全球行動通訊技術發展趨勢

美國 Bell Lab.貝爾實驗室於 1940 年代發展出所謂的蜂巢式無線電話傳 輸，利用細胞分裂（Cell）以及交替(Hand Over)觀念，使得行動電話在基地台 範圍內可以對外收發聲音，是為行動電話發展之瀾觴。貝爾實驗室進一步與 AT&T 合作，於 1976 年發展出一種 800MHz 類比式無線傳輸之 AMPS 行動電話 系統，並於 1983 年商業化，AMPS（Advanced Mobile Phone System）並成為北美 行動電話標準系統。在此技術基礎下，英國發展出 TACS 系統；北歐瑞典易利 信 Ericsson 發展出 NMT-450 及 NMT-900 系統；日本 NEC 亦發展出 NAMTS 系 統，並於 1979 年 12 月商業化，是全球最早商用之行動電話系統。

系統 AMPS TACS NMT-450 NMT-900 NAMTS 地區 北美 英國 北歐 北歐 日本

870-890 935-960 463-467.5 935-960 870-885 頻段(MHz)

825-845 890-915 453-457.5 890-915 925-940 頻寬(KHz) 30 25 25 25/12.5 25 基地台功率 100 100 50 50 50 細胞半徑(公里) 2-20 2-20 1-40 0.5-20 5-10 開始服務時間 Nov-83 Jan-85 Oct-81 1986 Dec-79

表 4-1、類比式行動電話系統特性比較 資料來源：全華出版社

1980 年代是類比式行動電話之全盛時期，直至 1997 年才被數位式行動電 話超越。第一代行動電話（1G）採用類比式傳輸技術(Analog)，容量有限、互 不相容、保密性差、通話品質不高、不能提供數據服務、不能提供自動漫遊，

終逐漸淡出市場，為第二代行動電話系統（2G）所取代。

二、第二代行動電話（2G）：

第二代行動電話（2G），主要是以 GSM 全球行動通訊系統（Global System for Mobile Communication）為技術為主。其所應用之無線電波屬數位高頻傳輸，故頻 率愈高傳輸距離愈短，因此，基地台的數量比 AMPS 系統多，不過其系統涵蓋率 與移動時通話品質較高，為全球最普遍的行動通訊系統，也是國內用戶數最多的 行動電話系統，

由於數位式系統技術具備通訊品質較高、系統容量大、通訊保密性佳，並 可藉與智慧卡之結合而來提供多樣化之服務等優點，因此，自 1990 年代便逐步 竄起，至 1998 年用戶數便已超越類比式行動電話，成為全球電信市場之主流。

第二代行動電話主要有 GSM、CDMA、PDC、D-AMPS 等四種規格，其相關 規格標準如下：

規 格 全 名 Cellular(MHZ) PCS(MHZ) 發源地區

GSM

Global System for Mobile communication

900 1800、1900 歐洲

CDMA

Code Division Multiple Access

800 1700、1900 美國

D-AMPS Digital AMPS 800 1900 美國

PDC

Personal Digital Communication

800 1500 日本

表 4-2、2G 數位式行動通訊各系統規格標準 資料來源：ITIS 由於日本 PDC 及美國 D-AMPS 受限於區域性與回溯相容(Backward

Compatibility)等因素而無法有效推廣成為全球通訊標準，因此以下僅就 GSM 及 CDMA 兩大規格標準做做一說明比較。

(一)、GSM 系統：

1982 年，歐洲郵電行政會議（CEPT，Conference of European Postal and Telecommunications Administrations）設立移動通訊特別組（Group Special Mobile），

目標是開發第二代蜂巢式系統。到 1986 年，歐洲相關廠商針對 GSM 提供數種解 決方案，且在巴黎進行測試。1987 年並對 TDMA、Pre-LPT、GMSK 等技術達成 共識以及提出系統關鍵參數之建議，即誕生了 GSM 系統規格。

1987 年，16 個歐洲國家同意於 1991 年中開始 GSM 商用服務，並允許其他 非 CEPT 成員國加入。由於技術成熟，接受度甚高，從此 GSM 亦由移動通訊特 別組(Group Special Mobile)衍生為全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communication)之代名詞。如圖 4-1，2002 年全球 GSM 系統在全球電信市場市佔 率達 62%，至 2005 年全球 GSM 用戶已突破 10 億，在全球電信市場市佔率亦高 達 75%，成為全球最大的行動電話系統，第二大的 CDMA 系統則僅佔 15%。

圖 4-1 全球 2G 行動電話系統市場佔有比例

資料來源：Dr. Walter Konhäuser Chief Technical Officer Communication on Air Siemens AG

(二)、CDMA 系統：

在美國，2G 擁有兩套規格，一為 D-AMPS，另一為 CDMA。1988 年，美國 通信工業協會 TIA (Telecommunication Industry Association)設立 TR-45.3 委員會，負

0 CDMA (IS95) GSM

Analog

Mio Subscriber

15%

62%

7%

9%

7%

PDC (2001 onwards 3G included)

GSM: the mobile standard with the highest penetration world - wide

Mobile Market Segmentation by Technology

責制定數位化技術標準，最後選定多頻道選取、調變、語音編碼之標準，並於 1989 年底完成標準草案 IS-54，即為所謂 D-AMPS，與 GSM 及 PDC 同樣採用 TDMA 技術。至 1992 年，Motorola 與 Qualcomm 又提出 CDMA(分碼多工接取)方案，並 於 1993 年形成了 IS-95 新標準。CDMA 推行初期並不順利，但由於南韓極力看好 行動通訊市場，所以在南韓政府大力推動之下，與 Qualcomm 簽約開始引入 CDMA 行動通訊系統，並開始國家級之無線通訊計劃，因此 CDMA 開始嶄露頭角，成 長速度不亞於 GSM，且成為 3G 之重要技術標準之一。

三、GPRS (General Packet Radio Service（2.5G））：

在由 2G 邁向 3G 之進程中，由於既有系統設備頻寬不足、商業化時程與相 容性等問題，而有所謂過渡規格 2.5G。主要採用的技術是 GPRS（General Packet Radio Service），其特點在於 GPRS 是採用封包方式之數據傳輸服務。採用分封 交換技術之優點，是提高無線傳輸通道之使用效率，對用戶而言，是永遠在線上，

隨時可取用資訊，計費方面可以以量計價，用多少算多少。GPRS 的傳輸速率最 高可為 144 Kbps。多個 GPRS 用戶還可以共享一個無線通道，而同一用戶也可同 時使用多個通道，因此 GPRS 用戶的實際數據通訊速率十分靈活。惟，由於上網 速率不高，終端設備開發不及，且固網 DSL 寬頻上網技術發展蓬勃並迅速擷取 市場，加以第三代行動電話（3G）技術排擠效應，GPRS 技術未及商業化即已退 出市場。

四、第三代行動電話（3G）：

3G 是英文 third Generation 的縮寫，是第三代行動電話的簡稱。相較於的第 一代類比式行動電話(1G)、第二代行動電話(2G)與 GPRS（2.5G），能提供更高品 質的通訊服務與高速的傳輸容量。3G 不僅強調任何時間、地點之全球漫游以及 全方位服務，包括寬頻多媒體、影像、視訊以及 Internet 服務，並能與現有 2G 系 統相容。手機在高速移動下，最高可提供 144 Kbps，低速移動下，可提供最高 384 Kbps，而在靜止時，最高更可達 2 Mbps，這樣的傳輸速度已是第二代行動電 話(2G) 速度的 80 倍，GPRS 速度的 20 倍。

國際電信聯盟(ITU)在 2000 年 5 月確定 W-CDMA、CDMA2000 和 TDS-CDMA 為三大主流的無線傳輸介面，並寫入 3G《2000 年國際通訊通訊計劃》(簡稱 IMT-2000)通訊系統的技術指導性文件中，這也是目前全球 3G 發展的三大技術主 流，將影響未來通訊相關產業的興衰交替。

W-CDMA CDMA-2000 TD-SCDMA 2G 系統 GSM IS-95CDMA GSM、CDMA

主要採行地區 歐洲、日本

美國、加拿大、韓 國

中國大陸

載波頻寬 5MHz 1.25MHz 1.2MHz 推動 3G 組織 3GPP 3GPP2 3GPP

表 4-3 3G 主要技術規格的現況 資料來源：工研院經資中心 ITIS

任何產業的特性，掌握規格標準就等於掌握未來最大商機。為在 3G 及未來 市場中取得有利地位，全球主要的通訊領導國家、地區或廠商，無不卯足全力，

以本身優勢提出最有利的 3G 發展方案，進而推出相關系統設備與終端話機與測 試計畫，以求在新一代行動通訊標準的市場中取得領導地位或佔有一席之地。第 三代行動電話(3G)雖已陸續商業化，面對市場冶煉，但其諸多的系統規格仍有待 持續開發、提昇，誰能取得市場主導地位，尚在未定之天。

1G 2G 2.5G 3G

資料處理方式 類比式 數位式 數位式 數位式 主要領導國家 美國 歐洲 歐洲 歐洲與日本 商業化時間 1979 1991 2001 2001.10

主流規格 AMPS

GSM 、PDC、

CDMA

GPRS

WCDMA cdma2000、

TD-SCDMA 傳輸速度 <300 bps 9.6 Kbps 144 Kbps 384-2 Mbps 國際漫遊 無 部分國家 部分國家 全球

功能 語音

語音、簡訊、

數據

語音、數據

語音、數據、

影像、多媒體

表 4-4 行動電話的技術演進過程 資料來源：工研院經資中心 ITIS

五、HSDPA(High Speed-Downlink Shared Channel)

根據工研院 IEK 資料，號稱 3.5G 技術的 HSDPA(High Speed-Downlink Shared Channel)為 W-CDMA 技術的演進，是 3GPP 在 R5 標準中爲了滿足上下行資料傳 輸不對稱的需求而提出的技術，導入了高速下傳共用通道(HS-DSCH；High Speed-Downlink Shared Channel)，把功能實體(Functional Entity)置於 Node B(基地 台)，並採用較短的 TTI、16QAM、AMC(Adaptive Modulation and Coding) 和 HARQ(Hybrid Automatic Retransmission Query)爲核心的關鍵技術，下行傳輸速度在 沒有通道編碼的情形下可達到 14.4Mbps，較 W-CDMA R99 版的 2Mbps 高出許多，

延遲現象亦因功能實體置於 Note B 而大幅降低。此外，導入 HSDPA 對原有的 W-CDMA 網路架構影響不大，基本架構仍與 R99 保持一致，因此 HSDPA 可和 R99、R4 以及未來的 R6 或 R7 版系統相容，升級容易，成本不高，極具競爭力，

備受全球電信業者期待。

HSDPA 具有如下的競爭優勢：

(一) 下傳速度最高可達 10Mbps

HSDPA 下傳速率最高可達到 10Mbps，用戶端 2Mbps，不僅高出 R99 版系統 甚多，亦高於 cdma2000 1xEV-DO 的傳輸速率，除了可以滿足企業用戶下傳大量 數據資料的需求，也可以提供一般高階用戶更先進的影音應用及串流服務，為 HSDPA 的主要魅力所在。

(二) 相容性高、系統升級容易

HSDPA 為 W-CDMA 的演進，可以和 R99、R4 以及未來的 R6、R7 版本相容，

在升級的成本上相對較低。由於 HSDPA 在 UTRAN 的架構不變，在硬體上主要 針對基地台 (Node B)加入通道卡，並將軟體升級支援新的調變及編碼方式。若原 有的 W-CDMA 系統已符合 R5 的規格，僅需以軟體升級為主；如果原有的系統 較為老舊(如 NTT DoCoMo 為 R97 版)，則需要更換較多的零組件以符合 R5 的標 準，整個系統的更新類似從 GPRS 升級到 EDGE 或是由 cdmaOne 升級到 cdma2000 1x。手機方面同樣需要支援新的傳輸及編碼架構，並提供 CQI 及 HARQ 到基地 台的功能。

(三) 透過提高頻譜和編碼資源效率，降低傳輸成本

透過 HSDPA 系統行動服務業者可以提升每個基地台的效率，讓更多的位元 在同樣 5MHz 的頻段中傳輸，因此亦代表著傳輸成本較 R99 版低廉。根據通訊大 廠 Motorola 的研究資料：HSDPA 的傳輸成本為$0.02/MB，相較於 R99 的$0.07/MB 或 GPRS 的$0.42/MB 減少許多，也將有助於提高行動數據服務的獲利率。

WCDMA、HSDPA、WiMAX 比較表

技術 WCDMA HSDPA WiMAX 技術標準 3GPP R99/Rel4 3GRPP Rel5 802.16e 最快傳輸速率 2Mbps 14.4Mbps 15Mbps

頻寬 5MHz 5MHz 5MHz

涵蓋範圍 0.5-10Km 0.5-5Km 1-5Km

表 4-5 WCDMA、HSDPA、WiMAX 技術資料比較表 資料來源：工研院經資中心

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在企業高度競爭的現代，速度是決定成敗的關鍵，追求更快、更好的通訊 傳輸品質，更是通訊產業一直以來追求的目標。因此，能夠實現更多用戶同時享 受高速資料服務，讓行動通訊業者可藉由增加網路流量的方式提高營運利潤的

HSDPA 技術，備受行動通訊業界矚目。對於現階段尚未建置 3G 網路的電信業者 可以直接部署 HSDPA 網路，至於已經部署 WCDMA 網路的電信業者，則可以透 過軟體升級方式轉移到 HSDPA 網路，展開效能更高的應用服務。而對終端用戶 來講，HSDPA 意味著更高的傳輸速率、更短的反應時間、更高品質的服務以及

HSDPA 技術，備受行動通訊業界矚目。對於現階段尚未建置 3G 網路的電信業者 可以直接部署 HSDPA 網路，至於已經部署 WCDMA 網路的電信業者，則可以透 過軟體升級方式轉移到 HSDPA 網路，展開效能更高的應用服務。而對終端用戶 來講，HSDPA 意味著更高的傳輸速率、更短的反應時間、更高品質的服務以及