路之便利。亞洲其他國家也積極跟進，如韓國、台灣、新加坡皆相繼鋪設FTTH；中國大陸也因為2008年即將舉辦奧運，當地主要電信業者積極在北京等大城市建置光纖網路。而北美及歐洲等地區近幾年也都加速投入FTTx的建設，讓光通訊產業再次展現生機。   

光通訊產業角色各異   

FTTx是這幾年各國電信業者主推的光纖舖設方式，其相關設備、零組件、光通訊元件、光纖都跟過去有所不同，亦代表有許多商機，因此有許多廠商相繼投入其中，以下將探討整個光通訊產業的供應鏈，及台灣與全球廠商之間的連結關係。   

電信業者主導光通訊產業   

全球光通訊產業供應鏈活動主要是以晶片廠、設備廠、代工廠、零件廠及電信廠商之間的供貨模式及商業活動為主(圖1)。

 

資料來源：資策會MIC(02/2008) 圖1　光通訊供應鏈模式

 晶片業者成降價最大推手   

不過，在FTTx布建初期，晶片廠主導整個技術規格能力強且議價能力高，可影響電信業者標案規格。但當標準底定時，技術成熟且市場起飛，電信業者客製化的需求提高，便會主導整個採購規格。   

為了加強產業鏈的合作，全球光線路終端(OLT)與光纖網路終端(ONU)設備廠商、電信服務業者以及晶片商均積極參與FTTx標準制定單位與聯盟，定期舉辦FTTx設備相容性測試，並因此修正技術規格與增加應用，爭取彼此合作機會，整體合作極為密切。 
 

近期另一個明顯的趨勢是，隨著設備價格持續走低，ONU/ONT品牌設備商也逐漸將ONT代工訂單轉往中國與台灣等地，不過設備廠商與特定晶片廠商多有配對關係，設備廠商之代工訂單以OEM為主，OEM代工廠商則只賺組裝的錢。   

在被動光纖網路(PON)晶片廠商部分，目前乙太網路被動光纖網路(EPON)的晶片廠商包括PMC-Sierra、Teknovus、Centillium、Cortina等，由於業者競爭激烈，晶片價格在相互競爭下持續探底，有利於設備廠商製造成本降低並鼓勵電信業者進行EPON之建置；反之，超高速被動光纖網路(GPON)因目前市場規模不大，晶片價格偏高，影響GPON之OLT與ONU/OLT價格，阻礙電信業者大舉布建之意願。   

光收發器成本比重大   

另外，由於光通訊的主要元件為光收發器，其市場動態也同樣動見觀瞻。其供應鏈情形為電信業者招標合適的設備廠商，再由設備廠商各自找相關元件廠商合作。   

值得一提的是，光收發器的成本幾占ONU總成本之一半，故光收發器為ONU最關鍵之元件。而GPON之光收發器的成本又比EPON之光收發器成本高，因此使用GPON技術布建FTTx成本較高。總而言之，若要使GPON成本持續往下降，首先必須讓光收發器的成本下降才有可能。   

不論是EPON或是GPON，其分波多工器(Wavelength Division Multiplexer, WDM)所占成本不但最高，且目前技術皆掌握在大廠手中，如思科(Cisco)、MRV、Tellabs、阿爾卡特-朗訊(Alcatel-Lucent)、西門子(Siemens)、富士通(Fujitsu)等。若這些大廠不將此技術釋放給代工廠，則ONU及OLT的價格難以大幅下降。   

全球光纖市場回溫   

光通訊產業自2000年起，因光通訊元件單價過高、設備廠及元件廠過度投資，致使整個產業大崩盤，從電信業者與網路服務業者(ISP)、光通訊設備廠商到光通訊元件廠商都受影響，連帶也影響台灣光通訊產業。而日本自2004年開始布建FTTx的帶動下，使得台灣光通訊元件廠及代工廠出現產業回溫之機會，在各領域中都有不少成績。   

國內業者訂單大增   

FTTx的ONU及OLT中多由光分歧器進行串接，故在FTTx建置上的需求量也相當可觀。目前台灣在研發製造光分歧器的主要廠商為上詮光纖、波若威科技、科毅光電等。   

而因各國電信業者持續布建FTTx，EPON或GPON之ONU需求量大增，也讓不少台灣廠商得到許多代工機會。目前台灣ONU的原始設備製造商廠商為台聯電訊、合勤科技、明泰科技、友勁科技、鴻海精密等。其他光通訊設備國內廠商如表1。

表1　台灣光通訊設備介紹與供應廠商
光通訊設備	品項	功用	廠商
	光分歧器	光分歧器為減少網路機房及設備維護的成本更節省了大量光纜資源等建置成本	上詮光纖、波若威科技、科毅光電
	PON之OLT	光纖線路終端設備(OLT)上的各項服務透過一根光纖經過光分歧器，將下行的光信號分成多路廣播給每一個ONU	台聯電訊、合勤科技、仲琦科技、明泰科技
	PON之ONU/ONT	每個ONU上行的信號則逆向通過光耦合器合成在一根光纖多工傳送給OLT	友勁科技、台達電、合勤科技、仲琦科技、明泰科技、亞旭電腦、展達通訊、康全電訊、智邦科技、鴻海精密

資料來源：資策會MIC整理(12/2007)   

台灣網通大廠亞旭電腦、明泰科技、友勁科技、合勤科技過去多為數位用戶迴路(DSL)設備廠商，但認知FTTx為未來寬頻布建之主流，因此也跨進FTTx產業中，透過與晶片廠的合作，爭取到不少OEM訂單的機會，不過也因為台灣網通廠商對未來高速寬頻的發展還不明確，故同時跨足DSL及PON設備，以因應未來之發展。相關供應鏈關係圖如圖2。

 

資料來源：資策會MIC(02/2008) 圖2　晶片廠、設備廠與台灣廠商之供應鏈活動關係圖

 

自有品牌製造商(OBM)則直接跟電信業者談標案，和設備廠的地位相當。如台聯電訊與Cortina合作，開發出OLT產品，直接和與歐洲電信業者洽談標案就是一例。   

在原始設計製造商部分，廠商為品牌或服務業者代工，但軟硬體多採自行設計，挑好晶片及軟硬體，爭取電信業者的標案。如展達通訊為GPON之ONU的ODM廠商，透過與晶片廠商博徠(BroadLight)合作開發出ONU。ONU大部分由展達通訊自己設計，但其中內部有些模組元件則由代工客戶指定。   

中華電領軍台灣光通訊市場   

在國內，光通訊市場規模主要取決於中華電信為首之固網業者布建進度。如中華電信預計將以5年新台幣600億元建置次世代網路(NGN)核心與骨幹網路建設，全面進行網路光纖化，以實現光纖到府服務。再配合網路電視(IPTV)推出多媒體隨選視訊(MOD)與高畫質電視(HDTV)節目，讓消費者享受快速的上傳/下載傳輸服務。從這些動作已可看出，中華電信對光通訊網路的企圖心。   

中華電信透露，2007年底前光纖用戶數已達五十萬戶，2010年則可達兩百四十萬戶，將占中華電信現有寬頻用戶的二分之一；此外，台灣其他固網業者以及有線電視業者也已計畫或者小規模推動FTTx服務。根據資策會MIC執行之經濟部ITIS計畫統計分析顯示，預估至2010年，台灣FTTx用戶數將成長至兩百八十二萬戶(圖3)。

 

資料來源：中華電信，資策會MIC整理(02/2008) 圖3　台灣FTTx用戶數成長預測圖

 

不過，從圖4可看出xDSL仍為台灣有線寬頻接取裝置的主流，占比超過85%，用戶數逾四百萬戶，而FTTx接取方式的用戶數不過二十六萬戶，顯見仍有極大成長空間。

 

資料來源：電信總局，資策會MIC整理(02/2008) 圖4　2007年第二季台灣固網寬頻用戶比重示意圖

  

資料來源：各公司，資策會MIC整理(02/2008) 圖5　2002～2008年FTTH平均每戶布建成本

 

再看光收發器之產量產值，雖然目前全球80%的FTTH市場仍集中在日本，FTTH之設備需求更以日本設備商供應為主，但是其中所需的光通訊元件，例如光收發模組，其實多委外由台灣或中國大陸生產。而由於台灣光收發器廠商與日本客戶擁有多年的合作關係，日本對於台灣光收發器產品的品質與價格，甚至技術提升速度的能量皆相當信賴，包括前鼎光電、台達電等業者，均通過日本設備商日立(Hitachi)、富士通、三菱(Mitsubishi)、恩益禧、住友等廠商之產品認證而取得長期合作關係。未來日本設備商在全球各地開拓市場時，台灣光收發器廠商或許可藉此獲取更多商機。   

舉例來說，晶片廠商PMC-Sierra由於與光收發器廠商台達電、前鼎光電在技術上相容，因此透過合作的方式出貨至日本設備廠商，預估台灣在近兩年每年平均被動光纖網路光收發器的產量為一百五十萬個，產值約為3,200萬美元，約占全球PON光收發器的一成左右，也因此帶動台灣整個光收發器上、中、下游許多商機。   

設備價格左右市場規模   

目前有許多設備廠商投入這塊市場，包括三菱、住友、富士通、DASAN Networks、Corecess、Dongwon、烽火通信與傲信通訊等，加上晶片廠商也同樣躍躍欲試，如PMC-Sierra、Teknovus、Centillium及Cortina投入在EPON領域，在相互競爭下，使得相關設備之價格不斷地下降，也帶動建置成本下降，因此許多亞洲國家的電信業者皆選擇以EPON技術布建FTTx。日本尤其積極，該國以EPON技術大量建置FTTx，因此FTTx用戶數占全球80%，其他鄰近國家如韓國及台灣也相繼投入EPON之建置，刺激EPON設備市場商機持續成長。   

而目前投入GPON領域的設備商則包括阿爾卡特-朗訊、Tellabs與摩托羅拉(Motorola)等，晶片廠商包括博徠、飛思卡爾(Freescale)等。相對於EPON，GPON競爭廠商既少，又加上儘管擁有較高的傳送速率與更佳之服務品質(QoS)，但因建置成本高，許多電信業者還不敢貿然投入，因而影響GPON市場成長速度。目前仍看各國之大型電信業者如Verizon、AT&T、英國電信(BT)、法國電信(France Telecom)、Telefonica等之規畫以為抉擇。   

地區差異導致客製化需求漸高   

亞洲地區的電信業者如NTT、KDDI、KT、中華電信、中國電信等主要以EPON技術布建FTTx；北美及歐洲地區的電信業者，如Verizon、AT&T、法國電信、Telecom Austria主要以GPON技術布建FTTx。而因電信業者選擇技術的不同，也連帶影響整個設備供應鏈體系的重大差異。   

在FTTx初期布建時，晶片廠主導規格能力強且議價能力高，因此電信業者大多會採納晶片廠商的規格建議，而OBM/ODM廠商則配合一些中小型電信業者做客製化服務。   

但當標準底定、FTTx大量布建、技術成熟且市場起飛時，電信業者客製化的需求提高，並推動更多專屬之寬頻應用服務，便會主導整個採購規格，對設備與晶片廠商而言，擁有多樣化產品以及持續的軟體研發投入以滿足電信業者之需求，將是勝負的關鍵因素。   

政府支援將提升國內光通訊競爭力   

2004年各國電信業者相繼布建FTTx，直接帶動光纖設備包括ONU及OLT、光通訊元件包括光收發器、光分歧器、光放大器、光耦合器、光開關、光連接器等零組件之升溫。而其中光收發器由於成本占比高，因此有許多台灣廠商投入光收發器產品，光收發器之供應鏈體系完整。   

不過，隨著光收發器已步入標準化，台廠直接面臨來自中國廠商的競爭，如飛通、WTD、遭MRV購併的Fiberxon等，都動作頻頻。而光收發器裡的關鍵零組件，包括WDM、雷射二極體(LD)、驅動IC(Driver IC)的關鍵技術卻大都掌握在國際大廠手中，因此須透過與國際大廠的合作並取得設備廠及晶片廠的品質認證及採用，如台達電取得三菱及富士通的認證，且能供給特殊需求的產品，方可爭取許多訂單機會。   

此外，台灣廠商光通訊供應鏈體系完整，上游零組件與中游設備製造具有技術、品管與成本等優勢，不過台灣光通訊廠商規模較小，單打獨鬥力量有限，除需要政府資金與技術支援外，台廠之間若能有效進行垂直與水平整合也將創造出有別以往的優勢，以爭取未來幾年全球大型電信業者陸續宣布之FTTx布建計畫訂單。   

(本文作者為資策會MIC產業分析師)

在整個產業活動中，首先會由與客戶最接近的電信業者預估其未來FTTx用戶多少，制定採購計畫與規格，進而帶動整個光通訊產業活動。電信業者在提出採購規格(RFP)之後，再由設備廠與晶片廠、原始設備製造商(OEM)廠商及元件廠商合作，開發出建置FTTx所需之相關設備。因此，要說電信業者為整個光通訊產業供應鏈中主導者也毫不為過。