第四章 網路通訊技術的創新過程
第二節 廣域網路
一、 有線寬頻網路
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第二節 廣域網路
廣域網路(Wide Area Network,WAN)也就是一般所謂的寬頻網路，存取的方式也可分為 有線及無線，有線就是所謂的固網;無線則為一般的行動寬頻。目前固網存取在技術上，目 前寬頻存取最主要的為以銅線(雙絞線)為主的ADSL、VDSL、以及以光纖為主的EPON、
GPON，無線則為3G/4G，如下圖所示。
圖 4-11 寬頻存取方式 資料來源:中華電信
一、 有線寬頻網路
有線廣域網路有時也習慣稱為有線寬頻也就是所謂的固網。在技術上，目前最主要的 技術為以銅線(雙絞線)為主的ADSL、 VDSL、以及以光纖為主的EPON、GPON。
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AT&T 發布了第一個商業化modem, Bell 103. 使用兩個音調錶示1和0的移頻鍵控技術，Bell 103已經能夠實作300 bit/s的傳輸速度。隨後傳輸速度幾乎都已兩倍速的速度成長，從較為 大家熟悉的14400bps、28800bps、33600bps，到了1990年晚期，已發展到56000pbs, 此時也 來到了用窄頻傳輸的極限。由於使用窄頻傳輸不僅速度慢，且在上網時，並不能同時講電 話,因而促成了新的技術的需求及興貣。為了有效提升速度，並讓用戶可以一邊上網，一邊可以使用電話。於是，使用寬頻上 網的技術被發展了出來，所謂寬頻寬頻網路簡單地說就是利用網路的壓縮及數位技術，將 現有的網路傳輸效能及資料傳送的能力提升。ADSL可說是通訊技術裡的一大突破，它終 結了窄頻56Kbps，邁向下載可比56Kbps快100倍以上的寬頻世界。
ADSL的全名為Asymmetric Digital Subscriber Line，中文將它將翻作非對稱數位用戶迴 路，因為上行（從用戶到電信服務提供商方向，如上傳動作）和下行（從電信服務提供商 到用戶的方向，如下載動作）頻寬不對稱，因此稱為非對稱數位用戶線路。它採用分頻復 用(Discrete Multi Tone, DMT)技術將數據資料在現行傳統電話線約1.1MHz的頻帶中傳輸。
傳統電話語音的傳輸，只佔去了0-4KHz，而ADSL便是利用其餘的頻帶28KHz~1.1MHz，來 傳送數位數據資料。其中，下行數據資料由位於較高頻的頻帶傳送，上行數據資料則是由 較低的頻帶傳送,等於把普通的電話線分成了電話、上行和下行三個相對獨立的通道，從而 避免了相互之間的干擾。
1999年6月發佈ITU-T發佈了第一代ADSL標準ITU-T G.992.1(G.dmt)、G.992.2(G.1ite)，
其標準要求支持下行最高8Mbps、上行1Mbps速率。此後在實際應用中對其傳輸性能、抗線
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路損傷和射頻干擾能力、線路診斷、運行維護等許多方 面提出了改進的要求，2002年5月 ITU-T通過了新一代ADSL標準，包括ADSL2(G.992.3)和無分離器ADSL2(G.992.4)，ADSL2 標準要求支持下行最高 12Mbps、上行1Mbps速率。而2003年1月通過的ADSL2+(G.992.5) 標準在ADSL2的基礎上又進行了擴展，通過增加下行頻譜的方式提高了子載波數的 數 目。其可支持的下行速率可達24Mbps，而上行速率可達1Mbps。
在ADSL發展的同時，還有另一技術－VDSL也差不多的時間發展出來。VDSL的全名 為Very High Data Rate DSL，中文翻為超高速數位用戶迴路，是目前速度最快的xDSL技術，
可進行雙向等速的對稱式傳輸。VDSL與ADSL一樣，是以銅質電話線傳輸的xDSL寬頻解 決方案家族成員，VDSL傳輸速度較ADSL來得高，但其在高速傳輸下, 有效傳輸距離只有 幾百公尺。ADSL傳輸速度較低，但其傳輸距離較遠(約可達6公里)，形成在速率與距離兩 者間取捨。故兩者在應用上，可說是又是競爭又是互補。
最早的VDSL（G.993.1）標準是在2001年11月由ITU正式通過。其傳輸速度上行下行為 52M/3Mbps或對稱式傳輸情況下13Mbps）。VDSL2標準的最先討論始於2003年10月
ITU-TSG15全會。2004年5月，新加坡會議VDSL2標準項目正式啟動，經過短短一年時間，
在 2005年5月ITU-TSG15全會上通過了VDSL2（G.993.2）標準徵求意見稿，並於2006年2 月ITU-T會議上獲得正式通過。VDSL2(ITU G.993.2標準)的技術，其可在300公尺內，達到 最高100Mbps的超高速上下行傳輸，並且允許在約1.5公里範圍內穩定達到20M以上的高速 傳輸速率。
在第一代VDSL（G.993.1-2004）和ADSL2(G.992.3)基礎上形成的VDSL2標準將調變方式 統一為DMT，其最高截止頻率從 12MHz擴展到30MHz，雙向最大速率可達200Mbit/s。
G.993.2標準要求VDSL2在0.4mm線徑銅纜情況下，可在1829m距離範 圍內實現雙向可靠傳 輸。
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VDSL2（G.993.2）將線路編碼方式強制統一為DMT，徹底擯棄了QAM調變技術，使 其可以與ADSL相容，從調變技術上實現了與ADSL、ADSL2+的統一，為VDSL2互聯互通 和後向兼容奠定了堅實基礎。
由於VDSL有效傳輸距離較ADSL來得短，故通常頇配合光纖數位電路。而FTTH（光 纖到府）的建置成本不斐，帄均每戶約2000美金；再加上多是新蓋大樓才有機會，因此目 前市場上主要的光纖網路服務，都是將光纖從機房端鋪到光纖交接箱，再利用VDSL拉銅 線到大樓用戶的電信室，走銅線到用戶(中華電信)。也就是說EPON/GPON＋VDSL2將是 VDSL2的主要應用模式。
也差不多在這以銅線傳輸的時代，使用光纖傳輸一直就在考量之內，只是技術尚待突 破。光纖傳輸的優點包括傳輸容量大，抗雜訊、高保密性和支援遠距離傳輸，最早的光纖 傳輸是使用點對點技術（point –to-point,P2P），但其佈建成本與一般早已鋪設完成的銅線比 較貣來，成本高了許多。然而，為了因應未來更複雜的多媒體需求，各國無不將光纖定為 次世代網路(Next Generation Network, NGN建設的標準。在許多業者的努力下，較低成本的 光纖傳輸技術開發了出來，也就是被動光纖網路（Passive Optical Network，PON），其特色 為不用電源就可以完成訊號處理，並且能夠大量節省主幹光纖和局端設備光接口、高密集 用戶區域成本低、標準化程度高、業務透明性較好、網絡配置靈活、綜合優勢明顯，已是 未來光纖寬頻上網的主要技術選擇。被動光纖網路主要可分為以IEEE 802.3ah規格為基礎 的EPON（Ethernet PON）和以ITU G.984.2為基礎的GPON（Gigabit PON）兩大標準。
PON的架構包括局端設備的光線路終端 (Optical Line Terminal;OLT)、用戶終端設備為 光網路單元(Optical Network Unit, ONU)或光網路終端(Optical Network Terminal; ONT)。
PON為點對多點形式拓樸方式(Point to Multi-Point; P2MP)，如下圖所示。只要一個光纖模 組,再用光分歧器(Optical Splitter)將光分成多路送往用戶端(目前最常見為16或32路)。與點 對點的方式比較來，優點是光纖使用量較少，節省建置維護的成本。
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圖 4-12 PON 架構圖
資料來源: http://www.eetimes.com
EPON的標準化工作主要由電機電子工程師學會 (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)的802.3ah即EFM（Ethernet in the First Mile工作小組來完成，其可以提供 1Gbps下載頻寬。其制定EPON標準的基本原則是盡量在802.3(乙太網路)體系結構內進行 EPON的標準化工作，工作重點放在EPON的 MAC協議上，最小程度地擴充以太網MAC協 議。EPON的標準在2004年由IEEE正式審核通過。
GPON的技術研究及發展可以追溯至1995年，由21個全球主要電信運營商組合的 FSAN(Full Service Access Networks)組織，經由努力不懈，1998年10月通過以ATM協定為基 礎的PON網路標準APON-G.983.1，隨後幾年又陸續通過其它重要的標準與修訂，由於技術 採用成熟的ATM，因此APON提供用戶良好的服務品質，後來又發展到BPON然後到現在成 為市場主流的GPON。GPON標準在2003年時，由ITU正式通過，其可以提供2.5Gbps的下傳 頻寬，足以應付現在科技裡複雜的多媒體串流。
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GPON與EPON都是Gigabits的PON系統，與EPON力求簡單的原則相比，GPON更注重 多業務和QoS保證。
EPON在光纖接取市場的市佔率較高，但GPON有急貣直追的潛力。在亞洲光纖接取市 場日本和南韓多以EPON為主，中國則是同步 並行EPON和GPON規格。北美和歐洲地區則 多傾向GPON發展。兩者目前也開始往一代的10Gbps的競爭。
以下就主要的有線寬頻網路技術的發展過程加以整理並繪圖如下。由此圖表可以看 出，有線寬頻網路的速度可說是以相當驚人的10倍速甚至是100倍的速度在提升。
表 4-3 主要有線寬頻速度及標準發展歷程
通過日期 寬頻技術 技術標準 傳輸速度 傳輸介質
1999 ADSL ITU-T G.992.1/2 下行最高8Mbps 雙絞線
2001 VDSL ITU G.993.1 下行最高26Mbps 雙絞線
2004 EPON IEEE 802.3ah 下行最高 1Gbps 光纖
2004 GPON ITU-T G.984 下行最高 2.5Gbps 光纖
2009 10GEPON IEEE 802.3av 下行最高 10Gbps 光纖
圖 4-13 主要有線寬頻網路技術及標準發展歷程 資料來源:本研究整理
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